(nouvelles) questions sur le fond diffus cosmologique

[andretou]

Autrement dit c'est l'analogue de la surface d'un nuage qu'on voit quand on en est sorti : on est dans une bulle de transparence dont la surface s'éloigne à la vitesse de la lumière et au delà , ça reste opaque.

C'est cette surface qui s'est éloignée tres tres loin, dont en plus le rayonnement s'est "refroidi" par effet de décalage vers le rouge, mais qu'on continue à voir quand on "étudie " le FDC.

Si les photons primordiaux qui constituent le Fond diffus s'éloignent de nous, comment se fait-il que l'on puisse les voir ?
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[Gilgamesh]

Si les photons primordiaux qui constituent le Fond diffus s'éloignent de nous, comment se fait-il que l'on puisse les voir ?

Les photons produits au moment du découplage de l'endroit où nous nous trouvons s'éloignent de nous. Nous recevons les photons émis à cette époque et provenant d'une coquille dont le rayon actuelle (dit comobile) ~ 45 Gly.

[andretou]

Nous recevons les photons émis à cette époque et provenant d'une coquille dont le rayon actuelle (dit comobile) ~ 45 Gly.

Ce que je ne comprends pas, c'est pourquoi ces photons sont-ils émis vers l'intérieur (de la coquille) ?
Il y a 13,8 Ma, les photons primordiaux ont été émis depuis l'intérieur vers l'extérieur, non ?
Donc pourquoi à présent sont-ils émis depuis l'extérieur vers l'intérieur ?

[Archi3]

Si les photons primordiaux qui constituent le Fond diffus s'éloignent de nous, comment se fait-il que l'on puisse les voir ?

les photons vont dans tous les sens, certains s'éloignent et d'autres se rapprochent, tu reçois à chaque instant ceux dont la direction pointait vers toi, qui étaient de plus en plus loin au moment de la recombinaison, plus le temps avance.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Archi3]

Ce que je ne comprends pas, c'est pourquoi ces photons sont-ils émis vers l'intérieur (de la coquille) ?
Il y a 13,8 Ma, les photons primordiaux ont été émis depuis l'intérieur vers l'extérieur, non ?

non... il n'y a pas d'extérieur ni d'intérieur à un moment donné. Attention à l'image du ballon qui gonfle, danss cette image, les photons et les particules se propagent uniquement sur la surface, donc pas "radialement"

[andretou]

L'existence du Fond diffus démontrerait donc que l'Univers ne peut pas avoir la forme d'une boule ?

[Archi3]

L'existence du Fond diffus démontrerait donc que l'Univers ne peut pas avoir la forme d'une boule ?

il n'a pas la forme d'une boule ...

[andretou]

il n'a pas la forme d'une boule ...

Pour quelle raison ?...

[Archi3]

parce qu'il est sans doute homogène et isotrope et une boule n'est pas homogène et isotrope (elle a une surface). L'Univers n'a pas de surface.

[andretou]

L'Univers n'a pas de surface.

Le Fond diffus ne pourrait-il pas constituer la surface de l'Univers, être en quelque sorte sa coquille ?

[Archi3]

non le fond diffus n'est pas localisé sur une surface de l'Univers. Plus précisément, chaque observateur définit une surface de dernière diffusion, qui représente effectivement si on veut la surface de la "bulle transparente" dans laquelle il est, mais cette surface dépend de l'observateur.

J'ai pris l'exemple de la brume . Toute personne dans la brume verra nettement les objets autour de lui, mais de moins en moins ceux qui sont plus lointains, et voit donc comme une "bulle de transparence" limitée par un mur au delà duquel il ne voit plus rien (en pratique la transition est plus progressive parce que l'opacité est constante, alors que dans le cas du rayonnement cosmologique , il y a eu en plus une transition temporelle rapide et le contraste entre "bulle de transparence" et "mur d'opacité" est plus brutal que dans le cas d'une brume, mais sinon c'est analogue). Mais cette bulle et les évènements qui la limitent (la surface de dernière diffusion) dépend bien sur de l'observateur, elle n'est pas localisée "en soi' quelque part. Le fond cosmologique vient des photons qui NOUS parviennent du moment de la recombinaison, mais par exemple le dessin des fluctuations ne serait pas le même vu d'un autre endroit de l'Univers, même si bien sur la distribution statistique de l'amplitude et de la taille des fluctuations n'a pas de raison d'être différente (sauf pour les "grosses " fluctuations , peu nombreuses, qui peuvent varier significativement simplement à cause de leur petit nombre, ce qu'on appelle la "variance cosmique". .

[saint.112]

Le Fond diffus ne pourrait-il pas constituer la surface de l'Univers, être en quelque sorte sa coquille ?

Ce type de question est revenu plusieurs fois. Il ne faut pas perdre de vue que ce fond, qu’il soit diffus ou pas, n’est pas un objet physique. C’est un peu comme l’horizon quand on est en mer qui est la limite de ce qu’on peut voir étant donné la rotondité de la terre mais qui n’est pas une limite matérielle. Il se déplace avec le bateau. Si tu montes en haut du mat il s’agrandit.
Des ET habitant une galaxie située à 10 millions d’années-lumière voient un fond diffus très similaire au nôtre, à la même distance d’eux que le nôtre de nous, avec les mêmes dimensions, mais décalé de 10 millions d’années-lumière.
Nico

[Garion]

J'aimais bien une analogie que j'avais lu ici (je crois pas que c'était Gilgamesh, mais pas sûr).
Imaginons une surface infinie remplie de gens qui se mettent à faire un claquement de main tous en même temps.
Chacun percevra un claquement en continu qui vient de plus en plus loin au fur et à mesure que le temps passe.
Le FDC, c'est le même principe, il n'est pas localisé.

[Gilgamesh]

Oui c'était là : https://forums.futura-sciences.com/a...ml#post5864799

[Pio2001]

@andretou,
Tout d'abord, il faut bien comprendre que l'univers est considéré comme infini, et rempli de matière jusqu'à l'infini, même au moment du découplage.

Il faut définitivement bannir la phrase "dans le passé, tout l'univers était contenu dans une sphère de la taille d'un atome", c'est totalement faux, et archifaux. A l'époque, l'univers s'étendait déjà jusqu'à l'infini (sauf modèles topologiques rebouclés sur eux-mêmes), tout comme maintenant.
C'est la partie observable aujourd'hui depuis la terre, qui tenait dans un volume de la taille d'un atome. Et seulement cette partie. Il y a une manie dans les articles de vulgarisation de confondre "univers" (infini, ou infiniment rebouclé) et "univers observable" (une sphère arbitraire centrée autour de la Terre). Cela ruine toute l'explication.

[andretou]

@andretou,
Tout d'abord, il faut bien comprendre que l'univers est considéré comme infini, et rempli de matière jusqu'à l'infini, même au moment du découplage.

Tu veux dire qu'il existerait une quantité infinie de matière dans l'Univers ?
Si oui, pourquoi exclus-tu l'hypothèse d'une quantité finie de matière dans l'Univers ?

[Deedee81]

Salut,

Tu veux dire qu'il existerait une quantité infinie de matière dans l'Univers ?

C'est une possibilité. On n'a pas de preuve.

Actuellement le modèle le mieux validé est un modèle dit ouvert, sans limite. Mais on ne peut pas observer ce qui est au-delà de l'univers observable (c'est une lapalissade). L'univers observé est homogène et isotrope (en moyenne). Et donc on modélise ça par un univers infini homogène et isotrope. Mais si on le fait .... c'est par facilité (sinon le modèle mathématique serait beaucoup plus compliqué), de toute façon on ne sait pas le vérifier.

Il n'est pas exclut que l'univers soit moins homogène sur de plus grandes échelles (quelques dizaines ou de centaines de fois le rayon observable ?) et donc impossible de savoir comment est l'univers dans sa globalité.

Pire encore, même s'il est vraiment partout homogène et isotrope et même s'il est spatialement plat, il n'est pas nécessairement infini. Il pourrait avoir une topologie comme dans les jeux vidéos comme PacMan : en allant toujours tout droit on se retrouve au même point (et le bord du jeu est conventionnel, c'est juste le bord de l'écran pour nous voir le jeu ).

C'est le dada de Jean-Pierre Luminet avec son univer dodécaédrique. https://fr.wikipedia.org/wiki/Espace..._Poincar%C3%A9

On a vérifié (grâce au rayonnement fossile) que si l'univers est comme ça alors son "vrai" rayon est au moins égal au rayon de l'univers observable (sinon en observant dans deux directions opposées on verrait le même endroit et cela produirait des corrélations à grand angle dans le rayonnement fossile). Mais à nouveau impossible de dire au-delà de ce rayon.

C'est la malédiction du scientifique : il ne peut décrire avec certitude ce qu'il ne peut observer/mesurer même indirectement. Même si on peut parfois avoir une certaine confiance (par exemple l'intérieur des trous noirs).

[Pio2001]

Tu veux dire qu'il existerait une quantité infinie de matière dans l'Univers ?
Si oui, pourquoi exclus-tu l'hypothèse d'une quantité finie de matière dans l'Univers ?

Aucun modèle existant ne représente notre univers comme un îlot de matière isolé dans un vide infini, avec un endroit où se trouverait "la dernière étoile".

Les modèles "finis" dont parle Deedee81 sont extrêmement complexes et font appel à des topologies non triviales de l'espace-temps. Rien à voir avec un univers qui s'arrête au bout d'une certaine distance, au-delà de laquelle il n'y aurait plus rien.

Donc déjà il faut se représenter l'univers comme n'ayant pas de fin si on avance droit devant soi. Juste avant le moment où le rayonnement de fond cosmologique a été émis, l'univers était donc empli d'un brouillard lumineux et opaque, mais il faut bien avoir en tête l'image d'un brouillard sans fin : si tu avances droit devant, tu n'en sors jamais.
Après, selon les modèles d'espace-temps utilisés, soit tu continues à t'éloigner jusqu'à l'infini, soit tu reviens à ton point de départ. Mais ça, c'est un détail qui ne change rien à la question.

[Appex]

Tu veux dire qu'il existerait une quantité infinie de matière dans l'Univers ?
Si oui, pourquoi exclus-tu l'hypothèse d'une quantité finie de matière dans l'Univers ?

Sinon ça voudrait dire qu'on se situe pile poil au centre et que l'univers observable coïncide avec l'univers réel (et seul cet univers là est l'univers).
Pourquoi par hasard serions-nous au centre de l'univers en inflation/expansion ???? Pourquoi ce privilège ou ce hasard extraordinaire en quelque-sorte ?
C'est donc une hypothèse probable mais qui va à l'encontre du rasoir d'ockham qui préfère une hypothèse plus simple.

Une formulation plus moderne est que « les hypothèses suffisantes les plus simples doivent être préférées ». C'est un des principes heuristiques fondamentaux en science, sans être pour autant à proprement parler un résultat scientifique. Dans le langage courant, le rasoir d'Ockham pourrait s'exprimer par les phrases « l'explication la plus simple est généralement la bonne » ou « Pourquoi faire compliqué quand on peut faire simple ? ».
Cependant, « la simplicité » dont il est question ici ne signifie pas que l'hypothèse la plus simpliste, la plus évidente ou la plus conventionnelle soit forcément la bonne. Le rasoir ne prétend pas désigner quelle hypothèse est vraie, il indique seulement laquelle devrait être considérée en premier¹.

La rationalité est aujourd'hui comprise comme la pratique de la logique à laquelle on a adjoint le principe de parcimonie. Ce principe, ou principe d'économie d'hypothèses, implique que lorsqu'un chercheur propose « une inférence sur le monde réel, le meilleur scénario ou la meilleure théorie est celui qui fait intervenir le plus petit nombre d'hypothèses ad hoc, c'est-à-dire hypothèses non documentées »².

https://fr.wikipedia.org/wiki/Rasoir_d%27Ockham

[Archi3]

Sinon ça voudrait dire qu'on se situe pile poil au centre et que l'univers observable coïncide avec l'univers réel (et seul cet univers là est l'univers).

non une quantité de matière finie dans un univers euclidien ne correspond pas au principe cosmologique, il n'est pas homogène et isotrope (puisque les points "en dehors" de la boule contenant de la matière seraient différents des points "en dedans", et que la densité de matière vue dans les différentes directions n'est pas la même à part exactement au centre). D'autre part la taille de l'Univers visible n'a aucune raison de correspondre à la taille de la boule, au départ elle serait plus petite (on pourrait ignorer qu'il n'est pas infini) et à un moment elle deviendrait plus grande (et là on s'apercevrait qu'on est dans une boule de taille finie et qu'il n'y a rien "dehors").

Mais ce ne sont pas du tout des solutions cosmologiques de la RG, elle seraient très bizarres. Les univers finis ne sont pas "limités" par une surface, ils ont une topologie non triviale où ils se "referment" sur eux mêmes. La seule solution totalement isotrope est l'hypersphère qui généralise en 3D une sphère en 2D, qui est finie mais sans frontière, et tout point de la surface peut être considéré comme un centre. Il y a aussi des solutions multiconnexes (étudiées par Luminet) où il y aurait un polyèdre de base dont on identifie des faces opposées (en sortant par une face on rentre par la face opposée comme dans certains jeux vidéos), ce qui est équivalent à un motif de volume fini répliqué un nombre infini de fois. Mais elles ne sont pas isotropes.

Mais ce n'est jamais une "boule 3D" au sens habituel d'un ballon.

[Garion]

Oui c'était là : https://forums.futura-sciences.com/a...ml#post5864799

PS : Désolé, je voulais dire "je crois que c'était Gilgamesh, mais pas sûr" et pas le contraire

[andretou]

Tout d'abord, il faut bien comprendre que l'univers est considéré comme infini, et rempli de matière jusqu'à l'infini, même au moment du découplage.

Est-ce que tu te places bien dans le cadre du modèle cosmologique standard (le Big bang) ?
Dans ce cas, comment la matière apparue il y a 13,8Ma peut-elle s'étendre à l'infini ?

[Deedee81]

Salut,

Est-ce que tu te places bien dans le cadre du modèle cosmologique standard (le Big bang) ?

A strictement parler oui puisque le modèle standard considère un espace (pas l'espace-temps) plat avec constante cosmologique légèrement positive est un modèle dit ouvert et infini (ce n'est qu'une idéalisation, mais c'est bien le modèle) et (à grande échelle) homogène et isotrope partout.

Dans ce cas, comment la matière apparue il y a 13,8Ma peut-elle s'étendre à l'infini ?

On ignore comment ça a commencé (et les modèles issus de la gravité quantique donnent toujours des solutions avec pré-bigbang : donc pas "d'apparition", et d'ailleurs même sans pré-bigbang l'univers n'a pas de naissance puisque dans ce cas il n'y a pas d'avant, une naissance implique un changement d'état, et donc même dans ce cas l"univers "est" et donc pas "d'apparition" au sens commun).
Ceci dit, j'insiste : le modèle infini est idéalisé (*) et on ignore si l'univers est vraiment infini.

(*) étant donné qu'on ne sait pas vérifier au-delà de l'univers observable il serait idiot de compliquer le modèle en ajoutant des trucs (comme une topologie non triviale ou une variation de la courbure ou de la "constante" cosmologique) bien au-delà de l'univers observable.

[Deedee81]

une naissance implique un changement d'état, et donc même dans ce cas l"univers "est" et donc pas "d'apparition" au sens commun).

Précision sur ça car ce n'est pas intuitif.

Quand on pense à un univers avec un T=0 et pas d'avant, on a tendance à l'imaginer mentalement comme :

rien ..... (naissance) BOUM un univers (en expansion)

Mais non, ça c'est mental, le "rien" c'est juste dans notre esprit qui visualise.
Ce qu'on a physiquement est juste :
un univers (en expansion)

et c'est tout ! Il n'y a donc pas de naissance à proprement parler. Et on a juste un univers à décrire.
(n'oublions pas que la science décrit les choses, elle ne dit pas pourquoi les choses sont ainsi et pas autrement, ça c'est du ressort au mieux de la philo).

[Pio2001]

A strictement parler oui puisque le modèle standard considère un espace (pas l'espace-temps) plat avec constante cosmologique légèrement positive est un modèle dit ouvert et infini (ce n'est qu'une idéalisation, mais c'est bien le modèle) et (à grande échelle) homogène et isotrope partout.

Tout-à-fait. Le big bang c'est une dilution qui part d'un univers infini (ou plus compliqué) chaud et dense, vers la même chose, mais froid et presque vide aujourd'hui.
Si on considère à un instant t un morceau de cet univers, par exemple les galaxies qui nous entourent, alors dans un passé lointain, ce même morceau était bien plus petit. Ultra-concentré dans un volume minuscule. Mais ce n'est pas tout l'univers, c'est juste le morceau dont on est en train de parler.

[andretou]

Tout d'abord, il faut bien comprendre que l'univers est considéré comme infini, et rempli de matière jusqu'à l'infini, même au moment du découplage.

Ceci dit, j'insiste : le modèle infini est idéalisé (*) et on ignore si l'univers est vraiment infini.

Pourriez-vous svp vous mettre d'accord ?

[Deedee81]

Pourriez-vous svp vous mettre d'accord ?

Pio2001 et moi on est d'accord.

Lit les réponses complètement.

J'ai dit que Pio2001 a raison : le modèle standard considère l'univers infini
J'ai précisé : c'est une idéalisation (pratique)
et rajouté qu'on ignore si c'est bien vrai (mais qu'on s'en fout car on ne sait pas observer au-delà de l'univers observable, c'est une lapalissade).

Il n'y a pas là le moindre désaccord.

[yves95210]

Pio2001 et moi on est d'accord.

Lit les réponses complètement.

J'ai dit que Pio2001 a raison : le modèle standard considère l'univers infini
J'ai précisé : c'est une idéalisation (pratique)
et rajouté qu'on ignore si c'est bien vrai (mais qu'on s'en fout car on ne sait pas observer au-delà de l'univers observable, c'est une lapalissade).

Il n'y a pas là le moindre désaccord.

Après, si c'est plus confortable pour l'esprit de se représenter l'univers comme étant fini, c'est possible :
les résultats de Planck, compte-tenu de leur marge d'erreur, sont compatibles aussi bien avec une courbure spatiale nulle qu'avec une courbure spatiale positive mais suffisamment petite pour que le modèle standard avec courbure spatiale nulle reste applicable à notre univers observable dans la limite de la précision de nos observations.

Dans ce cas la géométrie des tranches spatiales de l'espace-temps serait celle d'une hypersphère; mais elle serait beaucoup, beaucoup plus grande que l'univers observable. Faute de pouvoir se déplacer à une vitesse supérieure à c, un observateur n'aurait aucun moyen d'en faire le tour pour revenir à son point de départ histoire de vérifier que l'univers est fini (pas plus qu'un signal "lumineux" ne pourrait le faire)...

Remarque : un tel modèle avec une constante cosmologique strictement positive ne conduit pas à un ralentissement de l'expansion suivi par une contraction (au contraire du même modèle avec constante cosmo nulle). Ses prédictions seraient indiscernables par l'observation de celle du modèle standard, y compris (et encore plus) dans le futur.

[Deedee81]

Après, si c'est plus confortable pour l'esprit de se représenter l'univers comme étant fini, c'est possible :

Ma foi tu as raison, et on peut pas dire que l'entorse au MS soit grave !
(et pas besoin de se compliquer la vie, je voyais "trop loin" sans jeu de mots, en envisageant toutes sortes de cosmologies quelque peu exotiques )

Et de toute façon, ça ne change rien. Qui sait, l'univers est peut-être das une boule à neige de super extraterrestres et d'un diamètre de 30 AL. C'est une idée idiote mais de fait on ne saurait pas le vérifier.

[Appex]

De toutes façon on en est à penser comme une bande lézards coincé sur un arbre au milieu d'une forêt vierge plantée sur une île qui se demande ce que les trucs qu'on voit au loin sont des iles et si le monde continue ainsi à l'infini ou pas.
Donc rasoir d'okham tant qu'on n'a pas réussi à s'étendre un peu plus loin.

Par exemple ce qui pourrait être intéressant ce serait de mesurer directement (et pour de vrai donc sans hypothèse ad hoc) la courbure de notre espace.
En plaçant dans l'espace (infini comme dirait le capitaine kirk ) 3 lasers formant un triangle.
En mesurant les angles de ce triangle (qu'on connaitrait de manière très précise vu que c'est nous qui l'aurions créé) on devrait pouvoir déterminer la réelle courbure de l'univers proche (enfin à la taille du triangle et donc l'opération prendrait un temps relatif à sa taille).
Plus ou moins 180° ?
That is the question Mister Shackespear....