Bonjour a vous!
J'étais actuellement en train de lire un livre de physique quand cette question m'a perturbé.
Si l'on remonte le temps jusqu'au Big Bang, on n'arrive pas a un moment où l'univers entier est regroupé dans une sphère avec ça circonférence limite?
Donc cela devrait être un trou noir , et donc l'univers ne peut pas émerger non ?
Merci de me corriger dans mon raisonnement !
A bientôt.
bludwak
Le trou noir à la base obéit à une métrique de Schwarzschild qui est une solution de l'équation d'Einstein décrivant la géométrie de l'espace-temps déformée par le champ gravitationnel à l'extérieur d'un corps isolé, à symétrie sphérique, statique (sans rotation), non chargé et entouré de vide.Envoyé par bludwak
métrique de Schwarzschild -> boule entourée de vide
L'univers obéit à une métrique de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker, une autre solution de l'équation d'Einstein, qui décrit un espace-temps de géométrie homogène et isotrope.
métrique FRLW -> milieu infini (ou fini sans bord) remplit de fluide de densité homogène.
FRLW ne permet pas de former de trou noir. Mais les deux métriques présentent quasiment la même "pathologie" quand la densité tend vers l'infini, ce qu'on appelle une singularité (pour dire simplement que la théorie cesse de fonctionner).
Dernière modification par Gilgamesh ; 29/08/2020 à 17h09.
Parcours Etranges
Merci pour ta réponse.
Je ne comprend pas pourquoi on utilise une métrique qui interdit les trous noirs pour définir le début de l'univers alors qu'on sait qu'ils existent ? Rien qu'en se fait ça discrédité pas la théorie ?
Tu confonds théorie et modélisation. Ici on parle de modélisations. Prenons un exemple : on sait depuis Einstein que la théorie de la gravitation de Newton est fausse en toute rigueur. Cela décrédibilise-t-il le lancement des fusées spatiales, des sondes et des satellites artificiels dont tous les calculs de trajectoire sont faits avec Newton ? Non, parce que ça marche. C’est juste une modélisation bien utile à une certaine échelle.
Rien ne sert de penser, il faut réfléchir avant - Pierre Dac
Ok je vois.
Se que je ne comprend pas c'est que dans les faits une grande quantité de masse est réuni dans un faible volume, les forces de gravitation devrait pas l'emporter sur n'importe quelle autre force ?
Schwarzschild et FLRW sont deux solutions de la RG pour des cas idéalisés.
L'espace-temps de notre univers est bien plus complexe et ne peut pas être décrit intégralement par ces solutions.
Cependant, quand on a un astre a peu près sphérique, qui ne tourne pas trop vite sur lui-même et avec du vide autour, la solution de Schwarzschild fonctionne plutôt bien (prédiction des orbites, de la déviation de la lumière), tout en étant qu'une approximation. On peut en plus considérer des variantes un peu plus élaborées, avec un milieu peu dense (poussières) autour de l'astre plutôt que du vide.
De même quand on considère l'univers à une échelle suffisamment grande pour pouvoir le considérer comme homogène et isotrope, la solution de FLRW fonctionne plutôt bien également (prédiction de l'expansion), tout en étant également une approximation.
Une approximation un peu meilleure, est de considérer un patchwork de solutions type Schwarzschild cousues sur une solution de FLRW, avec des endroits plus dense, ou la matière va orbiter et/ou s'effondrer, et des endroits moins dense, ou il y aura expansion.
Ainsi, il n'est pas interdit qu'un univers homogène et isotrope à grande échelle (donc décrit par FLRW en bonne approximation si on le regarde dans sa globalité) puisse produire des trou noirs à petite échelle : de petites surdensités locales peuvent s'effondrer (et c'est comme cela que les galaxies se sont vraisemblablement formées).
Je reviens sur la question de départ :
Si l'univers était une sphère de matière avec du vide autour, alors oui, on pourrait facilement avoir formation d'un trou noir : quand de la masse est concentrée dans une sphère de rayon inférieure au rayon de Schwarzschild correspondant à cette masse, on peut effectivement avoir la formation d'un horizon et donc obtenir trou noir, mais il ne faut pas considérer l'univers comme une sphère avec du vide autour : la forme de l'univers n'est pas connue (mais il pourrait être hypersphérique, c'est une option) et il n'y a pas de "autour" : il est soit infini, soit fini mais bouclé sur lui-même (pas de frontière délimitant un "autour" ou un "extérieur").Si l'on remonte le temps jusqu'au Big Bang, on n'arrive pas a un moment où l'univers entier est regroupé dans une sphère avec ça circonférence limite?
Donc cela devrait être un trou noir , et donc l'univers ne peut pas émerger non ?
m@ch3
Never feed the troll after midnight!
Merci pour cette réponse riche en informations ! Je comprend mieux les façons d'utiliser les solutions.
Par contre tu ne m'a pas réfuté le fait que cela aurait dû former un trou noir, où je ne l'ai pas compris.
La forme n'est pas pour moi un problème du fait que l'univers était extrement petit a un moment, de tel sorte que tout ça masse était comprise dans le rayon de schwarzschild.
De plus le fait qu'il n'y ai pas de vide, je ne comprend pas en quoi cela est un problème. Pourquoi la formation d'un trou noir dépendrait du fait qu'il y ait du vide autour ?
Merci a vous!
Alors sur le fond il y a bien un soucis : si on imagine un milieu homogène (infiniment étendu si on veut) initialement statique et qu'on laisse évoluer, et bah il s'effondre bel et bien pour former une singularité. Autrement dit, le Big Bang c'est pas simplement "un milieu initialement très dense et très chaud" c'est aussi un milieu "mû par un très fort taux d'expansion".
Et c'est assez bizarre à imaginer justement parce qu'un milieu devait au contraire freiner ce taux d'expansion, évidemment. Ce qui va se produire immédiatement (le taux d'expansion ne cesse de chuter depuis les origines).
C'est un peu comme si tu voyais surgir du brouillard un cycliste lancé à pleine balle (taux d'expansion +++) mais... tous les freins serrés (densité +++) ! Tu vas te dire qu'il a pris de l'élan s't'homme là. Ouimaizou ?
Dans la théorie "classique" (à base uniquement de relativité générale) la conjonction de ces deux propriétés antinomiques n'est pas expliquée, ça fait juste partie des conditions initiales. Autrement dit, le Big Bang ne fait pas partie de la théorie du Big Bang...
Ça commence à s'éclaircir avec la théorie de l'inflation, au début des années 80 <insérez ici un clip de IAM>. Dans cette théorie, l'état initial est vide. Mais un vide de très forte densité d'énergie (~ échelle grand-unifiée). Le vide développe une tension (une pression négative) de même valeur que sa densité d'énergie. Et ça engendre une gravité répulsive c-à-d une expansion de l'espace qu'on appelle dans ce cas "inflation". Et si la densité est très forte, cette inflation sera très vigoureuse (le cycliste dévale la pente). Puis le vide change d'état et son énergie se convertit en matière, on obtient un Big Bang chaud et dense avec un taux d'expansion qui décroit brutalement (le cycliste appuie sur les freins)
Dernière modification par Gilgamesh ; 27/08/2020 à 17h46.
Parcours Etranges
D'accord et l'expansion peut aller plus vite que la vitesse de la lumière en quelque sorte non ?
Le concept de vitesse d'expansion est dépourvu de sens.
L'expansion est caractérisé par un taux d'expansion. Le taux d'expansion actuel c'est H0~70 km/s/megaparsec. En unité SI ça donne 2.10-18 m/s/m. Des mètre par seconde par mètre c'est autrement dit des 1/s. Le taux d'expansion c'est a comprendre comme un gain proportionnel par unité de temps. Ca veut dire que si j'ai une longueur de 1018 m, multiplié par H0 ça donne 2 mètres. C'est de cette quantité qu'aura augmenté la distance en 1 seconde. Si je prend une distance de c/H0 mètre (environ 1,5.1026 m, ce qu'on appelle le rayon de Hubble) la distance augmente de 300 000 km par seconde. Si je prend deux fois cette distance elle va augmenter de 2 x 300 000 km/s, etc
Quel que soit le taux d'expansion H, on peut toujours trouver une distance (c/H) au delà de laquelle les objets s'éloignent les uns des autres à plus de c.
Parcours Etranges
Ok et du coup le taux d'expansion au Big Bang devait être tellement grand que les extrémités de l'univers s'écartait les un des autres plus rapidement que la vitesse de la lumière malgré leurs distances rapproché ?
Cela pourrait empêcher l'implosion du coup si je ne dis pas de bêtises
Mais sinon, en effet quand on parle de taux d'expansion vigoureux, il l'est. A la mesure de l'échelle d'énergie supposée, j'ai dis grand-unifiée soit (1016 GeV)4. Un plasma au centre d'impact dans le LHC il a une densité d'énergie de l'ordre de (104 GeV)4 pour te donner une idée de l'écart qui nous sépare de l'échelle d'inflation.
A cette échelle, l'univers grandit d'un facteur e tous les 10-27 seconde. Ça veut dire qu'en 1 seconde, il grandit d'un facteur exp(1027). Ce qui est pas mal beaucoup.
Parcours Etranges
Eh oui bien sûr qu'en partant d'un taux d'expansion initialement boosté par l'inflation, ça empêche l'implosion et c'est précisément ce qui explique que l'univers a le taux d'expansion actuel H0 = 70 km/s/Mpc alors qu'il n'a pas cessé de décroître depuis la fin de l'inflation (mais de plus en plus doucement).
Dernière modification par Gilgamesh ; 27/08/2020 à 18h15.
Parcours Etranges
Ok merci vous avez résolu mes interrogations !
