Oresias
Orgue du Diable
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mercredi 18 juin 2008 à 17:03
Salut,
Une question de cosmologie me trotte dans la tête depuis un petit moment et je ne savais pas où la poser.
L'univers est né il y a 13,4 milliards d'années, selon la théorie généralement acceptée du Big Bang
L'expansion de l'univers et l'horizon cosmologique, ainsi que le fond diffus cosmologique sont trois phénomènes observables avec l'instrumentation adaptée des scientifiques.
Ma question est: Si l'univers est né il y a 13,4 milliards d'années et que les objets les plus éloignés de l'univers se situent à cette distance (13,4 milliards d'années lumière). Admettant que tout cela vienne du "Big Bang", qui est issu d'un point concentré extraordinairement petit, cela signifierait que ces objets situés à 13,4 milliards d'AL ont mis 13,4 milliards d'années pour s'éloigner de nous, mais à la vitesse relative de la lumière! Et que dire des objets que se situent à l'opposé de l'horizon cosmologique?
Je ne sais pas si je me suis bien fait comprendre. Moi même je comprends pas très bien...
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Rom
Archange de Vinéa
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samedi 21 juin 2008 à 13:12
Je ne suis pas sûr de t'avoir bien compris.
Tu me sembles faire allusion au fait que l'expansion de l'univers puisse se faire à une vitesse supérieure à celle de la lumière dans le vide. Effectivement, d'après des observations doppler, il semblerait que des objets s'éloignent de nous à des vitesses supérieures à celle de la lumière, ceci étant en réalité dû (à mettre bien sûr au conditionnel puisque dans ce domaine rien ou presque n'est certain) à l'expansion ("déformation") de l'univers. Dans ce cas on peut effectivement se demander si l'univers croit plus vite que l'horizon cosmologique qui est, lui, dû à la vitesse de la lumière... ce qui nous rendrait certains objets loingtains innobservables...
Je ne peux pas répondre à ta question... Je n'en sais rien. Il y a pas mal d'interrogations comme ça qu'on peut se poser, par exemple sur le fait que les objets loingtains que l'on n'observe n'ont sans doute plus aucune existance aujourd'hui, que les observations lointaines (et donc notre conception de l'univers) sont une "mise a plat" sur le meme plan temporel de milliards d'années (un peu comme si on aditionnait des choux et des carottes...) On ne connait en fait de l'univers qu'un passé plus ou moins lointain, rien du présent... et comme on ne connait ni les causes de son expansion ni celles de la vitesse limite (vitesse de la lumière dans le vide), je crois qu'il est très difficile actuellement de répondre à ta question ! Honnetement je n'en sais rien... 
Le moral, c'est comme les chaussettes : ça se remonte! |
Petite Fleur
Porte des Âmes
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vendredi 11 juillet 2008 à 12:26
Selon ce que j'en comprends, Rom a tout à fait raison. Jusqu'ici, rien ne nous autorise à croire que des corps, qu'ils soient grands (astres) ou petits (particules) peuvent dépasser c (la vitesse de la lumière dans le vide). Or, si la croyance qui veut que l'Univers s'expand à cette vitesse depuis sa "naissance", il n'y aurait donc rien au-delà de cet horizon cosmologique QUI APPARTIENDRAIT À NOTRE UNIVERS. Ce qui ne nie pas qu'il puisse y en avoir, mais pas "chez nous".
Selon certaines théories, il y aurait eu, peu après le Big Bang ("peu après" signifiant ici "une fraction de seconde"), une "période inflationniste" pendant laquelle l'expansion de l'Univers aurait dépassé c. Mathématiquement, ceci "pourrait être" possible en ajustant la "constante cosmologique" dans les équations d'Einstein.
Cependant, personnellement, je ne suis absolument pas d'accord avec cet artifice. On "ajuste" cette constante encore et encore selon les dernières découvertes du jour. Cependant, ceci amène des contradictions. On admettait que l'expansion de l'Univers se faisait toujours à la vitesse de la lumière (en dehors de la période "inflationniste"). Or, depuis environ deux décennies, des observations nous OBLIGENT à admettre que l'univers connaît présentement une expansion accélérée... Donc plus rapide que c! Cela fait paradoxe, non?
Einstein avait introduit cette constante cosmologique tout à fait arbitrairement à cause d'une croyance qui prévalait à l'époque : on croyait que l'Univers est statique. Or ses équations prouvaient hors de tout doute qu'il est en expansion. C'est pourquoi Einstein, selon ses dires, avait ajouté cette constante qui, divisant certains facteurs, faisait que ses équations pourraient décrire un cas limite où l'Univers est stable. En 1922, le prêtre belge Georges Lemaître démontre que, constante cosmologique ou pas, les équations de la Relativité Générale conduisent à un Univers en expansion. Puis Edwin Hubble observe cette expansion en 1924. Tout ceci amènera Einstein à dire, concernant l'introduction de cette constante cosmologique, que
Citation :
Ce fut la plus grande erreur de ma vie
Si on s'en tient à nos croyances actuelles, les observations se contredisent. D'un côté, on remarque qu'indéniablement les galaxies ont BEAUCOUP plus de masse que ce qu'on voit, même en supposant que chaque étoile a de nombreuses planètes. Et, en même temps, on remarque que l'expansion de l'Univers est plus rapide qu'on ne le pensait pendant qu'on croyait qu'il y avait peu de masse, et même qu'elle va s'accélérant. Selon nos théories actuelles, ceci est un non-sens car plus de masse signifie plus de gravitation, et la gravitation RALENTIT l'expansion de l'Univers. On fait intervenir une mystérieuse "matière noire" et une encore plus mystérieuse "énergie sombre" qu'on ne peut ni observer ni définir. Pour moi, ce sont des versions modernes de la constante cosmologique d'Einstein : on les introduit en physique pour essayer d'ajuster l'évidence à une croyance.
Laquelle? Je ne saurais dire : je ne suis pas du calibre des Einstein, Lemaître, Dirac et autres. Cependant, je puis sans difficulté dénoncer ici une croyance trop répandue.
L'horizon cosmologique dont tu parles, Oresias, ne nous montre pas quelque chose de très loin comme tous semblent le croire, mais quelque chose de si près de nous que, littéralement, on baigne dedans! Une fraction de seconde après le Big Bang, alors que l'Univers était (selon les théories actuelles) presqu'un point (je dis "presque" parce qu'un point géométrique a une dimension zéro et constitue une singularité), la température avait une mesure qui défie toute description par la physique actuelle. Sauf une : on est CERTAINS qu'à cette température, ce tout petit Univers était rempli d'un intense rayonnement. À cette époque (on parle d'une infime fraction de seconde ici), où était le corps le plus éloigné de l'endroit où nous sommes actuellement? À un millimètre ou moins! Pourquoi, en remontant le temps par l'observation des corps lointains, ces corps ne nous semblent-ils pas très proches? Pourquoi, en remontant le temps, a t-on l'impression d'observer des corps de plus en plus lointains alors qu'ils étaient alors tout proches? À cause de notre façon d'estimer les distances : l'effet Doppler. On estime la distance d'un corps observé par le décalage vers le rouge de ses raies spectrales (voir à ce sujet l'excellent post d'Anne-Emmanuelle en page 1 de "Pour mordus d'astronomie seulement", daté du Dimanche 30 mars 2008 à 17:30). En multipliant ce décalage par la constante de Hubble, on en déduit la distance du corps observé. À de "petites" distances, disons moins de 1 ou 2 milliards d'années-lumière, cette approche donne probablement une approximation très acceptable. Mais, à mes yeux, ça n'a pas de sens d'utiliser cette méthode pour dire qu'un corps est situé à 10 milliards d'années-lumière alors que la lumière qui nous en parvient est partie de ce corps alors que l'Univers n'avait pas atteint ce rayon! Ou bien ce corps n'était pas aussi loin, ou bien il était très loin hors de notre Univers! Je crois qu'ici, c'est l'interprétation de ce décalage vers le rouge qui est à revoir.
Une autre interprétation du décalage vers le rouge
J'aimerais en proposer une autre, tellement simple qu'elle est à la portée d'un étudiant de CEGEP (ou, en langage européen, de Lycée). Elle demande qu'on accepte un axiome de base :
Citation :
L'espace est une propriété intrinsèque de l'Univers
Ce qui implique qu'au fur et à mesure que l'Univers s'expand, l'espace s'expand aussi. Les ondes qu'il contient aussi! Ceci est illustré ci-dessous.
Supposons une onde courte : son énergie est grande selon l'équation d'Einstein sur les photons, et donc correspond à une température élevée. Si l'onde s'étire au fur et à mesure que l'espace s'expand, son énergie SE CONSERVE, mais est répartie dans un volume de plus en plus grand. Donc, dans un volume donné, son énergie semble diminuer : elle est de plus en plus froide (elle passe graduellement du bleu au rouge dans l'illustration ci-dessus).
Donc, plus les ondes qu'on regarde datent d'il y a longtemps, plus elles seraient étirées, c'est à dire décalées vers le rouge. À la limite, une onde émise au moment même du Big Bang ou très peu après, lorsque l'Univers avait un diamètre de un micron par exemple, serait maintenant étirée dans le rapport entre le diamètre actuel de l'Univers et un micron. Vu que la longueur d'onde a été multipliée, à la vitesse de la lumière cela correspondrait à une fréquence proche de zéro. Donc invisible.
ET CECI N'A RIEN À VOIR AVEC L'EFFET DOPPLER!
Si on interprète ce décalage vers le rouge (accroissement de la longueur d'onde) comme étant représentatif de la vitesse du corps qui a émis l'onde, on "comprendra" qu'il se déplace à une vitesse très proche de celle de la lumière. Donc qu'il est très loin. Et c'est nous qui serons très loin ...de la vérité!
Cet "étirement" des ondes du rayonnement primitif correspond au refroidissement de l'Univers au fur et à mesure de l'expansion. Aujourd'hui, les ondes captées par Arnold et Penzias correspondent à environ 3.2°K. Si on admet que ce "rayonnement fossile" est bien "l'étiré" du rayonnement primitif de l'Univers alors qu'il était tout petit, cela implique que
1) on ne verrait certainement rien au-delà parce qu'il n'y avait rien avant (pas dans NOTRE Univers en tout cas) et
2) il n'y aurait pas d'autres corps situés plus loin puisqu'il n'y avait pas de corps déjà formé à ce moment de toute façon.
Donc, en réponse à ta question
Citation de Oresias :
Et que dire des objets que se situent à l'opposé de l'horizon cosmologique?
je ne peux que répondre que ces "objets" ne feraient pas partie de "notre" Univers.
Une autre question se pose donc par rapport à une autre "croyance" actuelle : l'expansion de l'Univers se fait-elle et s'est-elle toujours faite à la vitesse de la lumière? Une constatation actuelle remet cette croyance en question : on constate que l'expansion s'accélère...
À la prochaine.
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Petite Fleur
Porte des Âmes
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dimanche 13 juillet 2008 à 09:42
Ce lien proposé par Émilia est effectivement remarquable! Il part des bases et avance graduellement vers des notions complètes et précises. Merci pour ce lien Emilia.
J'aimerais attirer à l'attention de ceux qui iront consulter la section "Cosmologie" que, sur la page consacrée à la loi de Hubble, une formulation employée par Renaud peut prêter à quiproquo dans "Âge de l'Univers". Il s'agit de
Citation :
Un parsec vaut 3,086.1013 km.
Bien que quelqu'un qui est familier avec la cosmologie ne s'y trompera pas, j'aimerais attirer à l'attention de nos membres qui liraient ceci et seraient peu familier avec ces nombres, qu'il ne s'agit pas de trois mille quatre vingt six kilomètres et des poussières, mais bien de 3,086 X 10^13, c'est à dire un peu plus de trente millions de millions de millions de kilomètres.
Vivant en Amérique et étant familier avec la virgule séparant les milliers et le point étant décimal, mon interprétation à première vue de ce nombre exprimé ainsi a été de trois mille quelques kilomètres. Ce qui, évidemment, n'a pas de sens.
Citation de Rom :
Excellent site, Emilia ! Il offre une bonne vulgarisation et même un peu plus...
J'abonde! Je dirais même BEAUCOUP plus! Définitivement un site à recommander.
Herr Professor Kleine Blume 
Edité jeudi 11 septembre 2008 : 07:06 par Petite Fleur
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Petite Fleur
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samedi 2 août 2008 à 02:08
Je crois que, concernant la cosmologie, si on fait abstration des hypothèses mythologiques, il y a eu deux points majeurs qui ont surpris les chercheurs et les observateurs au point de déstabiliser les croyances et même des certitudes bien établies jusque là en astronomie :
1) L'expansion de l'Univers. Bien qu'ayant été parfois soupçonné par d'autres chercheurs, ce point fut apporté formellement par Einstein ...qui refusa d'y croire! En effet, jusque là, il était admis sans discussion que l'Univers est stable. C'est pourquoi il s'empressa de contredire ses propres résultats avec sa "constante cosmologique".
2) L'accélération de l'expansion. Cette découverte, fruit d'observations et non de recherches théoriques, est venue contredire simplement TOUT ce qui était admis jusque là à ce sujet. En effet, avant la preuve (purement observationnelle) de cette accélération, on avait trois modèles de cette expansion. L'un supposait que l'expansion, freinée par la gravité, était trop lente pour permettre une expansion infinie : l'expansion s'arrêterait puis repartirait dans l'autre sens (compression) jusqu'à un "Big Crunch" final. Un autre modèle supposait que le freinage gravitationnel était insuffisant pour arrêter l'expansion et qu'elle serait donc infinie. Et le troisième supposait que ce freinage équilibrerait exactement l'expansion, de sorte que cette expansion s'arrêterait en un Univers stable. Mais ces trois modèles avaient pour postulat incontesté que l'expansion était freinée. Puis l'observation nous informa que, bin non : elle s'accélère!!!!!!
Ceci vient remettre en cause la constante de Hubble, l'âge présumé de l'Univers et peut-être même la nature des premiers événements après le Big Bang. Et certainement, ça remet en cause les prédictions qu'on avait faites!
Une astronomie à refaire, quoi!
"Herr Professor Kleine Blume"
Edité jeudi 11 septembre 2008 : 07:08 par Petite Fleur
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jeudi 11 septembre 2008 à 09:46
Rebonjour à tous et toutes
Je discutais aujourd'hui de physique avec un ami, et nous avons discuté de l'impasse dans laquelle se trouve le "Modèle Standard" en physique, modèle aujourd'hui généralement admis et sur lequel est basée la notion qui prévaut actuellement en cosmologie : le Big Bang. Ce qui m'a rappelé le présent topic. C'est le point de vue exprimé dans le site de Renaud proposé par Émilia ci-dessus, et dont j'ai commenté qu'il est excellent autant dans sa précision que dans sa gradation. J'ai aussi exprimé clairement mon accord avec le commentaire de Rom sur ce lien.
Cependant, le fait de me rappeler ce lien m'a aussi fait voir une lacune majeure dans le site de Renaud : tout le formalisme qu'on y trouve ne concerne que le Modèle Standard et ne dit rien des autres approches, même si certaines sont brièvement mentionnées dans cette page et celle-ci.
L'impasse du Modèle Standard, qui fut intuitionnée dès 1915 par Einstein (et qui lui fit créer sa "constante cosmologique" pour l'éviter) est celle-ci : il est basé à la fois sur la Relativité Générale qui est déterministe et sur la physique quantique qui ne l'est pas (elle est probabiliste). Depuis 93 ans, les physiciens essaient sans succès de résoudre l'incompatibilité de ces deux approches à la recherche d'une "théorie unitaire". L'approche unitaire la plus répandue présentement dans la communauté scientifique est la théorie des cordes. Cependant, ses opposants soulignent, avec raison, que 1° elle est tellement multiforme qu'en changeant un paramètre ici ou une constante là on peut l'adapter à n'importe quel univers plausible et donc ne fait pas de prédictions intrinsèques à son approche, et 2° malgré des budgets gigantesques et les efforts de centaines de physiciens de haut niveau et leurs élèves, elle n'a apporté aucun résultat concret durant les 30 dernières années.
Conséquemment, un nombre croissant de physiciens, et non les moindres, se rallient à une théorie qui met un doute sérieux sur le Big Bang lui-même! 34 de ces physiciens ont adressé une lettre ouverte à la communauté scientifique le 22 mai 2004. Depuis, 184 physiciens affiliés à des instituts de recherche, dont plusieurs de réputation internationale, ont ajouté leur signature en signe d'approbation à cette lettre. À ce nombre déjà imposant s'ajoutent 187 chercheurs indépendants et 105 autres signataires, portant le total à 510 signatures : ce n'est pas négligeable!
Cette lettre laisse entendre que la théorie du Big Bang est devenue une institution accaparant la très grande partie des fonds de recherche en cosmologie et occupée également à écraser les théories concurrentes, ce qui n'est pas tout à fait faux... Les signataires avancent, avec raison, que
Citation :
Les supporteurs de la théorie du Big Bang peuvent objecter que les autres théories n'expliquent pas toutes les observations. Cependant ceci n'a rien de surprenant si on considère que leur développement a été sérieusement handicapé par un refus total de les financer. Effectivement, ces questions et approches alternatives ne peuvent même pas être discutée et examinées librement. Un échange libre d'idées est interdit dans la plupart des conférences qui se limitent à la pensée dominante actuelle. Bien que Richard Feynman (prix Nobel de physique en 1965) ait affirmé que "la Science est la culture du doute", aujourd'hui en cosmologie le doute et les opinions différant du "mainstream" (pensée majoritaire) ne sont pas tolérées. Les étudiants apprennent à se taire s'ils osent penser différemment ou s'ils ont des commentaires s'opposant au Modèle Standard incluant le Big Bang, sous peine de se voir refuser toute subvention de recherche.
Ils n'ont pas tort. En effet, le Modèle Standard ne peut survire que grâce à des "sparadraps", des ajouts d'hypothèses pour le moins farfelues ou, pour reprendre les mots d'Émilia dans "Pour mordus d'astronomie seulement", des "théories qui nous stupéfient" (bien plus stupéfiantes d'ailleurs que les carrés et les nombres négatifs) et faisant appel à des entités non seulement jamais observées mais certaines déclarées non observables! Le période d'expansion inflationnaire (qui va à l'encontre de la Relativité), la "matière noire" et "l'énergie sombre" en sont quelques exemples. Étant incapable d'expliquer ces ajouts artifiels qui n'ont pour but que de faire ""coller" le Modèle Standard aux observations qui le contredisent, ce modèle admet être incapable d'expliquer ...95% de l'Univers! Pourtant, ceux qui y adhèrent (la majorité des physiciens actuels) prétendent que c'est le seul modèle capable d'expliquer "l'ensemble des observations"  .
De plus, la théorie du Big Bang n'a JAMAIS été capable d'émettre une seule prédictions quantitative qui ait été confirmée par l'observation. Bien qu'elle ait fait plusieurs prédictions qualitatives comme l'existence du rayonnement fossile, même ces prédictions se sont avérées erronnées quantitativement!
À ce sujet, j'aimerais émettre une suggestion à Émilia : celle d'ajouter un lien vers cette lettre ouverte à la communauté scientifique au lien qu'elle a déjà posté vers le site de Renaud sur sa page info, en complément à ce site qui expose si bien le Modèle Standard, mais n'expose que lui.
J'aimerais, en terminant, mentionner une théorie qui se distingue notablement du Modèle Standard et qui, selon son auteur, réconcilierait pour la première fois Relativité et quanta. Il s'agit de la théorie de Anthony Garrett Lisi qui n'est pas adaptable comme l'est le Modèle Standard, ce qui est un avantage énorme, et se base non pas sur les mathématiques comme les autres théories mais sur la géométrie de Lie. Lisi, un chercheur indépendant au profil assez particulier, a posté sur le Net cet article, intitulé "An exceptionally simple theory of everything" (Une théorie exceptionellement simple du Tout) qui est loin d'être passé inaperçu! (Il a d'ailleurs fait l'objet d'un article de 19 pages dans le Science et Vie de janvier 2008, intitulé "Une théorie du tout... Enfin!".) Ce titre à sensation a, bien entendu, aussitôt suscité des commentaires négatifs. Cependant, les commentaires dépréciatifs ont bientôt laissé la place à d'autres, bien plus sérieux, de la part de physiciens reconnus. Lisi reconnaît les lacunes de sa théorie :
Citation de Lisi :
Il y a, dans le Modèle Standard, trois générations de particules dont les masses vont croissant. Ma théorie décrit très bien les propriétés des particules de première génération mais elle achope pour le moment sur les deux autres. En outre, elle prédit pour l'instant une constante cosmologique gigantesque alors que les observations la donnent très petite.
De fait, à date, les observations la donnent si petite qu'elle est soit nulle, soit si petite qu'immesurable.
Malgré ces faiblesses, la théorie de Lisi a plusieurs mérites immenses comparée au Modèle Standard actuel. 1° elle ne fait appel à AUCUN paramètre non défini (alors que ceux du Modèle Standard sont TOUS indéfinis, devant être définis par l'observation) ; 2° elle réconcilie pour la première fois Relativité et physique quantique dans un formalisme unifié ; 3° elle propose une approche géométrique, comme le fait la Relativité, 4° à partir d'un postulat de base simple (la géométrie du groupe E8 de Lie) elle retrouve la quasi totalité des observations en cosmologie SANS FAIRE APPEL À DES AJOUTS ARTIFICIELS comme la matière noire ou l'énergie sombre ; 5° elle fait des prédictions quantitatives exactes.
Bien sûr, ce n'est encore qu'un brouillon, une ébauche. Il reste à en vérifier la cohérence puis, test décisif, à vérifier expérimentalement ses prédictions, comme l'existence de 20 particules qu'elle décrit et qui n'ont pas été prédites par le Modèle Standard. Ceci pourra d'ailleurs être fait grâce au nouvel accélérateur LHC (Large Hadron Collider) qui vient d'entrer en service. En niant la période d'expansion inflationnaire (nécessaire au Modèle Standard), elle recule de façon importante la naissance de l'Univers, se ralliant du coup certaines observations de galaxies et quasars qui sont plus âgés que l'âge que donne le Modèle Standard à l'Univers. (Ce qui signifie qu'ils seraient plus âgés que l'Univers dont ils font partie...)
Comme le dit Carlo Rovelli, physicien spécialisé en gravité quantique, professeur à l'Université de Méditérannée et au Centre de Physique Théorique de Luminy, et Affiliated Professor à l'Université de Pittsburg,
Citation de Rovelli :
Cette théorie reste à prouver. Mais si elle fonctionne, ce sera un pas considérable.
"Herr Professor Kleine Blume"
Edité jeudi 11 septembre 2008 : 10:00 par Petite Fleur
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