A quel instant dans l'âge de l'Univers le Big Bang est-il considéré "terminé" ?

[invite2a06b7dc]

Salut,

Mon premier sujet sur FS pour une question que je me pose. Mes connaissances sur le sujet sont limitées mais je me souviens bien avoir étudié la théorie de Big Bang en cours et en avoir souvent entendu parlé dans les médias. Mais la question de la fin du Big Bang n'est jamais évoquée. Souvent les premiers instants sont utilisés pour décrire l'apparition des éléments (en général en des temps extrêmement courts) mais jamais l'instant qui marque la fin du Big Bang n'est évoqué, ni évidemment les critères pour le décréter.

Cette question est aussi venue par le fait qu'on entend de plus en plus parler de l'énergie noire. Comprenant que l'accélération de l'expansion de l'Univers amène à évoquer cette énergie je me suis naturellement demandé pourquoi il ne peut pas tout simplement s'agir du Big Bang, et donc d'une propriété propre de l'Univers ? Si cette hypothèse n'est jamais évoquée (par les intervenants sur le sujet), c'est que le Big Bang est implicitement considéré comme terminé depuis bien longtemps. Ce qui lance ma première question.

L'idée naturelle que l'accélération de l'expansion de l'Univers soit le Big Bang en soit vient de l'image, probablement très fausse, que je me fait d'un Big Bang. L'image du feu d'artifice. Si nous sommes quelque part dans le feu d'artifice, quelques nano secondes après le début de l'explosion, nous observerions les particules du feu d'artifice accélérer vers l'extérieur. Cette accélération étant le propre du feu d'artifice, tout du moins pour une large partie de sa vie, et sans alimentation autre que l'énergie initiale. Si l'Univers est "programmé" pour une durée de vie de, admettons, 100 000 milliards d'années, les 13,5 milliards d'années déjà écoulées semblent d'avantage un prémisse qu'une vraie avancée dans la vie. Que dire dans le cas d'un Univers éternel...
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[Andrei2010]

Le big-bang n'est pas une explosion, ni un feu d'artifice, mais la décompression et le refroidissement d'un univers extrêmement dense et chaud. Oui, tu as bien lu, c'est l'univers tout entier qui était très dense et très chaud : il n'y a pas de point qui explose dans un espace vide en projetant de la matière dans tous les sens. Et cette décompression-refroidissement a permis l'apparition des particules élémentaires, des atomes, des photons, du rayonnement électromagnétique, et l'agglutination de la matière en molécules puis en corps célestes, et ainsi de suite.

On s'accorde à dire que nous sommes toujours dans le big-bang, puisque l'univers continue son expansion et le refroidissement qui va avec. Certes, l'expansion avait ralenti puis repris il y a très longtemps, et aujourd'hui elle accélère, mais ne s'est jamais arrêtée à ma connaissance.

Pour finir, on ne sait toujours pas ce qui accélère l'expansion : une énergie inconnue qu'on appelle "énergie noire" puisqu'on ne peut pas la détecter ? Autre chose encore (biais observationnel, propriétés inconnues de la gravitation à très grande échelle, prépondérance de l'antimatière dans les régions soumises à l'expansion ?)

[Anathorn]

Personnellement, le "truc d'origine", je l'appelle comme on m'a appris : c'est la singularité initiale (c'est a dire le moment où on est plus capable de rien calculer, lorsqu'on "remonte le temps").
C'est pas un nom sexy, mais c'est son vrai nom.
Le souci c'est que 99% des articles appellent cet évènement le big bang... alors que c'est uniquement l'origine du big bang, qui est une théorie qui porte ce nom suite a une moquerie !

Ce modèle est désigné pour la première fois sous le terme ironique de « Big Bang » lors d’une émission de la BBC, The Nature of Things le 28 mars 1949 (dont le texte fut publié en 1950), par le physicien britannique Fred Hoyle, qui lui-même préférait les modèles d'état stationnaire

En gros le BB n'est pas un évènement, mais un modèle qui décrit notre univers à partir du moment où on est capable de calculer... jusqu’à aujourd'hui.
le wiki a l'air assez bien fait :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Big_Bang

[invite2a06b7dc]

On s'accorde à dire que nous sommes toujours dans le big-bang, puisque l'univers continue son expansion et le refroidissement qui va avec. Certes, l'expansion avait ralenti puis repris il y a très longtemps, et aujourd'hui elle accélère, mais ne s'est jamais arrêtée à ma connaissance.

OK donc si je comprends bien, c'est le ralentissemen de l'expansion puis sa reprise qui induit l'idée de l'énergie noire, une énergie qui n'est pas celle à l'origine de la décompression de l'Univers, de la création des particules élémentaires ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Andrei2010]

OK donc si je comprends bien, c'est le ralentissement de l'expansion puis sa reprise qui induit l'idée de l'énergie noire

Non, pas du tout. Cette énergie dite "noire" (car inconnue et indétectable) n'est pas à l'origine de l'expansion mais de l'accélération de l'expansion.
Et n'oublions pas qu'il existe des propositions d'explications différentes à l'expansion et à son accélération (théorie MOND, hypothèse de l'antimatière présente passivement dans les espaces soumis à l'inflation, etc).

[JPL]

Non, pas du tout. Cette énergie dite "noire" (car inconnue et indétectable) n'est pas à l'origine de l'expansion mais de l'accélération de l'expansion.
Et n'oublions pas qu'il existe des propositions d'explications différentes à l'expansion et à son accélération (théorie MOND...

Certainement pas. MOND cherche à expliquer la rotation des galaxies en se passant de matière noire mais cette théorie plutôt marginale échoue à expliquer ce qui se passe à des échelles plus grandes.

[Garion]

Et puis, il faut aussi préciser que le taux d'expansion est toujours en train de baisser, mais moins vite que prévu à cause de l'énergie noire.

[JPL]

Qu’appelles-tu le taux ? Parce que sa vitesse augmente.

[yves95210]

Qu’appelles-tu le taux ? Parce que sa vitesse augmente.

Le taux d'expansion est défini par

où a(t) est le facteur d'échelle à l'instant t du temps cosmique, dans le modèle cosmologique standard (ou dans tout modèle cosmologique correspondant à un espace-temps homogène et isotrope, décrit par la métrique FLRW et les équations de Friedmann).

Et il est bien en train de diminuer, même si moins vite que si la constante cosmologique était nulle.
De plus, il continuera de diminuer indéfiniment. Sauf qu'au lieu de tendre vers 0 (en l'absence d'une constante cosmologique), il tendra vers .

Ce qu'on déduit aisément de la première équation de Friedmann pour un espace-temps de sections spatiales "plates":

où est la densité de matière et la constante cosmologique.

[Andrei2010]

Certainement pas. MOND cherche à expliquer la rotation des galaxies en se passant de matière noire mais cette théorie plutôt marginale échoue à expliquer ce qui se passe à des échelles plus grandes.

Pas tout à fait, Thierry ! Voir mon topic https://forums.futura-sciences.com/a...gie-noire.html , où j'évoque des travaux récents sur une théorie proposant de se passer de la matière noire, sur des principes en accord avec quelque chose qui n'a rien à voir avec : la théorie MOND.

Je sais que cette théorie a du plomb dans l'aile, mais bon, ne partons point dans le hors-sujet...

[Andrei2010]

Et puis, il faut aussi préciser que le taux d'expansion est toujours en train de baisser, mais moins vite que prévu à cause de l'énergie noire.

Evitons d'ajouter trop de précisions à nos réponses, sous peine de filer des maux de crâne au primoposteur. M'est avis qu'il faut approfondir et détailler après que l'impétrant ait compris les grandes lignes. Avis perso

[JPL]

J’ai l’impression que dans cette discussion on mélange joyeusement matière noire et énergie noire. Normalement dans ce sous-forum on doit donner des explications pédagogique or une des exigences de la pédagogie est la clarté.

[invite2a06b7dc]

Ce que je voulais dire c'est que si l'expansion avait été en accélération depuis le début (la dépression du Big Bang), alors le Big Bang se suffirait à lui-même pour expliquer l'accélération de l'expansion, en particulier si nous sommes toujours "dans" le Big Bang, pas besoin d'imaginer une énergie noire. Le fait que ça ne soit pas le cas implique de vouloir imaginer cette énergie il me semble.

[Andrei2010]

J’ai l’impression que dans cette discussion on mélange joyeusement matière noire et énergie noire.

Tu dis ça parce que tu n'es pas allé lire le fil indiqué dans mon message. On y évoque une théorie où l'on se passe de l'énergie noire, et cette théorie se retrouve aussi en accord avec la théorie MOND (qui ne parle pas d'énergie noire, mais de matière noire).

[Andrei2010]

si l'expansion avait été en accélération depuis le début (la dépression du Big Bang), alors le Big Bang se suffirait à lui-même pour expliquer l'accélération de l'expansion

L'expansion accélère depuis le début, mais pour quelles raisons le big-bang se suffirait à lui-même pour expliquer l'accélération ?

[Mailou75]

L'expansion accélère depuis le début

Bien sur...

[yves95210]

Bien sur...

Bah... ce n'était pas la peine que je me fatigue à écrire pourquoi l'expansion décélère depuis le début.

En résumé, pour répondre à cyril : le big bang, comme conséquence de la relativité générale, c'est une singularité initiale (densité d'énergie infinie et taux d'expansion infini), à partir de laquelle le taux d'expansion décroit en permanence - que Λ soit nulle ou pas.