Qu'est-ce qui est le plus ancien dans l'espace?

[ChiCyg 0]

dg2 > curieuse cette dialectique : un concept est ajouté pour expliquer les observations et quand ça marche, on dit que c'est un succès de prédiction. C'eût été un succès si l'inflation avait été introduite sans être indispensable à la cohérence du modèle standard.

[dg2 2 033]

C'est surtout vous qui persistez à employer des arguments spécieux. Tous les spécialistes vous diront qu'il est crucial que l'estimation des paramètres cosmologiques donne la densité critique égale à la densité totale dans la limite de la précision des mesures, qui s'accroît sans cesse (on a gagné un facteur 100 en 15 ans). C'est un point absolument crucial, que vous le vouliez ou non.

[Bruno- 3 965]

dg2 : tu veux dire que la densité est forcément égale à la densité critique ?

[PascalD 4 365]

C' est ce que je comprends aussi ,Bruno.
Dit autrement :
Est-ce qu'un écart significatif avec la densité critique invaliderait l' inflation ?

[vaufrèges 0]

Ben, ça poserait problème puisque dg2 nous explique que "L'inflation expliquait cette coïncidence à l'époque approximative.... et disait même plus, à savoir qu'elles devaient - densité critique et densité totale - être *strictement* égales."

Un univers parfaitement plat donc.

[dg2 2 033]

Si la densité totale rho_tot est à peu près (à un facteur 10, disons) égale à la densité critique rho_c aujourd'hui, alors très tôt (à l'époque de Planck), elle doit en différer d'un quantité extraordinairement faible (genre 10^-60). Personne ne prétend savoir quel peut être l'état de l'univers aussi tôt dans son histoire, aussi la logique veut-elle qu'il n'y ait pas de raison a priori qu'il existe une si grande proximité entre ces deux quantités à cette époque. On est donc confronté à un paradoxe : on n'a aucune raison d'avor au temps de Planck quasi égalité entre deux quantités, mais on doit l'avoir tout de même pour expliquer l'univers actuel. C'est la situation typique où l'on pressent de façon évidente que la description de l'univers possède des lacunes. Essentiellement cela suggère très fortement la nécessité d'un mécanisme qui oblige à un moment donné rho_c à devenir égal à rho_tot.

L'inflation résoud ce dilemme en disant que dans certaines régions de l'univers possédant certains propriétés (peu importe lesquelles), l'inflation peut démarrer. Lors de cette phase inflationnaire, on peut montrer que la densité totale tend, dans la région concernée, exponentiellement vers la densité critique. On peut aussi montrer que l'inflation n'a aucune raison de ne pas durer longtemps et que de ce fait rho_c va très vite atteindre une valeur totalement indistinguable de celle de rho_tot. Bref, selon toute vraissemblance, l'inflation dure longtemps, au point qu'il n'y a à la fin aucune différence détectable entre densité totale et densité critique.

Après, le raisonnement se termine en remarquant que 1) les régions qui ont subi l'inflation (et donc où rho_tot = rho_c) ont grossi considérablement plus que les autres 2) par conséquentnous sommes "statistiquement" voués à nous trouver dans une de ces régions 3) nous devons avoir rho_c = rho_tot dans notre voisinage. Evidemment on ne peut pas logiquement exclure que nous vivions dans une région où l'inflation n'a pas duré longtemps, au point que rho_c ne se soit pas trouvés suffisamment proche de rho_tot pour que ces deux quantités soient égales aujourd'hui, mais ce n'est pas considéré comme significativement probable. Donc oui, si on mesurait rho_c différent de rho_tot, il y aurait un problème.

Maintenant, il faut bien prendre garde au fait que l'estimation de rho_c et rho_tot est faite de façon indirecte : on ne mesure pas ces quantités directement. L'analyse des données dépend d'une modélisation dans les détails de laquelle je ne rentrerai pas, mais qui elle-même pourrait ne pas correspondre à l'univers actuel. Tout ça pour dire que si une analyse donnait rho_c différent de rho_tot, cela pourrait aussi signifier que certaines hypothèses faites dans cette analyse sont erronées. Un exemple trivial : quand on étudie les données de WMAP, on trouve rho_c = rho_tot, mais uniquement si on suppose qu'il y a de l'énergie noire. Si on suppose qu'il n'y a pas d'énergie noire, alors on trouve que rho_c est différent de rho_tot. Comment trancher ? Parce que 1) les supernovae nous disent qu'il y a de l'énergie noire 2) la valeur de la constante de Hubble déduite dans le cas où on suppose qu'il n'y a pas d'énergie noire est en contradiction très, très violente avec les mesures directes de celle-ci avec les céphéides par exemple. Bref, au final, il est difficile de séparer les différentes analyses et hypothèses. Le point à retenir c'est qu'aujourd'hui, il existe un modèle qui est compatible avec toutes les observations et avec la prédiction inflationnaire que rho_c = rho_tot. On peut même affiner l'analyse en forçant rho_c = rho_tot, et en regardant si on ajuste mieux les données en abandonnant ensuite cette hypothèse. Résultat : relaxer cette hypothèse ne donne aucune amélioration, ce qui d'un point de vue statistique signifie qu'il n'y a aucun élément statistique pointant vers une valeur de rho_c différente de celle de rho_tot. Si un jour on arrivait à une situation inverse (les données préfèreraient rho_c différent de rho_tot, alors là il faudrait commencer à se pencher sur la question, quoique cela opurrait aussi provenir de la non prise en compte d'autres paramètres. Mais cela n'est de toute façon pas le cas aujourd'hui. Si ça le devenait, il faudrait cependant prendre ces résultats avec précaution : toute affirmation extraordinaire nécessite une preuve extraordinaire, et il est facile d'imaginer une situation où un ingrédient non pris en compte dans un modèle cosmologique aurait tendance à biaiser l'estimation de rho_c / rho_tot. Méfiance donc, vis-à-vis des effets d'annonce qui iraient dans ce sens.

Au final, il est clair qu'il est important de tester plus finement d'autres prédictions de l'inflation, notamment la production d'ondes gravitationnelles qui l'accompagne, car leur amplitude peut être reliée à d'autres quantités observables, indépendamment des difficultés d'acquérir la certitude que rho_c = rho_tot.

[Ce message a été modifié par dg2 (Édité le 06-05-2007).]

[vaufrèges 0]

Ce qui confirme la remarque que j'exprimais plus haut :

- de même pour le "fond cosmologique d'ondes gravitationnelles" que l'on aimerait bien détecter car riches d'informations, en particulier sur l'inflation -

[dg2 2 033]

Oui, sauf qu'en pratique la détection directe du fond d'ondes gravitationnelles a toute les chances d'être infiniment plus ardue que celle de son influence sur les anisotropies du fond diffus cosmologique. Donc dans un premier temps, c'est à cela que l'on s'attèle, sans certitude son l'issue de la recherche, car on ne sait pas l'amplitude exacte de ce fond. Avec un peu de chance, Planck pourra le mettre en évidence. Sinon, il faudra attendre (au moins) la prochaine génération d'instruments.

[ChiCyg 0]

quote:

---

Est-ce qu'un écart significatif avec la densité critique invaliderait l'inflation ?

---

La réponse est donnée par dg2 :

quote:

---

On est donc confronté à un paradoxe : on n'a aucune raison d'avor au temps de Planck quasi égalité entre deux quantités, mais on doit l'avoir tout de même pour expliquer l'univers actuel.
...
L'inflation résoud ce dilemme …

---

C’est cela que je ne comprends pas : on introduit l’inflation pour résoudre une "lacune" du modèle standard et on explique ensuite que le succès de l’inflation est de prévoir ce pour quoi elle a été introduite ...

[PascalD 4 365]

Mouais, ça a l' air un peu plus subtil quand même. Ce que j' ai cru comprendre c' est que l' inflation a été introduite pour lever la contrainte sur les conditions initiales (équilibre thermique du modèle "hot big bang") et que ce faisant, elle avait amené son lot de contraintes (univers exactement plat). En gros, elle relaxe les contraintes sur les conditions initiales mais introduit des contraintes sur l' état après inflation, que dg2 a relevé.

Peut-être que si on arrive à comprendre ça , les choses deviennent plus claires (pas sûr cependant): http://arxiv.org/abs/hep-th/0503195

A+
--
Pascal.

[vaufrèges 0]

ChiCyg hasarde >>> "on explique ensuite que le succès de l’inflation est de prévoir ce pour quoi elle a été introduite ..."

Non, le succès du modèle de l'inflation est d'OBSERVER POSTERIEUREMENT, et de plus PRECISEMENT, les prédictions qu'elle introduit...

C'est la formulation convenable me semble t'il.
C'est à dire dans l'ordre des faits.

[ChiCyg 0]

Vaufrèges > tu es usant, tu ,me rappelles quelqu’un … - moi, qui croyais que nous étions arrivés à un accord …

Je vais essayer de dire avec mes mots ce que j’ai compris :

dg2 a expliqué que, dans le modèle du big bang, la densité était un paramètre très sensible. Il eût suffi que la densité au début de l’univers fût très peu différente pour que nous ne soyons tout simplement pas là. Un peu trop dense et c’est le big crunch, pas assez dense et c’est la dilution. Pour observer ce qu’on observe aujourd’hui : une densité proche de la densité critique, il faut que la densité, à l’époque de Planck, ait été réglée à 10 puissance -60 près. Il est difficile de croire à une telle coïncidence, d’où l’idée qu’un mécanisme ait dû, très tôt, amener la densité de l’univers à cette valeur critique : d’où l’inflation.

Une autre façon de voir les choses est en terme de "platitude" de l’univers. L’univers est proche aujourd’hui d’un univers "plat" (euclidien). Les équations du modèle indiquent que l’univers n’a pu , dans le passé, qu’être plus "plat" que ce qu’il est aujourd’hui. Elles indiquent donc que pour observer un univers à peu près plat aujourd’hui, il faut que l’univers ait été extraordinairement plat à l’époque de Planck : c’est le problème de la platitude. L’inflation permet de résoudre ce problème, car son expansion exponentielle conduit à un univers très plat.

L’inflation permet de résoudre un second problème dit de l’horizon : deux points pour se mettre en équilibre doivent être sous l’horizon l’un de l’autre, mais s’ils sont, à un moment donné, sous l’horizon l’un de l’autre, ils ne peuvent plus en sortir. Or, en observant le fond cosmologique dans des directions opposées on voit que des points n’ont pas encore pu se voir et sont donc en dehors de l’horizon l’un de l’autre - on a largement débattu ce point. A nouveau l’inflation résout ce problème.

Conclusions :
1) le modèle standard ne "marche" pas sans inflation,
2) l’inflation a été introduite pour que le modèle standard "marche", c’est à dire résoudre les problèmes de platitude et d’horizon.

Maintenant que le développement de la théorie de l’inflation permette de prévoir certains paramètres, je veux bien le croire, mais dg2 souligne que la mesure de la densité est assez complexe, qu’elle dépend de toute une série d’hypothèses : "il faut bien prendre garde au fait que l'estimation de rho_c et rho_tot est faite de façon indirecte" et qu’il faut donc être prudent.

Enfin, je pense, mais peut-être ai-je tort, que l’inflation fera un pas significatif lorsqu’on aura une théorie physique pour l’expliquer. Elle ne sera plus alors un mécanisme ad hoc.

Pouvons-nous être d’accord là-dessus ?

[PascalD 4 365]

Moi je suis d' accord avec toi Chicyg. Y' a quand même un truc que je n' ai pas encore bien compris :
Dans le papier de Linde, lors de la description de l' inflation chaotique, il écrit [page 6] :

quote:

---

As we will see shortly, the realistic value of the mass m is about 3 × 10−6, in Planck
units. Therefore, according to Eq. (4), the total amount of inflation achieved starting from
V (φ ∼ 1 is of the order 101010 . The total duration of inflation in this model is about
10−30 seconds. When inflation ends, the scalar field φ begins to oscillate near the minimum
of V (φ . As any rapidly oscillating classical field, it looses its energy by creating pairs of
elementary particles. These particles interact with each other and come to a state of thermal
equilibrium with some temperature Tr [13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. From this time on, the
universe can be described by the usual big bang theory.

---

Ce que je comprends comme : Apres avoir fait subir à la région d' univers initiale une inflation d' un facteur 10^10^10, le champ d' inflation se couple avec les champs classiques et génère des paires de particules-(anti-particules ?) qui interagissent les unes avec les autres et se mettent en équilibre thermique.
J' ai du comprendre de travers, parce qu' on dirait bien qu' on postule que toute la région de 10^10^10 se met comme par magie au même équilibre thermique. Troublé je suis ... Serais-ce parce que le champ d' inflation est identique dans toute la région considérée ?

A+
--
Pascal.

[Ce message a été modifié par PascalD (Édité le 06-05-2007).]

[dg2 2 033]

Exactement. Memes si les differentes parties de la region ne sont pas en contact causal, les conditions qui y regnent sont strictement les memes partout, donc toutes ces regions evoluent de la meme facon.

[ChiCyg 0]

PascalD > ta question - et la réponse de dg2 - m’ont plongé dans une inflation de perplexité. A dire vrai, je ne comprenais pas dans ta citation le "101010", en regardant dans le papier de Linde j’ai compris qu’il s’agissait de 10 puissance 10 à la puissance 10 ! Autrement dit, 1 suivi de 10 milliards de zéro. Sidérant.
Selon cet auteur, l’univers, au cours de l’inflation, se serait étendu d’un facteur 1 suivi de 10 milliards de zéro !
Ma calculette n’y a pas survécu
Sérieusement, je ne comprends pas que les cosmologistes aient, à juste titre, trouvé qu’une précision de 10 puissance -60 était peu probable pour la densité de l’univers et qu’en conséquence, ils aient introduit le concept d’inflation et que Linde puisse, sans sourciller, avancer un facteur d’inflation aussi physiquement peu vraisemblable par son énormité.
N’y fais pas attention, c’est mon esprit "spécieux".

[PascalD 4 365]

Chicyg : Oui, le cut-paste depuis le pdf a un peu abîmé le texte ( les smileys ne sont pas dans le papier de Linde non plus )
Moi aussi ça me laisse un peu perplexe, ce chiffre plus qu' astronomique, mais après tout ce n' est qu' un chiffre. Et ce mécanisme a l' avantage sur l' explication "hot big bang" de ne pas imposer de conditions initiales particulières. Autrement dit: Dans le cas du hot big bang, il faut postuler des conditions initiales et un mécanisme, dans le cas de l' inflation, le mécanisme suffit.

Le plus dérangeant je trouve, c' est que le champ qui provoque ça n' est assis sur aucune physique (sauf erreur on a encore aucune théorie de la gravitation quantique qui soit cohérente et vérifiable).
Donc ça marche, mais c' est juste des maths, tant qu' on a pas trouvé le moyen de raccrocher ça à des phénomènes observables.
Celà dit ce modèle produit quand même des prédictions précises, sur le spectre de puissance des fluctuations de densité par exemple. Dans quelle mesure sont-elles vérifiables, je n' en sait rien.

A+
--
Pascal.

[Ce message a été modifié par PascalD (Édité le 07-05-2007).]

[dg2 2 033]

Vous auriez bien tort de croire que l'inflation ne peut être raccrochée à des phénomènes observationnels ! Ses prédictions sont vérifiées par les catalogues de galaxies, le fond diffus cosmologique et la forêt Lyman Alpha, plus les statistiques de lentille gravitationnelles. Pour votre information, le Prix Nobel de Physique 2006 a été pour moitié attribué à ces choses là (l'utilisation des fluctuations du fond diffus cosmologique pour contraindre les modèles à l'origine de ces fluctuations).

D'autre part vous faites une confusion entre inflation et gravitation quantique. L'inflation n'a rien à voir avec cela, elle se produit après que les effets de gravité quantique ne jouent plus de rôle majeur. C'est un peu comme si vous aviez critiqué en 1927 les traaux de mécanique quantique sur la structure de l'atome d'hydrogène au motif qu'il n'existait pas de théorie de l'électrodynamique quantique. Rien n'empêche de traîter le champ électrique produit par le noyau comme un champ classique, de la même façon que rien n'empêche pendant l'inflation de traîter le champ gravitationnel de façon proche (on dit que l'on fait une appproximation semi-classique).

Bien sûr, il n'est pas à exclure que des effets de gravité quantique jouent un rôle en inflation, de même que des effets d'électrodynamique quantique jouent un (petit) rôle dans le spectre de l'atome d'hydrogène (effet Lamb, si vous connaissez), mais il n'y a pas de raison a priori pour que ceux-ci fichent tout en l'air.

[Ce message a été modifié par dg2 (Édité le 07-05-2007).]

[PascalD 4 365]

Merci pour ces précisions dg2. Si le post précédent "sonne" comme une critique, je m' en excuse , c' est juste le reflet d' un manque de compréhension fine du sujet ...
Pas si simple de comprendre où en est la recherche et quelle est la physique derrière tout ces trucs là , vu de l' extérieur ...

A+
--
Pascal.

[PierreJL 191]

Bonjour à tous

Merci pour toute cette discussion éclairée...
En posant la question je n'imaginais pas de tels developpements.

Pierre-Jean

[Ce message a été modifié par PierreJL (Édité le 09-05-2007).]