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Expansion de l'univers...

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Ils ont peut-être vu Dieu derrière le fond diffus cosmologique. J'ai vaguement entendu parler d'un truc de ce genre, dans un livre écrit par des jumeaux, je crois...

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‘’ la question fondamentale de kds : est ce que l'expansion change les autres interraction’’
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Je reviens un instant à ce que je comprends de la vision cosmologique classique découlant de la RG :
- en tout point de l’univers la géométrie et la dynamique de l’espace-temps sont reliées via l’équation d’Einstein à la distribution de toute la matière-énergie de l’univers
- on fait l’hypothèse d’un univers homogène à grande échelle ; à cette condition l’équation d’Einstein a des solutions « simples » explorées d’abord par Einstein puis par Friedmann et Lemaître
- ces solutions sont dynamiques, en expansion ou en contraction (la solution statique qu’aurait « préférée » Einstein au moyen d’une constante cosmologique ad-hoc n’est qu’un cas particulier et du reste instable)
- les observations depuis les publications d’Edwin Hubble montrent que l’univers réel est en expansion
- des observations plus récentes, faites sur des échelles spatialement et donc temporellement beaucoup plus vastes montrent, que l’expansion s’accélère depuis environ 7 milliards d’années

Mais tout cela n’a de sens que dans le cadre d’un univers homogène, ce qui parait être le cas à échelle suffisante, c'est-à-dire selon le modèle standard, au-delà de la taille caractéristique des grandes structures résultant des fluctuations quantiques au moment de l’inflation; mais à plus petite échelle l’univers est hétérogène, la vision donnée par la RG ne s’applique plus seule : l’expansion cosmologique devient de plus en plus « polluée » puis masquée quantitativement par les effets dus aux structures quand on regarde ce qui se passe dans un super amas de galaxies, puis dans un amas, puis dans une galaxie, puis dans un système planétaire. Que dire alors pour l’échelle infra atomique, sinon que l’on n’est pas du tout dans les mêmes ordres de grandeurs ?
Et puis à l’échelle infra atomique, les phénomènes sont décrits par la mécanique quantique dont je crois comprendre que les concepts d’espace et de temps sont sans rapport avec ceux de RG

Donc il me semble que la réponse à la question devrait être négative pour au moins ces deux raisons : les interactions fondamentales (hors gravitation) se déroulent à une échelle où les effets cosmologiques sont négligeables devant les effets gravitationnels locaux et de plus ces interactions ne seraient pas susceptibles d’être décrites avec le concept d’espace-temps de la RG qui est celui avec lequel l’expansion cosmologique a un sens

Bon, c’est ce que je comprends pour le moment et à mon niveau; maintenant si une « fusée » mieux qualifiée vient nous en expliquer un peu plus, ou simplement nous dire où est l’erreur, ce sera avec un grand plaisir …

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Arrêtez-moi siouplait si je dis une bêtise

Déjà, pour commencer, la fameuse constante de Hubble qui décrit l'expansion de l'Univers, variations de vitesse mises à part, est une fréquence ce qui n'est guère parlant et pose un problème quand il s'agit de la comparer aux forces locales d'interaction.

Si elle est partout la même dans l'Univers, alors à 70km/s/Mpc, deux points distants d'un kilomètre devraient s'éloigner de 0,000000000000000000001m/s en ordre de grandeur si mes calculs sont bons. Soit 0,00000000001m/an toujours en ordre de grandeur. Pour deux points distants d'environ 10 000 km par exemple situés à deux extrémités d'un diamètre terrestre, ça donnerait 0,1mm/an et si on attribue à la Terre, toujours en raisonnant en ordres de grandeur, l'âge d'un milliard d'années, son diamètre aurait dû s'étirer de 100km depuis sa formation. Et elle se serait éloignée du Soleil de 1 000 000 km.

Il est vraisemblable que la constante de Hubble soit partout la même, si c'est comme la vitesse de la lumière dans le vide, ou la constante de Planck... mais à l'échelle locale les forces d'interaction prennent le dessus pour régir le mouvement des objets, on voit par exemple que la galaxie d'Andromède se rapproche de nous, c'est l'exemple le plus connu. A l'échelle subatomique je ne sais pas comment on peut déterminer cela mais il y a fort à parier que la situation est similaire.

Mais au fond ça n'a pas vraiment de sens de dire que telle force locale l'emporte sur l'expansion de l'Univers si l'on n'attribue pas à celle-ci aussi la dimension d'une force. Si on ne l'exprime qu'au moyen la constante de Hubble, on compare une force à une fréquence, quel est le sens de cela ?

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Bon... après avoir potassé durant plusieurs heures des cours de cosmologie, j'en conclu que si l'on ne tient pas compte de l'énergie noire il n'y a aucune raison particulière d'observer la moindre expansion localement.

Les équations de la relativité générale (ou Newtonienne d'ailleurs) n'indique pas que l'espace se dérobe par lui-même, mais tout simplement que l'univers à grande échelle ou à petite échelle ne peut être stable, d'où une tendance dynamique soit à s'éparpiller soit à s'effondrer sur soi même, suivant les conditions initiales du système considéré.

Plus trivialement, quelque soit l'échelle considérée tout dépend de la densité et de la quantité de mouvement. On comprends vite que globalement l'univers est plutôt vide donc s'éparpille, certes de moins en moins vite (s'il n'y avait l'énergie noire), tandis que localement il peut y avoir des poches de densité qui au contraire se concentrent de plus en plus jusqu'à l'équilibre dynamique (ou pas).

Donc pour notre partie locale d'univers, pas d'expansion, ça n'a pas de raison d'être, un amas de galaxie s'étant formée...
Rien de bien nouveau, c'est tellement ballot que j'en reste coi !

Cependant tout ceci n'est vrai qu'à l'énergie noire près. Donc à suivre...

[Ce message a été modifié par kds (Édité le 23-03-2014).]

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http://www.ca-se-passe-la-haut.fr/2018/03/constante-de-hubble-nouvelle-mesure-et.html

 

"...Le prix Nobel Adam Riess et son équipe ont encore frappé. Les astrophysiciens américains viennent de publier leurs nouveaux résultats de mesure de l'expansion cosmique, avec l'utilisation d'une échelle des distances toujours plus précise, fondée sur de nouvelles Céphéides. Résultat : la constante de Hubble ne colle toujours pas avec celle déduite des données du fond diffus cosmologique par Planck et l'écart se creuse encore un peu..."

 

P.S :

"...Il sera alors temps pour le télescope Hubble de prendre une retraite bien méritée..."

Bin sûrement pas ! Avec tout ce qu'il apporte à la science, il faut l'exploiter jusqu'à sa dernière seconde de vie !

Edited by jackbauer 2

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A signaler, la mise en ligne de la conf de Cohen-Tannoudji sur l'état de l'art concernant le mariage entre relativité générale et mécanique quantique.

Durant cette conférence il aborde (sans s'attarder) la voie dite "thermodynamique de l'intrication quantique" pour traiter du scénario pré-bigbang (i.e. le domaine dans lequel sévissent les différents avatars hypothétiques de l'inflation, phase pendant laquelle une théorie mariant RG et MQ serait la bienvenue). C'est une conf de vulgarisation, accessible à tous:

https://www.canal-u.tv/video/iap/relativite_et_quanta_le_mariage_impossible.41059

 

Pour ceux que ça intéresse et qui ne sont pas allergiques aux équations, un article de 2012 aborde les aspects techniques de cette approche et fait une revue de l' état de l'art à l' époque: https://arxiv.org/abs/1204.4918 

Je n'ai pas trouvé d'article généraliste plus récents...

 

 

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D = distance en Mpc

v = vitesse en km/s

Ho = km/s/Mpc

 

La constante de Hubble est calculable quand les distances (ce qui est le plus délicat) sont très bien connus. Pour des galaxies proches la mesure donne quelques chose comme 72 km/s/Mpc ce qui donne un âge de l'Univers de 13.59 milliards d'années.

A noter qu'on la calcule avec  des vitesses relativistes.

 

Ce que je ne comprends pas trop, c'est que si l'Univers est en expansion "accéléré" il est normal de trouver une constante de plus basse, ce qui donne un âge de l'Univers plus vieux donc plus grand. Pourquoi alors autant de débat entre les mesures des galaxies et les mesures sur le fond diffus ?

 

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Les mesures du fond diffus fixent les 6 paramètres du modèle lambda-CDM. A son tour, le modèle lambda-CDM ainsi paramétré prédit une valeur de H0 (la valeur "actuelle" du paramètre de Hubble). Et aussi la fonction H(a) (valeur du paramètre de Hubble pour un facteur d'échelle (i.e. un temps cosmique) donné).

Les mesures de redshift de SNIa, couplées aux mesures de parallaxes de céphéides, sont un autre moyen d'obtenir H0 (toujours la valeur actuelle du paramètre de Hubble).

Il serait intellectuellement rassurant que les deux valeurs soient dans la boite d'erreur estimée ... Comme c'est pas trop le cas, c'est socioéconomiquement rassurant quand même,  puisque toute la population qui bosse sur le sujet n'est pas près d'être au chômage :D

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@jackbauer 2 La mission du HST a été renouvelée pour 5 ans en 2016, avec une fin de contrat en juillet 2021... Je ne suis pas sûr qu'il soit renouvelé encore une fois, surtout que des rumeurs courent sur un nouveau report du lancement de Webb, avec des soucis de gros sous pour la NASA à la clé... Bref, on peut rester optimistes quand-même, c'est sûr.

 

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Justement, je vois mal la NASA abandonner Hubble si le JWST est une nouvelle fois reporté vers 2020, 2021 (?)

De toute façon cet observatoire spatial est trop populaire, le directeur de la NASA risquerait de se faire lyncher

Tout dépendra de l'état dans lequel il sera en juillet 2021

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Il y a 2 heures, PascalD a dit :

Les mesures du fond diffus fixent les 6 paramètres du modèle lambda-CDM. A son tour, le modèle lambda-CDM ainsi paramétré prédit une valeur de H0 (la valeur "actuelle" du paramètre de Hubble). Et aussi la fonction H(a) (valeur du paramètre de Hubble pour un facteur d'échelle (i.e. un temps cosmique) donné).

Les mesures de redshift de SNIa, couplées aux mesures de parallaxes de céphéides, sont un autre moyen d'obtenir H0 (toujours la valeur actuelle du paramètre de Hubble).

Il serait intellectuellement rassurant que les deux valeurs soient dans la boite d'erreur estimée ... Comme c'est pas trop le cas, c'est socioéconomiquement rassurant quand même,  puisque toute la population qui bosse sur le sujet n'est pas près d'être au chômage

 

Cela montre à merveille (une fois de plus) que la précision en cosmologie est toute relative ;)Entre le paramétrage des modèles et les approximations inévitables des observations, il n'y a pas à s'inquiéter que ça ne colle pas, c'était même plutôt prévisible... :D

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Cette imprécision est toute relative aussi ;)

Que ça ne colle pas parfaitement n'a rien d'inquiétant en soi, mais que les marges d'incertitude des deux approches ne se recoupent pas, signifie que les résultats qu'on obtient par l'une, ou l'autre, ou les deux méthodes, sont entachés d'erreur(s) attribuable(s) à autre chose que l'imprécision des mesures... Il y a encore un truc au moins qu'on n'a pas compris dans l'histoire.

Ce qui j'en conviens n'a rien d'inquiétant non plus, ni même d'étonnant, dans l'absolu ;)

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Bonjour,
j'ai lu avec intérêt les différents messages et j'aimerais amener "mon grain de sel" ;)
1 - de la petitesse de l'expansion.
en prenant la constante de Hubble H0 égale à 70 km/s/Mpc et en ne tenant pas compte des forces (faible, forte, gravitation)
La distance Terre Soleil augmente de 100 m/an
un km d'espace augmente d'environ 40 nanomètre/an
la taille d'un atome augmente d'environ 0.4 picomètre/an

2 - concernant l'effet des forces
On peut affirmer que les forces sont prépondérantes.
Exemple :
sans tenir compte de la gravitation (force la plus faible) Andromède située à 2 millions d'al (0.6 Mpc) devrait s'éloigner de nous à la vitesse de 42 km/s alors qu'elle se rapproche à 110 km/s.
un autre calcul montre que les galaxies comme la notre n'existeraient pas si la gravitation ne maintenait pas la cohésion.
Il y aurait dislocation des galaxies par l'expansion au bout de quelques millions/milliard d'années.
 

Edited by iblack

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Bonjour

Je suis un peu dans le flou, à grande échelle l’expansion est en accélération, là ok, mais à notre échelle  je pensais que l’expansion ne s’appliquait pas or certains exemples donnés ici suggèrent un  accroissement de longueur (certes très faible), que doit-on retenir ?

A : l’expansion de l’univers (sous l’effet de l’énergie sombre) ne s’applique pas aux petites structures de l’univers, comme si nous étions physiquement isolés dans une bulle du reste de l’univers, ce qui devrait se traduire par un accroissement de longueur non pas faible mais nul.

B : nous ne sommes pas dans une bulle, l’énergie sombre est présente mais l’expansion ne se manifeste pas car la gravitation s’y oppose, donc un  accroissement toujours nul.

C : l’énergie sombre est présente mais l’expansion se manifeste si faiblement quelle peut être négligée.

Merci

 

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Le ‎17‎/‎03‎/‎2018 à 12:14, iblack a dit :

La distance Terre Soleil augmente de 100 m/an

 

Avec mes calculs je trouve 10m et non 100m.

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Question idiote que je me pose : le mètre qui mesure ces distances a-t-il une longueur qui augmente au prorata ? Ce qui du coup rendrait cette augmentation non mesurable...

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Kirth

Posté(e) il y a 1 heure

  Le 17/03/2018 à 12:14, iblack a dit :

La distance Terre Soleil augmente de 100 m/an

 

Avec mes calculs je trouve 10m et non 100m.

 

Comment vérifier une si petite expansion?

 

 

 

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Il y a 1 heure, Lemonnier Francis a dit :

l’expansion de l’univers (sous l’effet de l’énergie sombre) ne s’applique pas aux petites structures de l’univers, comme si nous étions physiquement isolés dans une bulle du reste de l’univers, ce qui devrait se traduire par un accroissement de longueur non pas faible mais

 

L'"énergie sombre" est censée expliquer l'accélération de l'expansion de l'Univers (qui n'est en réalité pas un phénomène si fiable et maîtrisé que cela puisque la valeur de la constante de Hubble porte elle-même encore à débat ;)). L'"énergie sombre" n'est pas impliquée dans le fait que l'expansion soit ou non sentie localement.

 

Il y a 1 heure, Lemonnier Francis a dit :

B : nous ne sommes pas dans une bulle, l’énergie sombre est présente mais l’expansion ne se manifeste pas car la gravitation s’y oppose, donc un  accroissement toujours nul

 

Idem, l'expansion est certainement présente (l'"énergie sombre" peut-être aussi, mais comme on ne sait pas ce que c'est, on ne peut pas le dire ;)), mais la gravitation, les forces électrostatiques et les forces nucléaires s'y opposent, ce qui fait qu'on ne la sent pas à notre échelle. 

 

Il y a 1 heure, Lemonnier Francis a dit :

l’énergie sombre est présente mais l’expansion se manifeste si faiblement quelle peut être négligée

 

On suppose qu'elle y est, pour des valeurs négligeables, et surtout ces valeurs négligeables ne sont même pas observables justement parce que l'expansion à cette échelle se fait marcher dessus par les autres forces mentionnées plus haut... L'"énergie sombre" est par contre une chose indépendante de cela.

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Kaptain

Il y a 1 heure

Question idiote que je me pose : le mètre qui mesure ces distances a - t-il une longueur qui augmente au prorata ? Ce qui du coup rendrait cette augmentation non mesurable...

 

Bonjour

Je pense que vous voulez parler du mètre-étalon, s’il subissait une expansion on serait évidemment mal, je pense que le problème est identique pour kilogramme-étalon s’il subissait une variation.

Dans l’ancienne définition du mètre soit la dix millionième partie d’une moitié de méridien  terrestre je ne vois pas comment vérifier un éventuel l’accroissement dû à l’expansion tant il est faible, mesurer directement une longueur avec précision de l’ordre de 10-7 mètre n’est déjà pas aisée.

La nouvelle définition du mètre est basée sur la vitesse de la lumière invariante avec C, nos horloges nous permettent de mesurer le temps avec une plus grande précision que l’on mesure les longueurs, un mètre correspond à présent à la distance que parcourt la lumière en 1/299792458 e de seconde, nouveau problème l’on se sert d’une distance pour en étalonner une autre de référence… donc sans valeur, (qui plus est une mesure indirecte).

Merci

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Il y a 3 heures, Lemonnier Francis a dit :

Je suis un peu dans le flou, à grande échelle l’expansion est en accélération, là ok, mais à notre échelle  je pensais que l’expansion ne s’appliquait pas or certains exemples donnés ici suggèrent un  accroissement de longueur (certes très faible), que doit-on retenir ?

 

Vous n'avez pas lu la suite de mon message ?

L’expansion (accélérée ou non) n'a pas d'effet en présence des forces comme la gravitation.

 

Il y a 3 heures, Kirth a dit :

Avec mes calculs je trouve 10m et non 100m.

 

En effet c'est bien 10m.

Du coup je ne suis plus sûr pour les 2 autres valeurs, mais j'ai la flemme de refaire le calcul ;)

 

 

Edited by iblack

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iblack

Posté il y a 33 minutes 

 

Vous n’avez pas lu la suite de mon message…

 

 

Bonjour …

Toutes mes excuses, j’ai parcouru trop rapidement la dernière page de ce sujet, vous avez utilisé le conditionnel.

Merci

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Bonsoir

Merci Cédric de ces précisions.

J’ai abordé trop sommairement certains articles de cette discussion ce qui m’a induit en erreur, vos précisions m’ont recadré sur ce qui était avant globalement ma vision de l’expansion à notre échelle, bon je reste toujours un touriste de la cosmologie et cet exemple pourrait m’aider à avancer (à d’autres aussi je pense) si quelqu’un( e ) pouvait y répondre: imaginons que la constante de la gravitation valant 6.67.10-11 m3. kg -1. s-2 venait subitement à décroitre pour tendre vers une valeur nulle, à partir d’un certain seuil serions-nous confronter à une situation où attraction et expansion s’équilibrerait ?

Merci

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