Simplifier au maximum la composition de l'univers

[potatoes38]

Bonjour ,

Si je devais simplifier au maximum la composition de l'univers , pourrais-je dire , qu'il est composé de particules et d'Energie ? Ou devrais-je rajouter quelque chose de plus ?

Merci d'avance.
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[ThM55]

De particules. L'énergie est une de leurs propriétés. Et surtout de certaines choses sombres que nous ne connaissons pas. Car ce serait une grosse erreur de croire que nous savons tout de la composition de l'univers.

[Gilgamesh]

Bonjour ,

Si je devais simplifier au maximum la composition de l'univers , pourrais-je dire , qu'il est composé de particules et d'Energie ? Ou devrais-je rajouter quelque chose de plus ?

Merci d'avance.

Si tu considère le contenu de l'univers sous l'angle de son évolution dans le temps, il faut prendre en compte le lien entre la densité et le facteur d'échelle.

Tu as 4 formes d'énergie dans l'univers, sur le plan de leur évolution avec l'expansion :

* la courbure : on se souvient qu'en relativité générale, la gravité s'identifie avec la courbure de l'espace temps. L'équation d'Einstein identifie le tenseur de courbure avec le contenu énergétique de l'univers. Mais ce qui complique la résolution de l'équation, c'est que la courbure elle même représente elle même une forme d'énergie. En d'autres termes, la gravité... gravite. La densité d'énergie associée est inversement proportionnel au facteur d'échelle.

ρ_k ~ a^-2

Toutefois, il se trouve que cette quantité est proche de zéro, à moins de 1% près, quand on la mesure aujourd'hui. Vu que cette densité d'énergie augmente quand l'univers rapetisse, il faut que sa valeur ait été extraordinairement proche de zéro dès l'origine. C'est ce qu'on appelle le problème de la courbure (un des principal fait d'observation motivant la théorie de l'inflation cosmique, qui aurait porté cette courbure à une valeur très proche de zéro en un temps extrêmement bref à un stade très précoce de l'histoire de l'univers). La courbure est donc négligée dans la suite du propos.

* l'énergie de masse des "poussières", le terme poussières représentant toute la matière dite baryonique (étoiles, planètes, gaz, etc) ainsi ici que la matière noire. En terme plus technique il s'agit de la composante non relativiste. Pour expliciter ça : on se souvient que l'énergie relativiste est donnée par l'addition de deux termes quadratiques :

E² = (mc²)² + (pc)²

Lors que l'énergie de masse mc² >> pc, avec p l'impulsion et c la vitesse de la lumière, la particule est non relativiste, lorsque c'est l'inverse elle est relativiste. La fraction non relativiste de l'énergie, celle de la masse au repos, est insensible à l'expansion. La fraction relativiste, celle de l'impulsion s'affaiblit avec l'expansion.

Si je double la taille de l'univers, je multiplie son volume par 2³=8 et la composante non relativiste formée par les poussières va se diluer dans ce plus grand volume mais la quantité totale (le produit de la densité par le volume) sera conservé. Soit ρ la densité d'énergie et a le facteur d'échelle de l'univers, le symbole ~ signifie "varie comme" :

ρ_m ~ a^-3

* le rayonnement : fond radio de l'univers, lumière stellaire... Essentiellement des photons, donc. On peut mettre les neutrinos avec. En terme plus technique il s'agit de la composante relativiste, cad de la fraction du contenu pour lequel E = pc (ou quasi pour les neutrinos). Cette composante se dilue comme la matière dans des volumes de plus en plus vastes mais il s'ajoute un terme de redshift. La longueur d'onde du rayonnement évolue comme le facteur d'échelle. Comme l'énergie d'un photon (son impulsion p) est inversement proportionnelle à la longueur d'onde, la densité d'énergie évolue comme 1/a³ (dilution en volume) * 1/a (diminution de l'impulsion) soit :

ρ_r ~ a^-4

* la constante cosmologique (ou énergie sombre) notée Λ (lambda). Dans le modèle standard de la cosmologie elle est de densité constante.

ρ_Λ ~ cte


Quand l'univers est petit, le rayonnement domine (ère radiative). En se refroidissant la matière prend le dessus (ère de matière). Puis c'est la constante cosmologique qui domine (ère de l'énergie sombre). Aujourd'hui la densité de l'univers provient à 0,74 de la cte cosmo et à 0,26 de la matière (et a seulement 0,05 la matière ordinaire).

Si tu fais le compte en intégrant sur le volume de l'univers :

* l'énergie de courbure est si petite qu'on peut la considérer nulle,
* l'énergie de masse est constante,
* l'énergie du rayonnement s'affaiblit (elle passe de presque tout à presque rien)
*...et il y a toujours plus d'énergie du vide.

Si tu veux simplifier le contenu au tout début (<50 ka), tu prend le rayonnement.
Si tu veux simplifier le contenu pour les dix dernier milliard d'année, tu prend la matière.
Si tu veux simplifier le contenu pour le futur lointain, tu prend la constante cosmologique.

[potatoes38]

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