La mort thermique de l'univers remise en cause ?

[flo8585]

Bonjour,

J'ai lu récemment que la mort thermique de l'univers dans un univers en constante expansion correspondait à son entropie maximale. Or j'ai lu également que certains remettaient en cause la théorie de la mort thermique de l'univers comme destin ultime car selon eux, un univers en constante expansion verrait son entropie maximale augmenter plus rapidement que son gain en entropie. Ainsi, l'expansion de l'univers, et l'accélération de cette expansion (causée par l'hypothétique énergie noire) nous éloignerait au contraire peu à peu de la mort thermique.

Tout cela n'est que théorie, et j'ai un peu de mal à me retrouver dans tout cela. C'est pourquoi j'aimerais demander à ceux qui s'y connaissent bien quelle est l'hypothèse privilégiée tenant compte de nos connaissances actuelles sur le sujet ? La mort thermique est-elle plus probable ou improbable ?

Merci d'avance pour vos réponses,
flo8585
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[Gilgamesh]

Bonjour,

J'ai lu récemment que la mort thermique de l'univers dans un univers en constante expansion correspondait à son entropie maximale. Or j'ai lu également que certains remettaient en cause la théorie de la mort thermique de l'univers comme destin ultime car selon eux, un univers en constante expansion verrait son entropie maximale augmenter plus rapidement que son gain en entropie. Ainsi, l'expansion de l'univers, et l'accélération de cette expansion (causée par l'hypothétique énergie noire) nous éloignerait au contraire peu à peu de la mort thermique.

Tout cela n'est que théorie, et j'ai un peu de mal à me retrouver dans tout cela. C'est pourquoi j'aimerais demander à ceux qui s'y connaissent bien quelle est l'hypothèse privilégiée tenant compte de nos connaissances actuelles sur le sujet ? La mort thermique est-elle plus probable ou improbable ?

Merci d'avance pour vos réponses,
flo8585

L'entropie maximale correspond à l'équilibre thermodynamique, et en gros c'est proportionnel au log du nombre de particule N dans l'univers

S ~ ln(N)

L'expansion n'agit pas sur N. On travaille grosso modo à nombre de particules constant depuis la fin de la nucléosynthèse primordiale.

Par contre l'expansion agit de manière évidente sur la densité de particules, et donc sur la densité d'entropie. La diminution drastique de cette densité d'entropie a permis à tous les phénomènes "intéressants" de l'univers de se dérouler (formation stellaire, planétaire, vie...). On est ainsi passé d'une univers formidablement entropique à l'origine, le plus bel exemple d'équilibre thermodynamique qu'il y aura jamais, au moment du découplage (en témoigne l'homogénéité du fond radio cosmologique émis à cette occasion) à un univers structuré à toutes les échelles aujourd'hui.

Bon, mais sur le très, très long terme, tous les phénomènes "intéressant" implique un flux d'énergie libre (gravitationnelle et nucléaire) et il vont finir par se tarir. Pour l'univers ultime on prédit en gros un bain de photon ultra froid, asymptotiquement assimilable à un vide parfait.

[flo8585]

Merci pour votre réponse.

Du coup l'expansion de l'univers a un effet sur la densité d'entropie, donc elle serait bien la cause (ou tout du moins liée) de l'hypothétique mort thermique de l'univers n'est-ce pas ? Or on ne sait pas comment fonctionne l'énergie noire (à supposer que c'est bien elle qui est responsable de l'accélération de l'expansion) ni pourquoi son influence a commencé massivement il y a quelques milliards d'années. Donc la mort thermique de l'univers n'est qu'une hypothèse dans le cas où cette accélération de l'expansion ne s'arrête pas ?

De plus, l'hypothèse dit que l'énergie noire causerait l'accélération de l'expansion de l'univers, mais est-elle aussi responsable de son expansion à la base ? Si non, connaît-on la cause de cette expansion ? Car si la densité d'énergie noire se modifiait comme cela a visiblement été le cas il y a plusieurs milliards d'années et que l'expansion de l'univers s'arrêtait voir s'inversait, le problème de la raréfaction des phénomènes "intéressants" ne se poserait plus, car l'énergie ne disparaît jamais n'est-ce pas ?

Je ne comprends pas pourquoi on ne parle pas plus de l'énergie noire quand on aborde l'hypothèse de la mort thermique de l'univers. Car si l'univers arrête son expansion à un moment donné, la densité de particule et d'entropie resterait constante, et il y aurait toujours de l'énergie non ?

[Garion]

Or on ne sait pas comment fonctionne l'énergie noire (à supposer que c'est bien elle qui est responsable de l'accélération de l'expansion)

Là, il y a un problème, l'énergie noire n'existe que parce qu'on a constaté l'accélération de l'expansion, c'est le nom qu'on a donné à la cause du phénomène.
On ne peut pas parler d'énergie noire si on ne considère pas qu'elle est la cause de l'accélération.

[A voir en vidéo sur Futura]

[flo8585]

Oui effectivement je me suis mal exprimé. Ce que je voulais dire, c'est que s'il y a une énergie noire, cela ne nous avance pas à grand chose car ce n'est qu'un nom posé sur un phénomène inconnu, dont on ne connaît même pas la nature. Je voulais juste préciser que je savais que l'énergie noire n'existe peut-être même pas, vu que plusieurs personnes proposent des modèles qui permettraient de s'en passer.

[Deedee81]

Salut Flo8585,

Tu sais quand on parte d'évolutions possibles de l'univers il y a à peu près autant d'idées/modèles que de physiciens (pour ceux qui y ont réfléchi). Face aux inconnues (énergie noire, matière noire, gravité quantique) on aurait besoin de boules de cristal et un idiot les a toutes cassées

[spark1]

Bonjour

Si je peux me permettre, l'énergie noire a été interpreté comme existante parce qu'on pense avoir constaté l'accélération de l'expansion, hors les derniers essais en date en laboratoire et un echec cuisant pour l'existence de l'energie noire,
https://www.imperial.ac.uk/news/1925...arrows-search/

Il n'y a donc aucune preuves de l'energie noire

[Gilgamesh]

Bonjour

Si je peux me permettre, l'énergie noire a été interpreté comme existante parce qu'on pense avoir constaté l'accélération de l'expansion, hors les derniers essais en date en laboratoire et un echec cuisant pour l'existence de l'energie noire,
https://www.imperial.ac.uk/news/1925...arrows-search/

Il n'y a donc aucune preuves de l'energie noire

L'expérience ne teste que l'hypothèse où l'énergie sombre se traduirait comme une cinquième force (ce qui ne constitue pas l'hypothèse standard, qui comprend plutôt cette énergie sombre comme une énergie du vide).

[Gilgamesh]

Merci pour votre réponse.

Du coup l'expansion de l'univers a un effet sur la densité d'entropie, donc elle serait bien la cause (ou tout du moins liée) de l'hypothétique mort thermique de l'univers n'est-ce pas ? Or on ne sait pas comment fonctionne l'énergie noire (à supposer que c'est bien elle qui est responsable de l'accélération de l'expansion) ni pourquoi son influence a commencé massivement il y a quelques milliards d'années. Donc la mort thermique de l'univers n'est qu'une hypothèse dans le cas où cette accélération de l'expansion ne s'arrête pas ?

De plus, l'hypothèse dit que l'énergie noire causerait l'accélération de l'expansion de l'univers, mais est-elle aussi responsable de son expansion à la base ? Si non, connaît-on la cause de cette expansion ? Car si la densité d'énergie noire se modifiait comme cela a visiblement été le cas il y a plusieurs milliards d'années et que l'expansion de l'univers s'arrêtait voir s'inversait, le problème de la raréfaction des phénomènes "intéressants" ne se poserait plus, car l'énergie ne disparaît jamais n'est-ce pas ?

Je ne comprends pas pourquoi on ne parle pas plus de l'énergie noire quand on aborde l'hypothèse de la mort thermique de l'univers. Car si l'univers arrête son expansion à un moment donné, la densité de particule et d'entropie resterait constante, et il y aurait toujours de l'énergie non ?

Je te donne juste la big picture pour voir l’enchaînement des concepts : avant ce qu'on va appeler le "Big Bang", tu imagine un espace remplit d'un vide de haute énergie. Ce vide a un niveau d'énergie élevé, du même ordre que celui prédit par la théorie quantique des champs. Le vide possède une pression de même valeur mais de signe opposé à la densité d'énergie. Dans ce cas là, il produit une gravité répulsive, c'est à dire une expansion spontanée de l'espace, qu'on appelle l'inflation.

Manifestement, puisque nous existons, il existe un état du vide de moindre énergie, celui qui nous entoure. Dans cet espace en inflation, un peu partout, tout le temps, on imagine donc que le vide décroit d'un état de haute énergie vers un état de basse énergie. La décroissance du vide vers un état de basse énergie est ce qu'on appelle un changement de phase. De même que la vapeur d'eau en se condensant relargue de la chaleur, le changement d'état du vide relargue une grande quantité d'énergie qui vont exciter les champs quantiques. Et ce qu'on appelle excitation d'un champs en théorie quantique, c'est une particule. La décroissance du vide provoque donc une énorme création de matière (au sens large, incluant les photons).

Le Big Bang, vu comme un événement singulier marquant le début de notre univers, est donc simplement ça : un changement d'état du vide qui provoque la fin de l'inflation et la création d'un plasma chaud et dense. Par une curieuse ironie du concept, ce qu'on appelle le "bang", c'est la fin d'un "bang", l'inflation. Le Big Bang, c'est le moment où l'univers commence à freiner ! Car si la densité d'énergie initiale du milieu est la même, la pression, qui était fortement négative dans le cas du vide, devient fortement positive dans le cas de la matière. La gravité qui était répulsive devient puissamment attractive. La taux d'expansion qui était très élevé et stable dans l'univers inflationnaire chute vertigineusement, mais en même temps, comme l'univers est en expansion, la densité d'énergie du rayonnement et de la matière diminuent régulièrement, donc le taux de décroissance du taux d'expansion part lui même d'une valeur maximale au départ pour décroitre rapidement.

On est maintenant dans le modèle classique d'expansion. On a d'abord une première phase où la densité de rayonnement domine, puis une phase où c'est la matière qui domine, puis une phase dans laquelle nous nous trouvons désormais, virtuellement éternelle dans le future, où c'est à nouveau l'énergie du vide qui domine mais à un niveau incomparablement plus faible que celui du vide d'où est sortie notre univers.

[zebular]

@Gilgamesh
"...mais à un niveau incomparablement plus faible que celui du vide d'où est sortie notre univers."
dû à quoi?
L'univers ne rendrai pas l'energie puisée avant le "bang"?
L'univers a une taille qui ne suffit pas à retrouvers l'état initial?
D'ou vient la perte ?

[Gilgamesh]

@Gilgamesh
"...mais à un niveau incomparablement plus faible que celui du vide d'où est sortie notre univers."
dû à quoi?
L'univers ne rendrai pas l'energie puisée avant le "bang"?
L'univers a une taille qui ne suffit pas à retrouvers l'état initial?
D'ou vient la perte ?

Un volume équivalent à celui atome (1 angström de diamètre) remplit d'un vide de niveau d'énergie grand-unifié ρ ~ (10¹⁶eV)⁴ contient suffisamment d'énergie pour produire l'Univers visible (10⁵⁴ kg).

Dans l'idée c'est ce qui se passe à la fin de l'inflation : ce volume de vide en changeant de phase se remplit de matière avec cette densité d'énergie gigantesque (10¹⁰¹ J/m³) et la température correspondante ~10²⁹K, puis continue de grandir et de se refroidir jusqu'à attendre son volume et sa densité actuelle, et dans le futur il devrait se diluer indéfiniment. Donc en première approx rien n'est perdu de l'énergie initiale, elle s'est simplement diluée dans un volume immensément plus grand (passant d'un volume de ~(1 Å)³ à ~(46 Gal)³). Si on y regarde de plus près y'a quand même une perte notable, celle du rayonnement, par redshift.

[zebular]

Ok,l'image est bien claire.merci
Et donc la perte par redshift?(je suis un peu opportuniste, jamais rien vu sur le sujet)
C'est l'allongement de l'onde qui se traduit par une perte d'energie? Mais celà ne produit il pas un "champ" dans un plus grand volume spatiale qui correspondrait au facteur energétique perdu?(Je ne sais pas si c'est compréhensible?je squatt un peu le fil)

[Gilgamesh]

Ok,l'image est bien claire.merci
Et donc la perte par redshift?(je suis un peu opportuniste, jamais rien vu sur le sujet)
C'est l'allongement de l'onde qui se traduit par une perte d'energie? Mais celà ne produit il pas un "champ" dans un plus grand volume spatiale qui correspondrait au facteur energétique perdu?(Je ne sais pas si c'est compréhensible?je squatt un peu le fil)

Nope. La seul mécanisme susceptible de compenser cette perte serait gravitationnel mais dans le formalisme de la relativité général ça fonctionne pas vraiment.

[Gilgamesh]

Comme suggéré par mes estimés confrères, j'ai déplacé mes échanges avec Garion vers cette nouvelle discussion :
https://forums.futura-sciences.com/d...etat-vide.html

(et j'ai fait le ménage)