L'inflation va-t-elle rendre le big bang caduque ?

[ChiCyg 0]

quote:

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Ben, l'inflation est inscrite dans la relativité générale, donc ça ne tombe pas non plus de nulle part !

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Ben non, la relativité générale ne prévoit absolument rien de ce genre : sinon, il n'y aurait pas besoin d'inflation, juste de la relativité générale !

[PascalD 4 385]

Ben si , c' est la relativité générale qui fait "tourner" l' inflation. L' inflation, c' est juste une solution particuliere de l' équation d' Einstein, quand le membre de droite (celui qui contient le tenseur Energie/matière) est dominé par le champ scalaire (cas le plus simple à un seul champ).

[Ce message a été modifié par PascalD (Édité le 20-05-2007).]

[ChiCyg 0]

quote:

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Ben si , c' est la relativité générale qui fait "tourner" l' inflation. L' inflation, c' est juste une solution particuliere de l' équation d' Einstein ...

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Ben non

[Bruno- 3 985]

Ben si !

Ou alors on n'appelle pas "inflation" la même chose. Moi, j'entendais par là un Univers en expansion exponentielle, qui est bien, comme le rappelais Pascal, une solution particulière (à côté des Univers de Friedmann, de Robertson-Walker, d'Einstein-De Sitter, etc. etc.)

[ChiCyg 0]

Ben non !

quote:

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L'inflation cosmique est un modèle cosmologique s'insérant dans le paradigme du Big Bang lors duquel une région de l'univers comprenant l'univers observable a connu une phase d'expansion très violente qui lui aurait permis de grossir d'un facteur considérable : au moins 10 puissance 26 et probablement immensément plus (de l'ordre de 10 puissance 1000000, voire plus encore dans certains modèles). Ce modèle cosmologique offre, à la fois, une solution au problème de l'horizon ainsi qu'au problème de la platitude.

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(premier paragraphe de Wikipedia)

Les "univers" de Friedmann ou d'autres montrent une évolution régulière du rayon de courbure de l'univers sans période d'inflation exponentielle : Bruno rappelle toi le lien que tu nous avais indiqué avec lequel on pouvait "choisir" son univers. Encore une fois, si, à partir d'un univers dense et chaud, les équations de la relativité générale aboutissaient à un univers compatible avec ce qu'on observe, il n'y aurait tout simplement pas besoin d'inflation, ça me parait évident.

Mais je suis embêté, j'ai l'impression que l'idée que l'inflation est une hypothèse ad hoc vous traumatise

[Ce message a été modifié par ChiCyg (Édité le 20-05-2007).]

[PascalD 4 385]

Non, c' est l' impression de ne pas arriver à faire passer l' idée que les deux solutions (inflationnaire et lambda/CDM) de l' Equation d' Einstein (qui décrit la relation locale entre la métrique et la densité d' énergie) se raccordent qui nous "traumatise" (enfin, là j' extrapole mon sentiment à celui de Bruno)

Dit autrement : Je ne comprends pas pourquoi tu opposes inflation et "big bang". Pour moi ce sont deux solutions partielles , trouvées en considérant des conditions particulières (densité d' énergie dominée par un champ scalaire pour la première, "cocktail" lambda/CDM pour la seconde) qui se raccordent, pas deux modèles qui s' opposent.

A+
--
Pascal

[ChiCyg 0]

PascalD, tout de suite les grands concepts !
L'inflation n'est absolument pas une des "solutions de l'Equation d'Einstein".
Sinon, encore une fois (j'ai la vague impression de me répéter ), on ne parlerait pas d'inflation et on n'en chercherait pas un mécanisme possible (comme le fait Linde par exemple).

[Bruno- 3 985]

« [...] (premier paragraphe de Wikipedia) »

Ce paragraphe ne contredit pas le fait que l'inflation exponentielle est une des solutions des équations de la relativité générale.

« Les "univers" de Friedmann ou d'autres montrent une évolution régulière du rayon de courbure de l'univers sans période d'inflation exponentielle »

Pas "Friedmann ou d'autres", seulement "Friedmann". Par exemple la solution statique d'Einstein ne donne pas une évolution régulière. La solution de De Sitter (Univers vide), quant à elle, donne une inflation exponentielle.

« Bruno rappelle toi le lien que tu nous avais indiqué avec lequel on pouvait "choisir" son univers. »

Il n'indiquait pas toutes les solutions possibles des équations de la relativité, mais seulement celles qui correspondent à l'Univers actuel en expansion. Il n'y a donc pas sur cette page le modèle de création continue, puisqu'il a été invalidé par la découverte du rayonnement 3K, pas le modèle statique d'Einstein, qui a été invalidé par la loi de Hubble, pas le modèle exponentiel de De Sitter, puisque l'Univers n'est pas vide, etc.

« Encore une fois, si, à partir d'un univers dense et chaud, les équations de la relativité générale »

Tu parles des solutions de Friedmann je suppose.

« aboutissaient à un univers compatible avec ce qu'on observe, il n'y aurait tout simplement pas besoin d'inflation, ça me parait évident. »

Tout à fait.

« L'inflation n'est absolument pas une des "solutions de l'Equation d'Einstein". »

Au contraire, les modèles d'inflation exponentielle sont absolument des solutions des équations de la relativité générale. Bon, pour ta culture générale, et selon "L'Univers sous le regard du temps" (H. Andrillat, Masson), voici en gros comment on décrit tout ça (inflation) :

- Les trois paramètres décrivant l'Univers sont la matière, la radiation et le vide.
- Au début de l'Univers, avant la création de la matière, l'Univers est dominé par le vide.
- Dans les équations, les paramètres importants sont la densité et la pression. Seules comptent donc la densité et la pression du vide.
- On obtient alors trois solutions possibles, qui sont les trois modèles exponentiels de De Sitter (découverts dans les années 1920). C'est le modèle inflationnaire.

Par contre, l'Univers actuel est dominé par la densité et la pression de la matière, d'où une autre solution : les trois modèles de Friedmann.

[Ce message a été modifié par Bruno Salque (Édité le 20-05-2007).]

[ChiCyg 0]

Discussion pénible, moi fatigué vais dormir
OK, j'ai écrit une co....rie avec "L'inflation n'est absolument pas une des "solutions de l'Equation d'Einstein".

Je reprends calmement : le big bang part de l'idée que l'expansion actuelle de l'univers permet de penser que l'univers était plus dense et plus chaud dans le passé, qu'il a un âge fini. Le big bang suppose (entre autres) que la matière est conservée au cours de l'expansion. Le modèle de Friedman a permis de donner corps à ce modèle.
Ensuite pour résoudre les problèmes de l'horizon et de la platitude, hypothèse de l'inflation. Hypothèse ad hoc.
Il faut peut-être justifier le basculement d'un modèle à l'autre (de Sitter à Friedman). Et, si j'ai bien compris, (rien n'est moins sûr ) l'univers de de Sitter est un univers vide donc en contradiction avec l'hypothèse du big bang initialement chaud et dense. C'est la raison pour laquelle il me semblait que l'inflation de Linde prenait son autonomie par rapport au big bang, d'où le titre de cette discussion. CQFD

[Bruno- 3 985]

« si j'ai bien compris, (rien n'est moins sûr ) l'univers de de Sitter est un univers vide donc en contradiction avec l'hypothèse du big bang initialement chaud et dense. »

Non, ce n'est pas en contradiction. La théorie du big bang ne part pas d'un Univers dense, puisqu'il prévoit la création de la matière quelques fractions de secondes après. Par contre, oui, il est initialement chaud.

Quand De Sitter, a découvert ses solutions, l'intérêt était de découvrir qu'il y avait plusieurs solutions. En gros, Einstein avait trouvé une solution (modèle statique, au prix de l'introduction d'une constante cosmologique) puis était allé étudier autre chose. Or la découverte de De Sitter a fait comprendre à la communauté scientifique que le modèle d'Einstein n'était pas la seule solution, donc que l'étude était incomplète. Certes, les modèles De Sitter ne décrivaient pas un Univers réel, puisque vide, mais c'était quand même troublant. Peu après, Friedmann allait d'ailleurs trouver d'autres modèles (en expansion et en contraction). Ce n'est que dans les années 1970 qu'on a ressorti les modèles exponentiels, car ils permettaient une inflation préalable, laquelle résolvait les problèmes de platitude et tout ça. Mais c'est vrai que ça fait un peu solution ad-hoc, d'autant que les histoires d'énergie du vide et de champs de Higgs et je ne sais quoi qui vont avec la théorie du vide, bref, que toutes ces choses là sont encore de la physique d'avant-garde il me semble.

En tout cas, le fait que l'Univers soit d'abord en inflation puis, ensuite, en expansion "lente", s'explique par le fait qu'il est d'abord gouverné par le vide puis, ensuite, par la matière (lorsque la température est suffisamment "basse"). Le comportement de l'Univers gouverné par le vide n'a rien à voir avec celui gouverné par la matière, ce n'est pas très étonnant. Surtout quand on sait que la structure de l'espace-temps dépend de son contenu (si j'ai bien compris).

[Ce message a été modifié par Bruno Salque (Édité le 20-05-2007).]

[PascalD 4 385]

quote:

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Il faut peut-être justifier le basculement d'un modèle à l'autre (de Sitter à Friedman). Et, si j'ai bien compris, (rien n'est moins sûr ) l'univers de de Sitter est un univers vide donc en contradiction avec l'hypothèse du big bang initialement chaud et dense.

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l' univers de de Sitter est "dominé" par le "vide" (en fait, dans le cadre de l' inflation, le vide en question n' est pas vide, il est plein du champ scalaire d' inflation. ça ne veut pas dire qu' il n' y a rien d' autre, c' est juste le truc le plus significatif à l' époque. Au bout d' un moment le champ scalaire se couple avec les champs "classiques" (electromagnétique, intéraction forte, faible , plus ou moins unifiés je n' en sais rien) pour une raison qui semble aller de soi à ceux qui sont de la partie, mais qui n' est pas claire pour moi, et le rapport des forces change : le champ scalaire s' effondre, le rayonnement et la matière dominent, on passe dans un régime énergétiquement dense et chaud, qui évolue conformément à Friedman.
Voilà ce que j'en ai compris.

Je ne vois pas où il y a incompatibilité ...

Mais j' ai pu comprendre de travers

A+
-
Pascal.

[ChiCyg 0]

quote:

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Au bout d'un moment le champ scalaire se couple avec les champs "classiques" (electromagnétique, intéraction forte, faible , plus ou moins unifiés je n'en sais rien) pour une raison qui semble aller de soi à ceux qui sont de la partie, ...

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Je crois (peut-être) avoir (enfin) compris ce qui fait qu'on ne se comprend pas.
Je pense que la physique part de principes et/ou de lois et développe la logique de ces principes, en particulier avec l'aide d'outils mathématiques, et les confronte à l'observation.
Il me semble comprendre que, pour vous, il suffit d'avoir l'outil logique (mathématique) et que cet outil donne quelque chose de compatible avec l'observation pour l'adopter.
Les concepts de base du big bang sont (me semble-t-il) :
1) une expansion à partir d'une singularité initiale très (infiniment) chaude et dense,
2) entre cet instant initial et aujourd'hui on conserve l'énergie (et/ou la matière) et la quantité de mouvement.
Si j'ai bien compris c'est le modèle de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) qui s'appelle espace d'Einstein-de Sitter dans le cas où la densité est égale à la densité critique ... qui est le modèle préfèré des cosmologistes.

Dans ce modèle, le problème de l'horizon et de la platitude conduit à l'hypothèse de l'inflation et, pour donner corps a cette hypothèse, à un modèle d'univers de de Sitter (à ne pas confondre avec le précédent ...) qui peut présenter une expansion exponentielle et qui va donc bien pour l'inflation.
Problèmes :
1) il faut une forme d'énergie différente de celle de la matière / énergie ordinaire avec une pression négative - jamais observée - très spéculative : hypothèse ad hoc.
2) on perd le lien avec l'instant initial : la dynamique n'est plus guidée par la densité d'énergie et de matière initialement présente dans la singularité initiale,
3) contrairement à l'énergie / matière ordinaire pendant la phase d'expansion la densité de cette énergie hypothétique reste CONSTANTE. Donc à la fin de cette phase d'expansion on se retrouve avec un univers quasi-infini qui n'a pas une densité de matière et énergie ordinaires nulle alors qu'elle était nulle à l'origine.

C'est la raison pour laquelle les modèles d'inflation me semblent se libérer du modèle du big bang (état initial dense et chaud).

Notez que le modèle d'univers de de Spitter a été utilisé pour soutenir un univers stationnaire ... car il permet de créer de la matière à partir ... du vide

[Ce message a été modifié par ChiCyg (Édité le 22-05-2007).]

[Bruno- 3 985]

« Les concepts de base du big bang sont (me semble-t-il) :
1) une expansion à partir d'une singularité initiale très (infiniment) chaude et dense, »

Je crois qu'il faut dire plutôt :
1) une expansion à partir d'une singularité initiale très (infiniment) chaude.

(Et ne pas débuter au temps t=0 mais "juste après". Donc la température était très chaude mais pas infinie.

« Si j'ai bien compris c'est le modèle de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) qui s'appelle espace d'Einstein-de Sitter dans le cas où la densité est égale à la densité critique ... qui est le modèle préfèré des cosmologistes. »

Non. Les modèles dont tu parles correspondent à l'Univers après que la matière soit devenue dominante. Mais pour les tous premiers instants, lorsque la matière n'existait pas, c'est le vide qui est dominant (en gros), et ces modèles ne s'y appliquent pas. Le modèle préféré des cosmologistes, qui s'appelle Lambda-CDM, retient les deux phases il me semble.

Par contre, c'était le modèle préféré jusqu'au années 1970, là OK (mais il était incomplet).

« Problèmes :
1) il faut une forme d'énergie différente de celle de la matière / énergie ordinaire avec une pression négative - jamais observée - très spéculative : hypothèse ad hoc. »

Je suis d'accord. On constate qu'il doit exister une forme d'énergie inconnue sinon on n'y arrive pas. C'est comme ça, par exemple, qu'on a découvert l'hélium (tiens, d'où viennent ces raies spectrales ? faisons l'hypothèse qu'il existe un élément inconnu...) et le neutrino (tiens, il manque de l'énergie, c'est donc qu'il doit exister une particule inconnue qui s'est barrée avec...) Pour moi, le problème principale est de savoir quelle est cette "énergie sombre". Le problème secondaire, c'est d'être sûr que c'est bien la bonne hypothèse (sait-on jamais). Apparamment, tu mets les priorités dans l'ordre inverse. Oui mais si l'énergie sombre n'existe pas, il faut refaire la physique, ça coûte cher, alors on ne s'y résoudra qu'en dernier recours je pense.

« 2) on perd le lien avec l'instant initial : la dynamique n'est plus guidée par la densité d'énergie et de matière initialement présente dans la singularité initiale, »

Je ne pense pas qu'il y ait eu un lien avec l'instant initial. Celui-ci ne fait pas partie de la science. La singularité initiale ne fait pas partie du modèle. Le film commence à t=10^-43 seconde. D'abord une inflation, puis une expansion accéléré (qui tend d'ailleurs vers une inflation exponentielle puisque, quand le temps tends vers l'infini, le vide reprend ses droits.)

(Mais je crois que j'ai pas compris ce que tu voulais dire.)

« C'est la raison pour laquelle les modèles d'inflation me semblent se libérer du modèle du big bang (état initial dense et chaud). »

Je ne pense pas qu'on puisse dire une chose pareille. L'inflation est un ajout au modèle du big bang. Celui-ci était incomplet, il lui manquait un scénario des tous premiers instants. Mais, même avec l'inflation, l'Univers commence toujours dans un état initial chaud (le mot "dense", encore une fois, me paraît inapproprié : il suggère que la matière aurait existé dès l'instant 0, ce qui n'a jamais été le cas dans le modèle du big bang même avant qu'on invente l'inflation, il me semble).

[Ce message a été modifié par Bruno Salque (Édité le 22-05-2007).]

[ChiCyg 0]

Si j'ai mis "infiniment" entre parenthèses, c'est bien pour signifier qu'il faut exclure l'infini (il me semble que j'ai défendu contre vous deux ce point de vue un peu plus haut ...) et que je trouve tout à fait justifié de ne pas "remonter" plus haut que le point où la physique ne sait plus rien dire.

Je ne vois pas en quoi la densité du jeune univers te gêne :
"Le Big Bang désigne l'époque dense et chaude qu'a connue l'univers il y a environ 13,7 milliards d'années" (Wikipedia "Big Bang")

quote:

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Les modèles dont tu parles correspondent à l'Univers après que la matière soit devenue dominante. Mais pour les tous premiers instants, lorsque la matière n'existait pas, c'est le vide qui est dominant (en gros), et ces modèles ne s'y appliquent pas.

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Je ne pense pas que ce que tu dis soit exact. J'ai compris que la densité dont il s'agit est la somme de la densité de matière ordinaire + noire + équivalent en masse de l'énergie des photons. je pense que c'est cette "masse" totale qui est conservée. Simplement, au départ, la pression (et donc l'impulsion) est dominée par les photons, ensuite par la matière.

quote:

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Je ne pense pas qu'il y ait eu un lien avec l'instant initial. Celui-ci ne fait pas partie de la science. La singularité initiale ne fait pas partie du modèle.

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Par "instant initial", je n'entends pas t=0, mais le départ du modèle. Je te rappelle qu'un certain temps est nécessaire avant l'inflation pour que l'univers ait le temps de "s'homogénéiser".
Effectivement, Linde avec son inflation chaotique qui se produit n'importe où et n'importe quand obtient un univers homogène sans faire l'hypothèse d'un univers homogène avant l'inflation :

quote:

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It took several years until it finally became clear that the idea of chaotic initial conditions is most general, and it is much easier to construct a consistent cosmological theory without making unnecessary assumptions about thermal equilibrium and high temperature phase transitions in the early universe.

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(page 7 dernière phrase de l'avant-dernier paragraphe)
Si je comprends bien, il n'y a plus besoin d'un temps avant l'inflation.

[Bruno- 3 985]

« Je ne pense pas que ce que tu dis soit exact. J'ai compris que la densité dont il s'agit est la somme de la densité de matière ordinaire + noire + équivalent en masse de l'énergie des photons. je pense que c'est cette "masse" totale qui est conservée. »

OK, j'avais mal compris ce que tu voulais dire. J'avais en tête juste la densité de matière parce que tu parlais des modèles de Friedman et tout ça.