Energie noire

[zaqiel]

Bonjour à tous,

Je suis un astronome autodidacte, je ne maîtrise pas les formules mathématiques, mais je possède de très bonnes connaissances en astronomie. J’ai d’ailleurs écris un livre intitulé « Astrodéfis » basé sur un jeu de plateau très original et qui répond à tous les niveaux, et que je cherche à commercialiser. Le marché étant étroit ce n’est pas facile, mais là n’est pas ma question…

Mon problème est le suivant. J’ai un peu de peine à concevoir que l’Univers après sa phase d’expansion beaucoup plus vite que la vitesse de la lumière, ait commencé à ralentir, puis se serait accéléré à cause de l’énergie noire. Selon moi, l’énergie noire n’existe pas, l’accélération perçue s’expliquerais autrement. Ma théorie est la suivante :

Après le Big Bang, l’Univers se serait étendu à la vitesse de la lumière, mais dans ce cas, le temps ne s’écoule pas, donc l’Univers peut s’étendre pendant l’équivalent de milliers d’années-lumière sans la dépasser. Puis l’Univers commence à ralentir à cause de la gravité qu’il a généré, et là le temps commence à s’écouler, ce qui permet de mesurer le ralentissement de son expansion.

Selon la théorie de la relativité, plus on va vite plus le temps s’écoule lentement. Tout d’abord, les effets ne sont pas très sensibles, mais s’accélèrent lorsque l’on s’approche de le vitesse de la lumière. Elle n’est donc pas progressive mais plutôt exponentielle. Dans ce cas, cela veut dire que si l’on décélère depuis la vitesse de la lumière, l’écoulement du temps lui va s’accélérer beaucoup plus vite que le ralentissement de l’expansion de l’Univers. Le courbes vont se croiser et l’on a l’impression que l’Univers s’accélère, mais c’est le temps qui s’accélère, l’Univers lui, continue à ralentir progressivement.

N’ayant pas de formation scientifique, j’imagine qu’il y a des raisons à ce que mon raisonnement ne soit pas juste à cause de mes lacunes en physique, mais j’aimerais bien être fixé. J'ai posé cette question à plusieurs physiciens mais ils n'ont pas pu me répondre ou ils ne m'ont pas encore répondu...

qu'en pensez vous?

Je vous remercie d’avance pour vos explication.

['Bruno]

Bonjour Zaqiel ! Je viens pinailler, mais c'est important :

 

J’ai un peu de peine à concevoir que l’Univers après sa phase d’expansion beaucoup plus vite que la vitesse de la lumière[...]

Dire que l'expansion est plus rapide que la lumière n'a aucun sens puisque l'expansion ne se fait pas à une vitesse mais à un taux. Il n'y a pas de vitesse d'expansion, donc elle ne peut pas dépasser la vitesse de la lumière. C'est comme l'augmentation des prix : elle ne se mesure pas en km/h. (Le taux d'expansion de l'univers, mesuré par la constante de Hubble - qui varie - s'exprime généralement en pourcentage.)

 

[...] ait commencé à ralentir, puis se serait accéléré à cause de l’énergie noire.

C'est parce qu'il y a deux choses différentes :

- La phase exponentielle correspond à une phase où la radiation domine la matière, ça donne une loi d'expansion exponentielle (il suffit de faire les calculs - voir L'univers sous le regard du temps de H. Andrillat par exemple).

- La phase suivante suit une autre loi : lorsque la matière domine le rayonnement, l'expansion suit une nouvelle loi, qui se caractérise par un taux de plus en plus rapide.

 

On peut dire qu'il y a eu un ralentissement puis une accélératio du taux d'expansion, du moins en apparence, mais en fait ça correspond surtout à un remplacement d'une loi par une autre (plus lente).

 

l’Univers se serait étendu à la vitesse de la lumière

Encore une fois, cette phrase n'a aucun sens.

 

dans ce cas, le temps ne s’écoule pas

Attention !!!!!!!!!!! Le temps dans un objet se déplaçant à la vitesse de la lumière ne s'écoule pas par rapport à un observateur extérieur qui observe le truc. Mais pour les gens qui sont dans l'objet, le temps s'écoule normalement.

 

Mais bon, de toute façon l'univers n'est pas un objet se déplaçant à la vitesse de la lumière (si, par rapport aux photons...)

 

Selon la théorie de la relativité, plus on va vite plus le temps s’écoule lentement.

Attention !!!! Même remarque : le temps s'écoule lentement dans l'objet qui va vite vu par un observateur extérieur. Mais les gens qui sont dans l'objet (si par exemple c'est un vaisseau spatial) ne voient pas la différence, eux.

 

Essaie de bien comprendre ces histoires de variation du temps. N'oublie jamais qu'il faut se situer dans un référentiel (un physicien aurait dû te le dire). On observe des vitesses ou des durées par rapport à ce référentiel. Si un vaisseau spatial file à vitesse vertigineuse, la durée du trajet mesurée par mon chronomètre sera plus longue que celle mesurée par le chronomètre de ses occupants, et dans ce sens on peut dire que, pour eux, le temps s'écoule moins vite que pour moi. Mais seulement dans ce sens : ça ne va pas modifier leur espérance de vie par exemple.

 

Tiens, un truc pour t'embrouiller : la dilatation des durées et des longueurs ne fonctionne pas de la même façon en relativité restreinte et en relativité générale (en relativité restreinte, tout le monde croit que c'est l'autre qui a un temps ralenti ; en relativité générale il y en a un qui croit que l'autre a un temps ralenti, et l'autre qui croit que le premier a un temps accéléré).

 

Ces questions sont très bien vulgarisées par J.-P. Luminet dans son livre Le destin de l'univers (qui parle surtout de trous noirs, mais qui a besoin pour ça d'introduire longuement des ingrédients - relativité notamment - qui servent aussi en cosmologie), y compris d'ailleurs le truc qui embrouille...

Modifié 18 février 2014 par 'Bruno

['Bruno]

Je rédige un message séparé pour préciser un truc très important et souvent mal compris : le fait que l'expansion s'effectue à un certain taux, et non une certaine vitesse.

 

Pour expliquer ça, je vais calculer le pourcentage d'expansion.

 

Actuellement la constante de Hubble vaut environ 72 km/s par Mpc. Ça signifie qu'une longueur de 1 Mpc s'agrandit, 1 seconde plus tard, de 72 km. Mais 72 km/s par Mpc, ça donne 144 km/s pour 2 Mpc : une longueur de 2 Mpc s'agrandit, 1 seconde plus tard, de 144 km. Et ainsi de suite : c'est proportionnel, c'est un taux.

 

- Revenons aux 72 km par seconde pour une longueur de 1 Mpc. Ça fera combien d'augmentation, au bout d'un million d'années ?

 

1 million d'années = 3,156.10^13 s. Donc l'augmentation est de :

72 km x 3,156.10^13 s = 73,6 pc = 0,0000736 Mpc.

 

- Cette augmentation représente quel pourcentage de la longueur de départ ?

 

0,0000736 Mpc, par rapport à 1 Mpc, ça représente 0,00736 %.

 

--> Le taux d'expansion de l'univers est de 0,00736 % par million d'années. On pourrait dire aussi qu'il est de 7,36 % par milliard d'années (mais sur une durée aussi longue il aura légèrement varié donc le calcul devient approximatif).

 

Exemples :

- Si le Système Solaire était affecté par l'expansion, la distance Terre-Soleil passerait de 150 millions de km à 161 millions de km en un milliard d'années. Bien sûr elle restera constante étant donné que la force de gravitation due au Soleil l'emporte largement sur celle due à l'ensemble de l'univers (expansion).

- L'amas Virgo est situé à 40 millions d'années-lumière de nous. Dans un milliard d'années, si on néglige les mouvements propres des galaxies, il sera 7,36 % plus loin, c'est-à-dire à 43 millions d'années-lumière.

- Les plus lointains objets de l'univers observable sont situées 13,7 milliards d'années-lumière. Dans un milliard d'années, leur distance aura augmenté de 7,36 %, ce qui donne 14,7 milliards d'années-lumières (on s'en serait douté, mais on a obtenu cette valeur avec le taux d'expansion, ça montre la cohérence du truc).

 

On voit bien sur ces exemples qu'il y a un taux d'expansion (un pourcentage, disons), pas une vitesse d'expansion.

Modifié 18 février 2014 par 'Bruno

[jarnicoton]

Sujet à déplacer dans OFUP.

[syncopatte]

Sujet à déplacer dans OFUP.

Il raconte n'importe quoi 'Bruno?

 

Pour ma part je n'ai pas encore eu le temps de tout bien lire et assimiler, mais j'ai confiance que ses interventions ont bien et bel leur place ici.

 

Quant-à toi Jarnicoton, je me demande bien où serait la tienne.

 

Patte.

[jarnicoton]

Comme si je parlais de ses réponses.

[syncopatte]

Elles font partie du sujet.

 

Un sujet récurrent d'ailleurs.

 

Patte.

[jarnicoton]

Elles font partie du sujet.

 

Et toc !

[popov]

Bonjour Zaqiel

N’ayant pas de formation scientifique, j’imagine qu’il y a des raisons à ce que mon raisonnement ne soit pas juste à cause de mes lacunes en physique, mais j’aimerais bien être fixé [...]

Je n'ai pas les compétences nécessaires pour te répondre mais j'apprécie ta démarche, te tenais à te le dire. Merci à Bruno pour ses explications

 

Sujet à déplacer dans OFUP.

Jarnicoton à déplacer dans OFUP (d'où il s'est échappé )

[Kelthuzad]

Salut,

 

Je pense que l'erreur de raisonnement est principalement expliquée par ce passage de Bruno

Le temps dans un objet se déplaçant à la vitesse de la lumière ne s'écoule pas par rapport à un observateur extérieur qui observe le truc. Mais pour les gens qui sont dans l'objet' date=' le temps s'écoule normalement.[/quote']

 

Il y a donc une confusion ici :

l’Univers se serait étendu à la vitesse de la lumière, mais dans ce cas, le temps ne s’écoule pas

Le temps est propre à chaque particule que compose l'univers et une vitesse n'existe que par rapport à un référentiel, l'univers ne s'étend pas à une certaine vitesse.

 

@Jarnicoton : tu as pourtant l'air de quelqu'un de cultivé, pourquoi te réduire régulièrement à ce genre de gamineries ?

Modifié 18 février 2014 par Kelthuzad

[jarnicoton]

Je me demande réellement s'il faut laisser les théories physiques personnelles et audacieuses, voire immédiatement réfutables, dans des rubriques normales.

Modifié 18 février 2014 par jarnicoton

[popov]

Jarnicoton, je ne vois vraiment pas où est le problème. Il s'agit d'une base à la discussion. Cette base est erronée comme le reconnait d'emblée l'auteur, mais il lui est nécessaire d'exposer son raisonnement pour permettre d'y déceler la faille. Ce qu'à très bien fait Bruno semble-t-il !

 

On a juste la demande de quelqu'un qui souhaite approfondir ses connaissances. Les explications données pourront servir à tous ceux se posant les mêmes questions que Zaquiel. Ils sont nombreux mais peu feront l'effort de les formuler (surtout comme fait ici de manière honnête et originale) vu le niveau des réponses comme les tiennes auxquelles ils s'exposent...

[pascal_meheut]

+1. La démarche de l'auteur est honnète, il ouvre une discussion, est prêt à entendre des objections, reconnait qu'il ne connait pas tout...

On a vu largement pire et là, il me semble que cela a toute sa place et le fait que cela ait engendré la réponse pédagogique de Bruno en est la preuve à mon avis.

 

A la limite, je regrette plus l'intervention qui a fait diverger parce que le sujet initial aurait pu être plus creusé.

[vincent49]

Bonsoir

Les exemples sont un peu erronée car il me semble que par exemple en une seconde 1 Mpc devient 1 Mpc + 72 km donc pour la seconde d'après on change on passe +72 à +72,000001 enfin un truc d'infime donc négligeable mais je pense que sur 1 Milliard d'année se n'est pas forcément négligeable mais tu l'as bien préciser. Par contre je suis entièrement d'accord avec Bruno sur le reste.

Je suis aussi pour que se genre de sujet reste dans cette section pour ma part j'en apprend toujours des erreurs des autres car c'est comme ça que Bruno nous livres sont "savoir". Et chaque théorie mérite d'être étudié à partir du moment où l'ont part d'une bonne volonté et de quelque connaissance.

[Smith]

le temps ne s’écoule pas, donc l’Univers peut s’étendre pendant l’équivalent de milliers d’années-lumière sans la dépasser.

 

Si l'on accepte la théorie du big bang, le temps "émerge" avec l'espace et la matière. Il n'y a aucune raison d'appuyer sur le bouton "pause" pour le temps par la suite, ou alors il faudrait aussi faire "pause" pour l'espace et la matière. Si le temps disparaît, le reste aussi.

[pascal_meheut]

Si l'on accepte les théories du big bang, le temps "émerge" avec lui, comme l'espace et la matière.

 

Dans certaines variantes de la théorie en effet. Pas dans toutes.

[Dr Eric Simon]

Il faudrait inciter les gens à lire des livres quand ils se posent des questions, plutôt qu'exposer des théories personnelles en demandant s'ils ont bon, quand même...

Zaquiel, puisque tu te présentes comme autodidacte, continue d'apprendre par toi même, ouvre des livres de cosmologie écrits par des spécialistes, qui t'apporteront toutes les réponses à tes questions...

Au hasard, celui là : Le destin de l'univers : Trous noirs et énergie sombre de Jean-Pierre Luminet (Folio Essais)

et le lien direct, allez : http://www.amazon.fr/Le-destin-lunivers-%C3%A9nergie-sombre/dp/2070440133/ref=pd_cp_b_3

[bongibong]

C'est parce qu'il y a deux choses différentes :

- La phase exponentielle correspond à une phase où la radiation domine la matière' date=' ça donne une loi d'expansion exponentielle (il suffit de faire les calculs - voir [i']L'univers sous le regard du temps[/i] de H. Andrillat par exemple).

- La phase suivante suit une autre loi : lorsque la matière domine le rayonnement, l'expansion suit une nouvelle loi, qui se caractérise par un taux de plus en plus rapide.

Je suis assez d'accord avec le reste de ton message Bruno, mais cette partie là me semble bizarre.

 

Par phase exponentielle, est-ce que tu parles de l'inflation ? Il me semblait que la phase d'inflation se produisait vers 1e-32 seconde après le Big Bang (en fait pendant la phase des théories de grande unification).

Ensuite l'expansion s'est ralentie, en raison de la forme attractive de la force de gravitation, où le rayonnement dominait la matière et l'énergie sombre.

Etant donné que la densité d'énergie du rayonnement se dilue en a^-4 (où a est le facteur d'échelle) et que la matière se dilue en a^-3, la matière finit par dominer le rayonnement.

Ensuite dans la phase de domination par la matière, qui continue à se diluer, à un moment la densité de matière finit par être moins importante que l'énergie sombre qui elle selon les théories actuelles (Lambda CDM) est constante, et donc c'est elle qui provoque l'accélération de l'expansion 7 Gans après le Big Bang.

 

Est-ce qu'il y a quelque chose que j'aurais mal compris ?

Modifié 18 février 2014 par bongibong

['Bruno]

Les exemples sont un peu erronée car il me semble que par exemple en une seconde 1 Mpc devient 1 Mpc + 72 km donc pour la seconde d'après on change on passe +72 à +72,000001 enfin un truc d'infime donc négligeable

Ah, je n'avais pas pensé à ça ! Si on note u la longueur à ajouter par Mpc et par seconde (72 km, que l'on convertit en Mpc) et d(t) la distance après t secondes, on a :

- au bout de 1 seconde : d(1) = d + ud = (1+u)d;

- au bout de 2 secondes : d(2) = d(1) + ud(1) = (1+u)d + u(1+u)d = (1+u)²d ;

- et ainsi de suite, au bout de n secondes : d(t) = (1+u)^t . d

 

Comme u (converti en Mpc) est très petit devant 1 Mpc (tu penses, 72 km !), on peut remplacer (1+u)^t par 1+tu et on retrouve ce que j'ai calculé. D'ailleurs c'est vrai même si t (le nombre de secondes) est très grand. C'est la petitesse de u (les 72 km qu'on rajoute à chaque mégaparsec) qui assure la bonne approximation.

 

Ce que je disais sur le fait que ça reste approximatif au bout d'un milliard d'années ne vient pas de ce problème, mais du fait que la constante de Hubble varie. Dans un milliard d'années, ce n'est plus 72 km par mégaparsec qui sera augmenté à chaque seconde, mais un peu plus (l'expansion s'accélère).

 

--------------------

Bongibong : je crois que tu as raison. Mais il me semble néanmoins que l'expansion suit juste deux lois dans le sens de deux solution différentes des équations. Quoiqu'il en soit, le truc important était de signaler que si l'expansion était très rapide, puis beaucoup plus lente (et ensuite de plus en plus rapide, mais rien à voir avec la première phrase), c'est parce qu'elle suit une autre loi. Après, deux ou trois, peu importe...

Modifié 19 février 2014 par 'Bruno

[bongibong]

Bruno, je crois bien que tu as raison, ce sont 2 lois, la première est l'expansion dont le moteur est le contenu énergétique de l'univers (proportion matière / énergie sombre), ça explique la phase après les théories de grande unification.

 

D'après ce que je crois comprendre, la phase d'inflation est rajoutée dans les modèles pour expliquer le problème de l'horizon, de la platitude, de l'homogénéité etc...

 

Je ne sais pas si l'inflation peut être incorporée naturellement aux équations de la RG.

['Bruno]

L'inflation est une solution des équations de la relativité générale lorsqu'on suppose que la pression de radiation est non nulle et la densité de matière est nulle (car négligeable). Ça donne des solutions exponentielles, découvertes d'ailleurs par De Sitter il y a très longtemps. C'est en tout cas ce que j'ai retenu.

 

La loi d'expansion actuelle est obtenue comme solution des équations de la relativité générale lorsqu'on suppose la pression nulle et la densité constante (par hypothèse d'un univers homogène). Si on suppose nulle la constante cosmologique, cette solution mène à une expansion décélérée. L'expansion accélérée est juste une solution avec constante cosmologique non nulle.

 

C'est pour ça que je ne vois que deux lois : une loi avec densité de matière nulle (solution exponentielle) et une loi avec densité non nulle (expansion accélérée ou non selon la valeur de la constante cosmologique).

 

Tout ça est très bien expliqué dans le livre L'univers sous le regard du temps (H. Andrillat) qui donne le détails des calculs, lesquels sont accessibles à quelqu'un qui sait résoudre des équations différentielles basiques (niveau bac+1 en maths). (Ce qui est accessible, c'est la résolution des équations simplifiées, mais la théorie qui mène à ces équations est évidemment beaucoup plus compliquée et pas abordée dans le livre.)

Modifié 19 février 2014 par 'Bruno

[bongibong]

Ok, merci pour ces précisions.

 

Je ne sais pas si on dit la même chose quand on parle de loi. Pour moi c'est toujours la RG qui dicte le comportement de l'expansion et donc pour moi c'est la même loi qui régit les deux phases que tu évoques.

 

Donc l'inflation se décrit très bien par la RG, c'est un peu ce que la collaboration Planck doit nous livrer bientôt sur l'étude de la polarisation du rayonnement fossile (les modes B ) ?