Fond diffus cosmologique et inflation

[erict30]

Ayant des questions en rapport exactement avec le sujet je me permets de continuer sur ce post plutôt que d'en ouvrir un .

1- Si j'ai bien compris , 380 000 ans ( donc il y a 13.7 milliards d'année en gros ) après le big bang c'est la recombinaison : la lumière circule librement dans l'Univers et le fond diffus cosmologique ( fdc ) est le rayonnement émis à ce moment qui dépend de la température qui était de 3000 ° K environ . Ce rayonnement peut-être décrit comme celui d'un corps noir à 3000 ° K . Mais comme l'Univers a subit une expansion le rayonnement a aussi subit cette expansion ( exactement comme un effet Doppler ) et le rayonnement de fdc qui devrait être observé est celui d'un corps noir de température de l'ordre de 3° K . C'est exactement ce que l'on observe .

Si j'ai tout bon au point 1 je continue :

2- Le fdc observé est trop homogène pour que ce soit un hasard , il faut faire l'hypothèse que toutes les zones d'où provient ce rayonnement ont été en contact pour échanger l'information qui va conduire à l'homogénéisation de la température et donc du rayonnement . Par contre la taille de l'univers lors de la recombinaison est trop grande pour que toutes les zones de l'Univers puissent échanger de l'information en respectant la vitesse limite de la lumière . Pour expliquer l'homogénéité du fdc on fait donc l'hypothèse de l'inflation .

Si j'ai tout bon au point 2 , je continue .

3- L'inflation explique que l'Univers a subit une expansion très importante ( environ la moitié de la taille de L'Univers actuel ) de sa taille en un temps très bref juste après le big bang . Avant l'inflation , toute la matière ou l'énergie contenue dans l'Univers a eu le temps d'échanger pour homogénéiser la température . Cette expansion énorme lors de l'inflation conduit à ce que toutes les zones de l'Univers post inflation sont très homogènes même si elles sont hors de leur périmètre de causalité .

Si j'ai bon au point 3 je peux poser mes questions .

Question 1 : Aujourd'hui nous observons pour le fdc un rayonnement qui a été émis il y a donc 13.7 milliards d'années environ . Et ce rayonnement a été émis dans la totalité de l'Univers là où il y avait de la matière . Admettons que la taille de l'Univers soit inférieure à 13 milliards d'années lumière . Est-ce-que on pourrait observer le fdc ? Autrement dit , n'est-ce-pas parce-que la taille de l'Univers est bien plus grande que 13.7 milliards d'année lumière que l'on peut observer le FDC ? Donc nous observerions des portions de l'univers différentes au fil du temps .

question 2 : Du coup qu'est-ce-qui nous prouve si ce qui a été dit avant est vrai que l'Univers était bien homogène à 380 000 ans après le big bang ? Car on observe le fdc que depuis 60 ans environ et cela correspond à pas grand chose de la taille de l'Univers à cet époque . On pourrait imaginer un Univers homogène sur une partie et pas sur une autre .

question 3: La théorie de l'inflation a d'autres avantages comme celui d'expliquer la platitude de l'Univers observé . D'après la théorie de la relativité générale , l'Univers pourrait avoir une courbure nulle ce qui correspondrait à un Univers plat . J'ai du mal à comprendre comment le fdc peut être homogène dans toutes les directions si il est plat . Je suppose que plat ne veut pas dire plan mais quelqu'un pourrait essayer de m'expliquer la différence en y ajoutant la contrainte de l'homogénéité du fdc . Finalement est-ce-qu'on pourrait avoir un fdc homogène dans un Univers à courbure négative ou positive ?
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[mach3]

Ayant des questions en rapport exactement avec le sujet je me permets de continuer sur ce post plutôt que d'en ouvrir un .

Perdu! C'est contraire aux règles spécifiques de cette section, voir l'epinglé.

J'ai donc créé une nouvelle discussion.

mach3, pour la modération

[physeb2]

Bonjour erict30,

Les 3 points sont corrects. Je me permets cependant de préciser sur le point 3 que ce que tu mentionne de la façon suivante:

Avant l'inflation , toute la matière ou l'énergie contenue dans l'Univers a eu le temps d'échanger pour homogénéiser la température

est une hypothèse nécessaire que l'on ne sait en rien justifier.

Response 1: En assumant que l'Univers auraitbune taille de 13 milliards a.l comobile (je vais utiliser a.l pour année lumière), alors tout rayonnement fossile aurait déjà passé notre observatoire. Mais où seraient alors ces photons? Ils existent et devrait dont être observable par quelqu'un. Si l'Univers a une taille finie c'est qu'il a une geométrie fermée (Univers Sphérique dans le cas isotropique). Cela signifie que les observateurs sont en train d'observer des photons qui sont déjà passés il y a 13 milliards d'années dans le passé. Dans le cas que l'Univers soit bien plus grand que 13,7 milliards a.l (ce qui est ce qu'on observe) on est bien en train d'observer le FDC venant des régions différentes (de plus en plus éloignées) au fur et a mesure que le temps passe. Cependant, les détails les plus fins que nous observons sont avec les instruments actuels (mais également de manière intrinsèque a cause du damping qui efface les structures plus petites) ont une taille bien plus grande que l'année lumière ce qui fait qu'on ne voit pas de différence entre les observations d'une année sur l'autre. Si on pouvait attendre quelque millions d'années pour faire une nouvelle observation on aurait beaucoup de changements.

Réponse 2: L'image de l'Univers que nous obtenons part le FDC est une sphère de rayon comobile de l'ordre de 13,7 milliards d'a.l . Cela veut dire qu'entre toutes les distances possibles de former entre 0 et 27,4 milliards d'a.l, nous n'observons pas de variation plus grande qu'a la cinquième décimale. Si on attend 100 millions d'années, on observera la sphère de 13,8 milliards d'a.l. Il n' y a pas tellement de raisons d'observer quelque chose de très différent et irait a l'encontre de tout ce que nous comprenons du modèle cosmologique, en premier lieu le Principe Cosmologique.

Réponse 3: Là c'est un peu plus complexe a expliquer. je vais diviser en deux parties:
-1- Un Univers plat signifie basiquement que le chemin le plus court entre 2 points est toujours la ligne droite si tu pouvait le voir depuis une position supérieur (en une dimension supérieure). Pour donner un exemple, si tu prends une feuille de papier (objet a 2 dimension vivant dans ton monde a 3 dimension, a cela se réfère le commentaire de dimension supérieure) et que tu relies 2 points avec une règle (chemin le plus direct) tu observe une ligne droite. Maintenant tu considère la surface d'une orange (sa peau qui est bien en 2 dimensions si u néglige son épaisseur) et que tu relies deux points de la anière la plus directe, tu vas observer une courbure du trajet. A cela se réfère la géométrie de l'Univers. Pour en revenir a la réponse 1, on voit que dans le cas sphérique (l'orange) tu peux faire le tour avec ton crayon et revenir au même point et continuer en repassant sur ta (tes) marque(s) précédente(s). Il n'y a pas de bord et se passe le phénomène que j'ai décrit dans la réponse 1.

-2- Le fait que l'homogénéité et la platitude de l'Univers prédit par l'inflation soient en général présenté en même temps vient du fait qu'une conséquence directe d'une expansion folle (moyen pour 'expliquer' l'homogénéité du FDC) implique une dilution de la courbure. C'est pas si dur a comprendre: revenos a notre orange, sa courbure est facile a voire. On définit le paramètre de courbure comme l'inverse de la multiplication des 2 rayons de courbures nécessaire a décrire une forme ellipsoïdale. Ces deux rayons pour l'orange sont les deux rayons perpendiculaires que tu dois donner a ton compas pour tracer l'orange en 3 dimensions. Imagine que tu coupes ton orange par le centre a l'horizontale. Tu me sure le rayon du cercle dans le plan (X,Y) puis tu fais la même chose a la verticale (après avoir magiquement recoller les deux hemisphères ) et tu mesure le rayon dans le plan (Y,Z). L'orange si bien sphérique va avoir des deux rayons égaux . On définit la courbure par

Maintenant on peut appliquer une expansion folle a ton orange en multipliant par 100 sa taille. Cela implique de multiplier par 100 les deux rayons. Donc on divise par 10,000 la valeur de la courbure . L'inflation prédit une expansion de l'ordre de (1 avec vingt sept 0 derrière...), la courbure initial de l'Univers doit donc être dilluée par un facteur . Cela veux dire que peut importe la courbure initiale (si il y en a une) elle sera excessivement petite a la fin de l'inflation.
Pour avoir un intuition, si je multiplie la taille de l'orange par 100 millions, elle fera a peut prêt la taille de la Terre. Tu vois déjà que la sa courbure apparente est bien plus faible ce qui génère l'apparition des croyants de la Terre Plate. Quelque chose de plat est quelque chose qui a des rayons de courbures infini. Mais si tu n'arrive pas a mesurer (a percevoir) le rayon de courbure alors tu perçois cet objet comme plat. Pour l'Univers c'est pareil, on mesure que la courbure de l'Univers est très faible ce qui doit se traduire part: Si l'Univers a un rayon de courbure (une taille finie) alors ce rayon est beaucoup plus grand que la taille de l'Univers observable (ce que l'on perçoit).

Donc le mécanisme d'inflation qui repousse le problème de l'homogéité sur une zone beaucoup plus petite avant inflation implique directement une courbure très faible uniquement car le mécanisme utilisé est l'expansion folle de l'Univers. Mais cela ne veut pas dire que l'Univers n'a pas de courbure, et donc le fait d'observer l'homogéneité n'empêche en rien une courbure positive ou négative.
Je tiens a préciser que l'inflation a été introduite pour diluer les monopoles magnétiques et autres effets topologique non-observés (justement par ce mécanisme de dilution par expansion) et le reste en sont des implications.

[erict30]

Merci de ta réponse , je n'ai pas trop le temps d'y répondre en ce moment mais elle m'a bien aidé , j'y répondrai plus tard .

[A voir en vidéo sur Futura]

[erict30]

Pour ceux que ca intéresse , l'émission sur france culture qui parle des limites voir de la non scientificité du modèle du big bang .

https://www.franceculture.fr/emissio...bang-ca-tangue

Voici un petit résumé de l'émission :

Le modèle du BB n'est pas lié l'expansion de l'Univers car le modèle statique de Fred Hoyle est expansionniste avec création de matière . C'est le FDC qui n'était pas explicable avec les autres modèles et qui va mettre la théorie du BB devant la scène mais dans les années 80 le pb de l'horizon va être soulever . L'inflation va être proposé et va résoudre le pb de l'horizon + la platitude de l'Univers . Un poussière acquiert la taille de 10 M d'année lumière .

Reste à expliquer d'où vient l'énergie car le commencement de l'Univers c'est l'apparition de l'énergie . Le BB n'explique pas d'où vient l'én . Les physiciens des particules expliquent que ca vient de l'en du vide . L'en du vide implique une densité de l'Univers assez élevée d'où l'introduction de l'énergie noire .

La théorie de l'inflation est très adaptable et on peut quelque soit les observations l'adapter pour qu'elle corresponde à ce qu'on a observer . Dans les milieux scientifiques certains pensant donc que cette théorie de l'inflation sera indéboulonnable du coup . On bute du coup sur les idées de K Popper de la non réfutabilité d'une théorie pour qu'elle soit scientifique .

On n'a pas d'autres hypothèses pour expliquer l'homogénéité . Steinhardt ( un des pères de l'inflation ) dira que l'idée d'inflation classique de Alan Guth est un des pires échecs de l'histoire de sciences . Le débat est très fort dans les scientifiques .

Autre problème c'est la mesure de l'expansion avec la constante de Hubble qui donne 2 ou 3 valeurs différentes selon comment on la mesure ( céphéides , ondes gravitationnelles ou FDC ) . FDC*: 67 km/s/Mps et avec les supernovæ on a 73 km/s/Mps .

La courbe du spectre des fluctuations du rayonnement cosmologique va donner la probabilité de trouver la même variation de température si on fait un écart angulaire .La forme du spectre des puissances dépend des paramètres cosmologiques . En ajustant les paramètres ( comme la constante de Hubble H ) on peut essayer de retrouver la courbe . La mesure du taux d'expansion H qui n'est pas concordante avec les 2 valeurs s'est accentué au cours des années quand on a voullu détaillé . La méthode des chandelles standard est la + robuste , la méthode du FDC comprend sûrement des erreurs car il faut plusieurs paramètres ( 6 ) et donc ca augmente les possibilités d'erreur . La question à se poser c'est la validité de la mesure avec le FDC .

L'accélération de l'expansion va justifier l'ajout de l'énergie noire . Le modèle standard de la cosmologie tient bon si on considère qu'on n'arrive pas à observer 95 % de la composition de l'Univers .
La matière noire a été introduit car l'inflation imposait qu'il y ait bcp + de matière dans l'Univers pour qu'il soit plat . AD l'inflation a pour corollaire qu'il faut plus de masse . Avant l'hypothèse de l'inflation on n'avait pas besoin de l'énergie noire . On observe qu'il y a qqchose mais on pourrait très bien modifier la gravité par l'intermédiaire de la RG pour obtenir le même résultat .

Le modèle du BB est très bien accepté , il a certains apories et on dispose de rien d'autre pour le remplacer . Il faut chercher et créer une dynamique de recherche . On n'a pas d'autres modèles pour remplacer ( Planck et LHC n'ont pas montré d'anomalie qui vont permettre de tracer le chemin) . Il faudra une découverte majeure .

On attend les infos que va donner le James WEB téléscope dans les ages sombres où tout se forme ( galaxie , étoile , trou noir … ) . On a trouvé un trou noir de 1,6 Ma de masse solaire formé vers 100 M d'année après le BB . Et on sait que il faut plusieurs centaines millions d'années pour les former .

Le FCC ( augmentation de LHC a 100 km ) et LISA qui va mesurer les ondes gravitationnelles primordiales vont nous donner de nouvelles infos .

[physeb2]

Bonjour erict30,

Le message qui va suivre n'est pas contre toi mais je suis a un point d'énervement assez profond contre ce que je viens d'entendre.

tout d'abord et pour faire court c'est extrêmement grave qu'une émission comme 'La méthode scientifique' se permette d'inviter deux guignols qui ne comprennent absolument rien a la cosmologie depuis sa conception jusqu'a aujourd'hui de venir s'exprimer sur le sujet en bafouant toute règle de déontologie:

-1 Quand on se présente comme astrophysicien pour parler du modèle du BigBang on utilise un argument d'autorité et on doit être extrêmement prudent sur ce que l'on raconte

-2 Quand on passe la premiere partie a dire qu'on extérieur a la communauté de la cosmologie, on peut tout a fait faire de la vulgarisation, mais certainement se permettre de donner son opinion lamentable sur l'état de la cosmologie et ce qui doit être fait.

-3 Quand on ne comprend strictement rien a l'analyse du Fond Diffus Cosmologique ni de près ni de loin on évite de venir en parler pour dire n'importe quoi en donnant son avis en ascossiant une excellente chercheuse sur le sujet qu'est Silvia Galli (je vais d'ailleurs lui écrire de ce pas pour qu'elle écoute l'émission et si elle le souhaite retirer son intervention de cette mascarade). Que ces guignols disent n'importe quoi et que France Inter et des maison d'édition se fassent berner c'est une chose, qu'ils salissent l'image d'une chercheuse ultra respectable et respectée en est une autre.

-4 Quand en plus on se presente comme 'en tant qu'astronome je confie en la mesure des distance des céphéides', alors que la mesure de l'accélération de l'Univers ne peut en aucun cas se mesurer avec de tels objets, c'est ahurissant. De plus, ce monsieur devrait étudier un peu la manière avec laquelle se calibre les échelles de distance et en tant qu'éminent astronome devrait voir rapidement nombre d'erreurs statistiques possibles. (J'ai une grande estime pour le travail fait du côté CMB + Galaxies autant que pour le beau travail fait sur les mesures directes, type SuperNova et autre mesure standarisable et non standard; si ce monsieur comprenait ce point excessivement simple a connaître de l'astrophysique....)

-5 Quand on affirme que les cosmologiques ne s'intéressaient pas a la matière noire dans les années 70 il faut n'avoir lu strictement aucun article de cette époque. Les articles fondateurs de la formation des structures, qui s'appuient sur l'existence de la matière noire sont en grande partie de cette décénie. Quand on dit ce genre de phrase, avoir au moins le courage de donner un nom. Moi je peux fournir plein d'article qui sont la démonstration du contraire.

-6 Quand on n'a même pas lu un livre d'introduction a la cosmologie pour étudiant de Licence (comme celui d'Andrew Liddle par exemple) on évite de parler d'un sujet aussi compliqué que l'inflation. Non mais sérieusement, l'inflation c'est l'énergie du vide? Le champs d'inflaton c'est fait pourquoi? Elle sert a quoi cette petite variable qui est présente dans tout les papiers qui traite de l'inflation qu'ils n'ont pas lu? De toutes manières la quasi totalité de leurs affirmations sur tout les sujets traité dans cette émission sont catastrophiquement faux.

-7 Quand on ne connait même pas un cosmologiste on évite de faire des phrases du type 'Ils devraient changer leur façon de faire de la science, moi en tant que grand scientifique je n'oserai pas faire un modele baser sur 95% d'inconnue.' Non mais au secours!!! Mais sérieusement c'est qui cet imposteur.

Je pourrai continuer ma liste de complainte envers cette offense auditive. Mais ce qui me preocuppe le plus est le fait que ce soit mélanger avec des interventions de vrai scientifiques sérieux. Je vais écrire un message a l'émission voir ce qu'ils peuvent faire car là c'est inadmissible.

Je recommande a ceux qui veulent écouter cette émission de garder seulement les interventions des scientifiques externes a l'interview.

Cordialement,
Physeb

[pm42]

Physeb, tu es légitimement remonté. Mais c'est peut-être cela (et l'utilisation d'un téléphone pour poster) qui fait que pas mal de mots sont "faux" et qu'il faut utiliser le contexte pour comprendre certaines phrases.
Rien de grave, juste pour te dire.

Pour le reste, c'est la presse : ils ne sont pas là pour informer mais pour vendre leur produit et une polémique vend plus qu'un truc factuel.
Avant ça, ils ont fait pendant des décennies "le réchauffement climatique est il réel ?" et comme ils ne trouvaient pas de climatologue pour dire le contraire, ils invitaient des géologues ou toubibs climatosceptique. Tant qu'on pouvait mettre l'étiquette "vaguement un scientifique" même s'il n'avait aucune compétence sur le sujet, ça leur allait.
Et ils trouvaient ça normal parce qu'on leur a appris en école qu'il faut autant que possible 2 points de vue. C'est dire la rigueur, la déontologie et le degré de réflexion de ces gens là.

P.S : chaque fois que je lis un article sur un sujet que je connais bien, j'ai envie de sortir un lance-flamme tellement c'est plein de contre-vérités, simplifications abusives, etc.

[Deedee81]

Salut,

Le message qui va suivre n'est pas contre toi mais je suis a un point d'énervement assez profond contre ce que je viens d'entendre.

A rajouter à l'immense bibliothèque des mauvaises vulgarisations et des émissions télévisées ou radiophoniques "plus que discutables" (en fait des vraiment bonnes, j'en ai vu, mais je pourrais les compter sur le doigt de la main).

Je te remercie pour cette analyse critique sévère mais nécessaire.

Je recommande a ceux qui veulent écouter cette émission de garder seulement les interventions des scientifiques externes a l'interview.

Je viens de le faire sur un sujet assez court et ma foi, là c'était très bien en effet.

[Deedee81]

J'ai croisé pm42 (moi aussi il m'est arrivé de souhaiter un lance-flamme )

Bon, sur ce forum on essaie de rester strictement pédagogique et là c'était surtout une critique d'une émission, ce qui devait être dit a été dit et donc je ferme. Ca ne peut que dériver/dégénérer.

Erict30, si tu avais des questions : indépendamment de l'émission sur la cosmologie ou l'astrophysique, je te propose de bien cibler tes questions (sinon ça part dans tous les sens ) et de créer une (ou plusieurs discussions) soit en pédagogie pour avoir des réponses précises et factuelles, soit si tu penses que le sujet est moins tranché ou plus spéculatif dans le forum des discussions "libres" (mais dans le respect de la charte).

Merci,