Singularité et Big Bang

[rynnli]

Bonjour,

Je tiens d'abord à dire que j'ai très, très peu de connaissances dans ce domaines (c'est peu de le dire), mais que je cherche juste à comprendre ce point qui m'embête un peu...

Selon certaines théories, notre Univers serait né d'un trou noir. D'après ce que je comprends, selon ces théories, la singularité du trou noir (le point infinitésimal où est concentrée toute la matière) aurait été le "lieu" d'où serait né le Big Bang. Tout notre univers aurait donc été "compacté" dans ce point minuscule, incroyablement dense, au moment du Big Bang.

"La grande majorité des physiciens affirme que oui, les trous noirs existent, sauf qu’ils sont impénétrables ; nous ne saurons jamais ce que recèle une singularité. [...] Notre Univers est apparu voilà 13,8 milliards d’années d’un big bang cataclysmique. Juste avant, tout était comprimé dans un grain infinitésimal et extraordinairement dense – une singularité."
https://www.nationalgeographic.fr/es...r-un-trou-noir

Or, j'ai cru comprendre qu'il ne fallait pas voir le Big Bang comme quelque chose ayant eu "lieu", "quelque part", en un "point", mais qu'il s'agissait plutôt d'un état de l'Univers lors duquel il était très dense et chaud, et ce partout dans l'Univers. J'ai donc du mal à comprendre pourquoi, selon ces théories, certains parlent d'un Univers qui serait né au sein d'une singularité, et donc, quelque part ?

Autre question qui découle de la première : si la théorie selon laquelle l'Univers est né de cette singularité (et donc d'un lieu), ne serait-il pas possible alors de remonter vers ce lieu en remontant le film de l'expansion ? Or, de ce que je comprends, il n'est pas possible de trouver ce "lieu" car il n'existe pas, le Big Bang ayant eu lieu "partout"...

Merci beaucoup d'avance pour vos réponses !
-----

[Gilgamesh]

Bonjour,

Je tiens d'abord à dire que j'ai très, très peu de connaissances dans ce domaines (c'est peu de le dire), mais que je cherche juste à comprendre ce point qui m'embête un peu...

Selon certaines théories, notre Univers serait né d'un trou noir. D'après ce que je comprends, selon ces théories, la singularité du trou noir (le point infinitésimal où est concentrée toute la matière) aurait été le "lieu" d'où serait né le Big Bang. Tout notre univers aurait donc été "compacté" dans ce point minuscule, incroyablement dense, au moment du Big Bang.

"La grande majorité des physiciens affirme que oui, les trous noirs existent, sauf qu’ils sont impénétrables ; nous ne saurons jamais ce que recèle une singularité. [...] Notre Univers est apparu voilà 13,8 milliards d’années d’un big bang cataclysmique. Juste avant, tout était comprimé dans un grain infinitésimal et extraordinairement dense – une singularité."
https://www.nationalgeographic.fr/es...r-un-trou-noir

Or, j'ai cru comprendre qu'il ne fallait pas voir le Big Bang comme quelque chose ayant eu "lieu", "quelque part", en un "point", mais qu'il s'agissait plutôt d'un état de l'Univers lors duquel il était très dense et chaud, et ce partout dans l'Univers. J'ai donc du mal à comprendre pourquoi, selon ces théories, certains parlent d'un Univers qui serait né au sein d'une singularité, et donc, quelque part ?

Autre question qui découle de la première : si la théorie selon laquelle l'Univers est né de cette singularité (et donc d'un lieu), ne serait-il pas possible alors de remonter vers ce lieu en remontant le film de l'expansion ? Or, de ce que je comprends, il n'est pas possible de trouver ce "lieu" car il n'existe pas, le Big Bang ayant eu lieu "partout"...

Merci beaucoup d'avance pour vos réponses !

L'idée que le Big Bang puisse provenir de l'effondrement gravitationnel d'un trou noir est effectivement une question envisagée par les théoriciens. C'est évidemment une hypothèse très spéculative mais elle n'est pas absurde en soi.

Dans ce cas là, l'univers peut être conçu comme un gigantesque "trou blanc" (ou "fontaine blanche"), c'est à dire un espace-temps dont la "singularité" se situe dans le passé (alors qu'elle est située dans le futur dans un trou noir) c-à-d depuis laquelle toutes les géodésiques sont "sortantes" (le trajet inverse est impossible). Mathématiquement, un trou blanc se décrit très simplement comme un trou noir dans lequel on a inversé la direction temporelle. Il n'existe aucune preuve physique / astrophysique que ces astres soient simplement possibles, mais ils peuvent être décrit rigoureusement dans le cadre de la relativité générale, qui est symétrique par renversement du temps.

Par contre, si ce sont des objets réels, composés de particules, du point de vue thermodynamique le renversement du temps n'est pas du tout symétrique, et la formation d'un trou blanc nécessite une décroissance au moins momentanée de l'entropie, ce qui en fait a priori un événement aussi (extraordinairement incroyablement) improbable que celui à l'oeuvre dans l'hypothèse du cerveau de Boltzman.

Bon, si on se place dans le cadre de cette hypothèse audacieuse, est-ce que l'univers que nous observons peut être décrit sans contradiction comme un trou noir à l'envers ? Sous certaines hypothèses, peut être que oui.

Un modèle de trou blanc qui correspond aux observations cosmologiques (décrit par la métrique FLRW) devrait être l'inverse temporel d'une étoile qui s'effondre pour former un trou noir. Pour obtenir une bonne approximation, il faut ignorer la pression et traiter l'ensemble comme un nuage sphérique de poussière sans aucune force interne autre que la gravité. L'effondrement stellaire a été intensivement étudié depuis les travaux fondateurs de (Snyder, Oppenheimer, 1939) et ce cas simple est bien compris. Il est possible de construire un modèle exact d'effondrement stellaire en l'absence de pression en collant ensemble une solution FRLW à l'intérieur de l'étoile sphérique et une solution de Schwarzschild à l'extérieur (la solution de Schwarzschild décrit un univers vide autours d'une masse sphérique).

Pour rappel, la solution FRLW est de la forme :

ds² = c²dt² - a(t)²(dr²/(1-kr²) + r²dΩ²)

avec a(t) le facteur d'échelle (fonction décroissante dans une étoile en contraction, croissante dans un univers en expansion).

et la solution de Schwarzschild de la forme :

ds² = (1-R_s/r) c²dt² - (1-R_s/r)^-1 dr² + r²dΩ²

avec r la coordonnée radiale, Ω le combinaison des 2 coordonnées de longitude et de latitude
R_s = 2GM/c² le rayon de Schwarzschild

L'espace-temps au sein de l'étoile reste homogène et isotrope pendant l'effondrement, conformément à l'hypothèse cosmologique. Chaque observateur voit tous les autre se rapprocher à une vitesse proportionnelle à sa distance conformément à la loi de Hubble-Lemaître v=Hd.

Il s'ensuit que l'inversion temporelle de ce modèle pour une sphère de poussière qui s'effondre ne peut être distinguée des modèles FRLW d'univers en expansion si la sphère de poussière est plus grande que l'univers observable. En d'autres termes, nous ne pouvons pas exclure la possibilité que l'univers soit un très grand trou blanc (même si comme on l'a vu ça fait intervenir des hypothèses du type cerveau de Boltzmann). Ce n'est qu'en attendant plusieurs (milliards ? milliers de milliards ?) d'années jusqu'à ce que le bord de la sphère apparaisse que nous pourrions le savoir.

[pachacamac]

si la théorie selon laquelle l'Univers est né de cette singularité (et donc d'un lieu), ne serait-il pas possible alors de remonter vers ce lieu en remontant le film de l'expansion ? Or, de ce que je comprends, il n'est pas possible de trouver ce "lieu" car il n'existe pas, le Big Bang ayant eu lieu "partout"...

Ben oui, en fait tu ne pourras trouver de lieu avec des coordonnées spatio temporelles dans notre espace-temps actuel car celui ci à l'époque du big- bang était entièrement contenu dans la singularité.

D'autre part, ne pas oublier que si on se représente cette hypothétique singularité minuscule "juste après le Big-Bang" disons par une bille de la taille d'une sphère de Planck, cette taille ne représente que ce qui a donné naissance à notre univers observable, mais pour l'Univers entier, il est possible que ces "billes de Planck"occupe déjà un espace infini...