Le début et la fin de l'univers

[anthony93]

Bonjour,
Depuis quelques temps je m'interroge sur l'origine de l'univers et de sa formation. Je pense que la fin de notre univers (le big crunch où l'univers s'effondre sur lui-même) est tout simplement son début (big bang).
Je m'explique, j'ai lu que pour unifier mécanique quantique et Relativité générale (gravité quantique à boucle), quelques physiciens pensent que notre univers ne serait qu'une répétition d'un même cycle (big bang => expansion de l'univers => écroulement de l'univers sur lui même => big crunch). Pour compléter leurs penser, je pense que au moment du big crunch, le temps et l'espace est tellement distordu que la dimension du temps reviens sur lui même et l'évolution de notre univers forme un tore (au lieu d'être droit et de se répéter à l'infinis) . Ainsi, l'univers revient en quelque sorte dans le passé pour recréer notre univers. Ainsi il n'y a pas de début ni de fin et tout serait cyclique (et aussi d'éviter de devoir imaginer un temps infini car ici la dimension du temps serait contenu dans un tore et serais donc finis).
Je sais que je m'appuis sur rien du tout mais j'aimerais savoir si c'est totalement impossible ou pas. Aussi j'aimerais avoir quelques liens vers un cour sur la gravité quantique à boucle un peu comme les cours de richard Taillet.
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[Lansberg]

Bonjour,

l'idée d'univers cyclique repose sur un effondrement sous l'effet de la gravitation. C'était un scénario possible mais depuis la découverte de l'expansion accélérée de l'univers il y a un vingtaine d'années, on voit mal comment un "retour en arrière" pourrait se faire. On va vers davantage de dilution de la matière et une influence de cette dernière de plus en plus faible alors que l'énergie noire qui se comporte comme une sorte "d'anti gravité" devient prépondérante sur tout le reste.

[Gilgamesh]

L'idée d'un univers cyclique est un vieille idée (c'est a priori la plus séduisante àmha) mais elle a quitté la scène depuis l’avènement du modèle standard dit Lambda CDM comme mentionné par Lansberg. En tout cas sous sa forme la plus intuitive. A savoir également que la relativité générale per se ne permet pas de rebond. Pour le dire comme Lemaître, y'a pas moyen d'émousser la pointe de la cycloïde, on a une vraie singularité physique comme au centre d'un trou noir.


Pour ce qui est de la gravité quantique à boucle voici un lien vers une conf d'Aurélien Barrau sur sa chaîne : Qu'est-ce que la gravitation quantique ? Pour physicien non-spécialiste.

Bon, attention le titre implique qu'il faut de bonnes bases de physique (ça s'adresse à des chercheurs) pour suivre mais il donne vraiment un panorama super large de l'ensemble qu'on peinerait à trouver ailleurs, en restant quand même par trop technique (mais un peu quand même).

[anthony93]

Bonjour,
Merci pour vos réponse, je comprend mieux mais quand même certains physiciens pensent qu'il y'a eu un rebond lors du big bang (dont Aurélien Barrau). Pour lui, la force électromagnétique à repris le dessus sur la force gravitationnelle, ce qui a permis le rebond. https://www.youtube.com/watch?v=130ryGKmf8o. J'arrive pas à comprendre pourquoi le modèle standard remet en cause cette théorie.

Bonjour,

l'idée d'univers cyclique repose sur un effondrement sous l'effet de la gravitation. C'était un scénario possible mais depuis la découverte de l'expansion accélérée de l'univers il y a un vingtaine d'années, on voit mal comment un "retour en arrière" pourrait se faire. On va vers davantage de dilution de la matière et une influence de cette dernière de plus en plus faible alors que l'énergie noire qui se comporte comme une sorte "d'anti gravité" devient prépondérante sur tout le reste.

Si je comprend bien, l'énergie noire force l'univers à s'étendre ? Comment arrive t'on à la détecter

Gilgamesh, oui je connaissais déjà la vidéo mais malheureusement il va beaucoup trop vite, j'ai réussi à comprendre le début car je connaissais déjà (sur la relativité Générale et grâce au vidéo de richard Taillet) mais j'ai totalement décroché sur la suite .... Je préfère une vidéo beaucoup plus détaillé (mais j'ai pas encore trouvé) sinon un livre me va aussi (ça serait même mieux pour le travailler).

[A voir en vidéo sur Futura]

[ansset]

bsr,
Aurélien Barreau évoque plusieurs choses.
- que dans le cadre de la RG, on a une singularité initiale et donc qu'implicitement la question d'un avant ( c-a-d dans le temps ) n'a ps de sens.
- cependant, et c'est juste , on a pas aujourd'hui de modèle de gravité quantique, donc on ne peut se satisfaire de la RG seule pour conclure.
Reste donc à imaginer ce qu'impliquerait un modèle de ce type s'il était validé.
Spécialiste de la gravité quantique à boucle lui-même, il évoque donc une possibilité que celle ci permet d'envisager.
Dans ce cadre ( spéculatif ), notre univers aurait pu naitre d'un rebond.

Mais..... cela n'implique pas du tout que cela va se reproduire , et d'ailleurs d'expansion actuelle rend aujourd'hui cette hypothèse non crédible ( donc pas de cycle de principe ).
Et autant la RG atteint ses limites quand on remonte dans le temps jusqu'au "tout-début" , autant elle est parfaitement fiable dans le cadre de l'expansion actuelle, qui n'a aucune raison de finir en big crunch et donc en big bounce.

[trebor]

Bonjour à tous,

Peut-on dire ou supposer que l'univers a toujours était là et comme l'a dit Antoine de Lavoisier "Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" ?
https://fr.wikipedia.org/wiki/Antoine_Lavoisier

[Lansberg]

Bonjour,
Merci pour vos réponse, je comprend mieux mais quand même certains physiciens pensent qu'il y'a eu un rebond lors du big bang (dont Aurélien Barrau). Pour lui, la force électromagnétique à repris le dessus sur la force gravitationnelle, ce qui a permis le rebond.

C'est l'espace-temps quantifié qui permet le rebond en s'opposant à la gravité. Le nouvel univers ne garde pas de traces de l'ancien sauf éventuellement une "signature" dans certaines ondes gravitationnelles.
Trois ans après ce reportage il n'y rien à se mettre sous la dent du côté du rayonnement de fond cosmologique.
Tout ça reste très spéculatif comme A.Barrau le reconnait lui-même malgré l'aspect très séduisant de la gravitation quantique à boucles.

On se trouverait tout de même dans un univers assez particulier car après plusieurs (??) rebonds, ses caractéristiques l'entraineraient vers une expansion éternelle. Il faudra surement attendre encore longtemps pour en savoir plus.

Si je comprend bien, l'énergie noire force l'univers à s'étendre ? Comment arrive t'on à la détecter

L'énergie noire (dont on ne connaît pas la nature) s'impose dans le modèle de concordance actuel (modèle Lambda CDM) suite aux observations sur les supernova de type Ia il y a une vingtaine d'années. La distance de ces objets ne cadrait pas avec ce que prévoyait l'ancien modèle standard. Elles étaient plus lointaines que ce qui était attendu. Il y a donc quelque chose qui s'oppose à la gravitation en accélérant l'expansion de l'univers. Ce n'est donc pas à proprement parlé une détection directe de l'énergie noire mais son effet sur l'expansion. Il se trouve qu'on associe cette énergie noire à la constante cosmologique qui fait partie des équations de la relativité générale d'Einstein mais que ce dernier avait abandonnée car il lui avait attribué une valeur pour rendre l'univers statique. La découverte de l'expansion de l'univers à la fin des années 20 remettait en cause l'existence de cette constante. Cependant d'autres cosmologistes et en particulier Georges Lemaître, contemporain d'Einstein, avait toujours considéré qu'il ne fallait pas enterrer cette constante cosmologique. L'avenir lui aura donné raison.

[ansset]

On se trouverait tout de même dans un univers assez particulier car après plusieurs (??) rebonds, ses caractéristiques l'entraineraient vers une expansion éternelle. Il faudra surement attendre encore longtemps pour en savoir plus.

Je ne sais pas si A.Barreau a explicitement évoqué plusieurs rebonds.
D'ailleurs il évoque aussi des émergences d'univers se produisant autrement.

attendre: oui, jusqu'au prochain rebond pour en être sûr ?

[pm42]

Peut-on dire ou supposer que l'univers a toujours était là et comme l'a dit Antoine de Lavoisier "Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" ?
https://fr.wikipedia.org/wiki/Antoine_Lavoisier

Non, à l'échelle de l'Univers, on ne peut pas dire ça. C'est une loi locale.

[trebor]

Non, à l'échelle de l'Univers, on ne peut pas dire ça. C'est une loi locale.

Merci, donc ce n'est applicable qu'uniquement pour le contenu de l'univers et non à l'univers dans son ensemble.

[Garion]

l'idée d'univers cyclique repose sur un effondrement sous l'effet de la gravitation. C'était un scénario possible mais depuis la découverte de l'expansion accélérée de l'univers il y a un vingtaine d'années, on voit mal comment un "retour en arrière" pourrait se faire.

Mais bon, avant la découverte de l'accélération, on voyait mal comment l'univers pourrait accélérer à nouveau.
On pourrait imaginer que d'ici quelques milliards d'années, un nouveau phénomène apparaisse et "freine" l'expansion.
Mais c'est sûr, c'est de la spéculation, la science ne peut y répondre.

[trebor]

La vitesse de l'expansion de l'univers peut-elle dépasser la vitesse de la lumière ?

Si non cette vitesse d'expansion pourrait-elle se stabiliser et donc s'arrêter d'accélérer ?

On n'en sait probablement rien, mais qu'elle serait la meilleure hypothèse ?

[pm42]

La vitesse de l'expansion de l'univers peut-elle dépasser la vitesse de la lumière ?

Ce n'est pas une vitesse mais un taux. Plus quelque chose est loin de nous, plus il s'éloigne vite. Donc le concept de "vitesse d'expansion" n'est pas pertinent puisque cette "vitesse" varie continument avec la distance.

Si non cette vitesse d'expansion pourrait-elle se stabiliser et donc s'arrêter d'accélérer ?

Non parce que ce n'est pas le déplacement de matière mais l'Univers lui même qui s'étend. Donc oui, au delà d'une certaine distance, les objets s'éloignent de nous plus vite que la lumière et donc on ne recevra jamais aucun signal d'eux.
C'est le concept d'horizon cosmologique : https://www.futura-sciences.com/scie...logique-16005/

[trebor]

Merci,
Un beau voyage de 6 minutes en aller-retour au confins de l'univers à 46 milliards d'années-lumière de rayon ♫♪

[anthony93]

Ce n'est pas une vitesse mais un taux. Plus quelque chose est loin de nous, plus il s'éloigne vite. Donc le concept de "vitesse d'expansion" n'est pas pertinent puisque cette "vitesse" varie continument avec la distance.

Je n'ai pas très bien compris pourquoi le concept de vitesse n'est pas pertinent? Une vitesse peut être proportionnelle à la distance non ?

[Lansberg]

Mais bon, avant la découverte de l'accélération, on voyait mal comment l'univers pourrait accélérer à nouveau.

Les modèles de Friedmann-Lemaître prévoyaient plusieurs possibilités. Lemaître avait d'ailleurs suggéré un modèle d'univers fermé avec une constante cosmologique dont la valeur était supérieure à celle retenue par Einstein pour son univers statique. L'univers de "Lemaître" après une phase d'expansion rapide devenait plus ou moins statique avant de repartir en expansion. Avec une courbure nulle, cet univers de "Lemaître" est proche du modèle actuel.
Mais sans observation convaincante, le modèle le plus simple avec une constante cosmologique nulle a pris le dessus pendant longtemps, jusqu'en1998.

[pm42]

Je n'ai pas très bien compris pourquoi le concept de vitesse n'est pas pertinent? Une vitesse peut être proportionnelle à la distance non ?

Oui et comme elle dépend de la distance, on ne peut pas dire "la vitesse" parce qu'il n'y en a pas une seule.
C'est donc un taux.

C'est exactement comme si des voitures s'éloignaient toutes de toi à une vitesse constante et que je te dise "à quelle distance sont elles ?".
Tu répondrais "il n'y a pas 1 distance puisqu'elle change tout le temps et qu'elle est différente pour chacune d'entre elle mais je peux te donner leur vitesse".

[Lansberg]

Je n'ai pas très bien compris pourquoi le concept de vitesse n'est pas pertinent? Une vitesse peut être proportionnelle à la distance non ?

Oui.
V= Ho . d
L'expansion de l'espace est un phénomène cumulatif. Chaque mégaparsec (3,26 millions d'années lumière) "s'allonge" d'environ 70 km chaque seconde. Donc deux galaxies séparées d'un mégaparsec se fuient avec une vitesse de 70 km/s.
Pour 2 mégaparsec ----> 140 km/s etc...
La vitesse de récession augmente avec la distance (avec Ho = 70 km/s/Mpc).
Bien sûr cet effet cumulatif entraine qu'à partir d'une certaine distance (de l'ordre de 15 milliards d'années lumière) la vitesse de récession atteint 300 000 km/s. Elle est supérieure au-delà.
Mais il faut faire attention à cette formule (V=Ho . d) car elle a un domaine de validité. En fait, on ne peut pas l'appliquer au-delà d'une certaine distance. Il faut utiliser une autre formule qui dépend du modèle d'univers en vigueur (modèle LambdaCDM bâti sur la RG). On peut montrer que la vitesse de récession tend vers 3,3 fois la vitesse de la lumière pour les objets les plus lointains.

[trebor]

Bonjour à tous,

Les galaxies ne s'éloignent pas l'une de l'autre, c'est l'univers qui en se dilatant qui provoque leurs éloignement l'une des autres.

Comment ce concept a-t-il été prouvé ?

Cette dilatation "expansion" de l'univers est sans doute identique dans toutes les directions et donc sphérique comme un ballon qu'on gonfle ?

Le rayon de l'univers observable serait donc de 46 milliards d'années lumière de nous ?

Est-ce-que les étoiles ou galaxies les plus éloignées de nous sont déjà au-delà de l'horizon cosmologique, sinon quand atteindrons nous ce moment ou il ne serra plus possible d'observer leur éloignement et accélération ?

[pm42]

Les galaxies ne s'éloignent pas l'une de l'autre, c'est l'univers qui en se dilatant qui provoque leurs éloignement l'une des autres.
Comment ce concept a-t-il été prouvé ?

Oui par de nombreuses observations utilisant des mécanismes différents.

Cette dilatation "expansion" de l'univers est sans doute identique dans toutes les directions et donc sphérique comme un ballon qu'on gonfle ?

C'est en général l'image qu'on prend pour l'expliquer et elle est correcte si on ne la pousse pas à l'extrême notamment en supposant qu'il y a un centre, en confondant 2D et 3D, etc.

Le rayon de l'univers observable serait donc de 46 milliards d'années lumière de nous ?

En fait, c'est plus compliqué : un photon qui nous parvient actuellement a été émis il y a 13.8 milliards d'années et donc il a parcouru moins. Mais entre temps, l'univers s'est dilaté donc ce qu'on peut observer le plus loin est aujourd'hui à 46 milliards d'années lumière en effet.

Est-ce-que les étoiles ou galaxies les plus éloignées de nous sont déjà au-delà de l'horizon cosmologique, sinon quand atteindrons nous ce moment ou il ne serra plus possible d'observer leur éloignement et accélération ?

Oui, il y a des galaxies au delà de l'horizon et à tout instant, certaines passent au delà.
A très, très long terme, on ne pourrait plus voir aucune autre galaxie : https://fr.wikipedia.org/wiki/Futur_...s_atteignables

[trebor]

Merci pm42,

je lis ceci sur le lien que tu-as mis :
Les galaxies du Groupe local (l’ensemble des galaxies dont font partie la Voie lactée et la galaxie d’Andromède) sont gravitationnellement liées les unes aux autres.
On pense que d’ici 1011 (100 milliards) à 1012 (1 trillion) d’années, leurs orbites se décomposeront, et que la totalité du Groupe local fusionnera en une seule même et grande galaxie.

Donc il n'y a pas d'éloignement des galaxies entre-elles pour le groupe local, c'est étrange que la dilatation ne concerne que les groupes séparés les eux des autres ?

Si les groupes locaux étaient plus rapprochés, seraient-ils soumis à la gravitation et donc à fusionner ?

Il y a certainement une distance minimum pour que la gravitation agisse ou une taille minimum des galaxies proches ou ce qui les séparent (vide, gaz,...matière noire ? ) ces galaxies ?
Pas simple ce fonctionnement de l'univers, il né de quoi, pour aboutir quoi et son utilité à part nous permettent d'exister brièvement.

[pm42]

Donc il n'y a pas d'éloignement des galaxies entre-elles pour le groupe local, c'est étrange que la dilatation ne concerne que les groupes séparés les eux des autres ?

La gravitation est plus forte que l'expansion.

Si les groupes locaux étaient plus rapprochés, seraient-ils soumis à la gravitation et donc à fusionner ?

Oui.

Il y a certainement une distance minimum pour que la gravitation agisse ou une taille minimum des galaxies proches ou ce qui les séparent (vide, gaz,...matière noire ? ) ces galaxies ?

Ce n'est pas qu'une distance minimum, c'est aussi lié à la masse.
Et il y a des scénarios où l'expansion finit par prendre le dessus sur la gravitation même à l'échelle des galaxies fusionnées et par tout séparer : https://fr.wikipedia.org/wiki/Grande...rure_(Univers)

[Lansberg]

Comment ce concept a-t-il été prouvé ?

Par spectroscopie. On décompose la lumière en provenance des galaxies. On obtient un spectre lumineux (un arc en ciel !) dans lequel on identifie la signature de certains éléments chimiques, par exemple l'hydrogène. Cette signature se manifeste par des raies noires qui occupent des positions très précises dans le spectre. Si une galaxie est en mouvement par rapport à nous, les raies sont décalées par rapport à la position qu'elles occupent quand on est immobile par rapport à la source. Si elles se décalent vers la partie rouge du spectre, c'est que la galaxie s'éloigne. Si le décalage est vers le bleu, c'est le mouvement inverse. Plus le décalage est important plus la vitesse est grande.
Hubble dans les années 20 montre qu'il y a proportionnalité entre la distance et la vitesse, la grande majorité des galaxies présentant un mouvement d'éloignement. Lemaître en 1927 interprète cela comme la preuve d'un mouvement d'expansion généralisé de l'univers.

Est-ce-que les étoiles ou galaxies les plus éloignées de nous sont déjà au-delà de l'horizon cosmologique, sinon quand atteindrons nous ce moment ou il ne serra plus possible d'observer leur éloignement et accélération ?

La notion d'horizon est ambiguë (horizon des particules, horizon des événements, sphère de Hubble qui n'est pas vraiment un horizon).
À partir du moment où on commence à observer une galaxie lointaine, on la verra jusqu'à la fin des temps !
L'horizon des événements est la distance à partir de laquelle toute lumière partant d'une galaxie lointaine "actuellement" ne nous atteindra jamais. Dans le modèle d'univers en vigueur cela concerne tous les objets situés au-delà d'environ 16 milliards d'années lumière. Avec un univers en expansion accélérée la distance de cet horizon des événements diminue avec le temps. De moins en moins de galaxies entreront dans notre champ de vision dans le futur.

[trebor]

Merci Lansberg,
La galaxie d'Andromède se rapproche de nous avec ne vitesse constante ou variable suivant la taille des deux galaxies devant fusionner ?

Je suppose que la terre aura disparu avant la fusion des deux galaxies ?

[pm42]

Je suppose que la terre aura disparu avant la fusion des deux galaxies ?

Pas forcément, elle est prévue dans 4 milliards d'années : https://www.futura-sciences.com/scie...d-prevu-39102/
Et il reste un peu plus de 5 milliards d'années au Soleil.

[trebor]

Pas forcément, elle est prévue dans 4 milliards d'années : https://www.futura-sciences.com/scie...d-prevu-39102/
Et il reste un peu plus de 5 milliards d'années au Soleil.

Sait-on si la fusion provoquera un bouleversement dans les orbites du système solaire et peut être des collisions entre les planètes ?

[pm42]

Sait-on si la fusion provoquera un bouleversement dans les orbites du système solaire et peut être des collisions entre les planètes ?

Normalement non. Les galaxies sont presque comme des gaz : tellement peu denses qu’elles se traversent sans se perturber beaucoup.

[trebor]

Normalement non. Les galaxies sont presque comme des gaz : tellement peu denses qu’elles se traversent sans se perturber beaucoup.

Merci, c'est rassurant pour nos générations futurs si elles sont encore vivantes, car dans 4 milliards d'années, le soleil sera bien plus gros qu'actuellement et comme nous sommes déjà en réchauffement climatique, ça risque fort d'être extrêmement chaud.

[pm42]

Merci, c'est rassurant pour nos générations futurs si elles sont encore vivantes, car dans 4 milliards d'années, le soleil sera bien plus gros qu'actuellement et comme nous sommes déjà en réchauffement climatique, ça risque fort d'être extrêmement chaud.

Supposer que la Terre ressemblera à ce qu’elle est maintenant et sera habitable dans 4 milliards d’années est optimiste. Et l’humanité n’y est pour rien.

[Lansberg]

Surtout que dans 1 à 1,5 milliard d'années les conditions seront devenues déjà invivables à cause de l'augmentation de la luminosité du Soleil. Les océans seront vaporisés.