inflation

[invite7d0b6478]

Bonjour,
J'aurais 2 questions qui n'ont rien à voir mais où je ne trouve aucune explication malgré les recherches.

1) ## cette première question est traitée dans ce fil : https://forums.futura-sciences.com/p...inflation.html ##

2) on dit souvent que l'inflation a permis de rendre l'univers plat. Au niveau géométrique le fait que l'inflation balaye toutes les courbures me semble naturel mais là où j'ai dû mal c'est que univers plat est implique aussi une densité de matière bien précise. Je ne vois pas en quoi l'inflation joue sur la densité de matière pour l'amener exactement à 5atomes/unité x.
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[mach3]

J'ai découpé la discussion en deux car il y avait deux questions bien différentes.

mach3, pour la modération

[invite00e1c4ce]

on dit souvent que l'inflation a permis de rendre l'univers plat. Au niveau géométrique le fait que l'inflation balaye toutes les courbures me semble naturel mais là où j'ai dû mal c'est que univers plat est implique aussi une densité de matière bien précise. Je ne vois pas en quoi l'inflation joue sur la densité de matière pour l'amener exactement à 5atomes/unité x.

Est-ce que le fait que les longueurs d'ondes augmentent avec l'inflation et que donc l'énergie diminue, n'expliquerait pas cette densité de matière qui augmentent avec l'inflation ? Les plus calés dans ce domaine pourraient peut-être y répondre...

[obi76]

Est-ce que le fait que les longueurs d'ondes augmentent avec l'inflation et que donc l'énergie diminue

Ca oui

n'expliquerait pas cette densité de matière qui augmentent avec l'inflation ?

Là je ne vois pas le lien qu'il pourrait y avoir entre les deux.... Attendons d'autres avis.

[A voir en vidéo sur Futura]

[ornithology]

Des choses pas intuitives dans cet article

[Gilgamesh]

Bonjour,
J'aurais 2 questions qui n'ont rien à voir mais où je ne trouve aucune explication malgré les recherches.

1) ## cette première question est traitée dans ce fil : https://forums.futura-sciences.com/p...inflation.html ##

2) on dit souvent que l'inflation a permis de rendre l'univers plat. Au niveau géométrique le fait que l'inflation balaye toutes les courbures me semble naturel mais là où j'ai dû mal c'est que univers plat est implique aussi une densité de matière bien précise. Je ne vois pas en quoi l'inflation joue sur la densité de matière pour l'amener exactement à 5atomes/unité x.

De fait la densité de matière (et de rayonnement) n'est PAS critique, elle est nettement inférieure à 6 protons/m3. Pour la matière (noire et baryonique) Ω_m ~ 0,3 et pour le rayonnement (la densité du CMB) Ω_r~ 10^-4. La somme des deux est nettement inférieure à l'unité.

La théorie de l'inflation propose un mécanisme pour aplanir l'univers au départ, de sorte d'avoir un |Ω - 1| vraiment très petit au moment du Big Bang. Ensuite la courbure peut ré-augmenter (en positif ou en négatif). Toutefois, il faut bien dire que la valeur Ω de 0,2 à 0,3 qui avait cours dans les années 80-90 constituait un cailloux dans la chaussure de la théorie de l'inflation. Le mécanisme d'aplanissement de l'inflation est tellement vigoureux qu'il semblait plutôt suspect qu'il mène à une courbure mesurable aujourd'hui.

Fin 90-début 2000 on va mesurer cette courbure proche de zéro sur CMB (le spectre de inhomogénéité jouant le rôle de règle standard dans la mesure des longueurs) et la mesure de la dynamique de l'univers (les SNIa jouant le rôle de chandelle standard dans la mesure des luminosités) implique l'existence d'une constante cosmologique de valeur Ω_Λ ~ 0,7 ce qui amène la valeur de Ω = Ω_Λ + Ω_m +Ω_r à qqchose de proche de 1. C'est plutôt une bonne surprise pour les tenant de la théorie de l'inflation, et elle fait désormais partie du modèle standard de la cosmologie.

[ornithology]

Dans le lien que j'ai donné la derniere fois je parlais de choses peu intuitives.
Par exemple et si j'ai bien compris notre univers actuel est tres plat et en remontant le temps on a a des énergies (les plus hautes qu'on peut produire), l'univers etait beaucoup beaucoup plus plat qu'actuellement.
du coup je ne vois pas si l'inflation a contribué ou non et quand a cette aplatissement.

[invite7d0b6478]

Si je comprends bien un univers plat actuellement nimplique pas forcément une densité de matière actuelle dans l'univers ultra précise? Ce qui me semblerait logique car vu l'expansion si il respectait cette densité aujourd'hui ce sera moins le cas demain.

[Gilgamesh]

Dans le lien que j'ai donné la derniere fois je parlais de choses peu intuitives.
Par exemple et si j'ai bien compris notre univers actuel est tres plat et en remontant le temps on a a des énergies (les plus hautes qu'on peut produire), l'univers etait beaucoup beaucoup plus plat qu'actuellement.
du coup je ne vois pas si l'inflation a contribué ou non et quand a cette aplatissement.

Oui l'inflation c'est le grand aplanissage de l'Univers, cela fait partie des motivations initiales de la théorie.

Pour expliciter un peu mieux, en réarrangeant l'équation de Friedman on a :

(Ω - 1)/Ω = 3kc²/(8πGρa²)

avec
Ω le ratio de la densité ρ à la densité critique ρ_c = 3H²/(8πG)
k le nombre de courbure : -1, 0 ou +1
c la vitesse de la lumière,
G la cte de gravitation
ρ la densité totale (matière, rayonnement, cte cosmo)
a le facteur d'échelle

en gras sur la partie droite de l'équation, ce sont les variables.

|Ω - 1| est l'écart à la platitude. On voit que pour le faire tendre vers zéro on peut :
* soit choisir k=0 ; c'est une solution radicale, mais à mon sens "c'est pas du jeu". Je veux dire, c'est difficile à justifier physiquement,
* soit faire tendre ρa² vers l'infini.

Problème :

dans un univers dominé par la matière, ρ ~ 1/a³ (la matière se dilue dans un volume croissant).

Alors :

|Ω - 1|/Ω ~ a

Plus l'univers croît, plus l'écart à la platitude s'accentue.

Avant ça, dans un univers dominé par le rayonnement, ρ ~ 1/a⁴ (le rayonnement se dilue dans un volume croissant + il est redshifté ce qui lui fait perdre son énergie).

Alors :

|Ω - 1|/Ω ~ a²

C'est encore pire.

D'où le problème de la courbure, nécessitant un fine tunning "déraisonnable" pour aboutir à un univers quasiment plat aujourd'hui. Même quand on pensait, avant la découverte de l'énergie sombre, que Ω se situait autours de 0,2 ou 0,3 max, on pouvait à bon droit considérer que c'était "quasiment plat" tellement c'était proche de 1 après une croissance du facteur d'échelle depuis des époques attestées de l'histoire de l'univers qui se chiffrait a minima en millions (depuis l'époque de la nucléosynthèse primordiale).

Then come a new challenger : on imagine un "fluide" dont la densité d'énergie serait constante. J'ai expliqué ailleurs (ici) que ça se traduisait par une pression négative et par une gravité répulsive, entrainant une expansion spontanée de l'espace.

Je conseille ce doc pour voir aussi la démo dans l'approximation newtonienne (entre autre, l'ensemble du doc forme une excellente synthèse) : Inflation, Dark Energy, Dark Matter

Avec ρ est constant et a croissant - et augmentant exponentiellement a ~ exp(Ht) avec H ~ √ρ - l'effet sur la courbure est radical :

|Ω - 1|/Ω ~ 1/a² ~ exp(-2√ρ t)

avec ρ constant et très élevé. On a une belle exponentielle décroissante qui tend asymptotiquement vers zéro.


source : Inflationary Cosmology and the Horizon and Flatness Problems: The Mutual Constitution of Explanation and Questions

[Gilgamesh]

Si je comprends bien un univers plat actuellement nimplique pas forcément une densité de matière actuelle dans l'univers ultra précise? Ce qui me semblerait logique car vu l'expansion si il respectait cette densité aujourd'hui ce sera moins le cas demain.

Il est certain que la théorie de l'inflation ne prédit pas la valeur de densité post-inflation, ni même l'existence d'une quelconque valeur résiduelle de la cte cosmo sinon elle n'aurait pas été dans la difficulté que j'ai évoqué dans les années 80-90.

Par contre, elle propose un schéma d'ensemble exposé sur le doc de synthèse qui euh... n'est certes pas très précis (le dessin à main levé ) mais donne l'idée générale : on part d'un univers quelconque mais surcritique, l'inflation aplanit ça à toute vitesse pour obtenir un univers critique (la densité de cte cosmo = densité critique), et l'univers qui en est issu va hériter de ça et sera proche de la platitude.

Je ne pense pas en l'état qu'on puisse en dire tellement plus.