[News] La constante de Hubble et l'énergie sombre

[Terrien]

Mais si de l'espace s'étire et que cela fait perdre de l'énergie aux photons, où va cette énergie ?

[Lucas G]

En fait pour chaque tranche de mégaparsec, la vitesse d'éloignement est de 72km/s donc il faut considérer la "somme" de ces tranches, pour que deux objets éloignés de plus de 13,33 milliards d'années s'éloignent l'un de l'autre à une vitesse "apparente" supérieure à 300 000 Km/s ( et donc que la lumière n'arrive plus à rattraper), mais c'est bien l'espace qui se "crée" qui donne cette vitesse apparente... et non les objets eux memes, par exemple, dans un référentiel de type sphérique, selon l'image classique du ballon de baudruche, les galaxies ne bougent quasiment pas, l'angle au centre du ballon ne change pas, mais c'est la distance au centre qui augmente ( la vitesse à la quelle la surface du ballon gonfle )
enfin pour revenir à cette distance maximale de visibilité , en effet si l'univers accélère, il faut définir depuis quand et de quel facteur , mais cela ne change pas grand chose au calcul, la distance de visibilité sera simplement un peu plus basse car a vitesse d'expansion augmente grande.

[Lucas G]

Pour repondre a la perte d'érngie des photons, c'est l'effet doppler, quand ces photons sont émis par la source ( étoile, gaz..), ils peuvent etre dans l'UV, le bleu, les X, mais le décalage spectral lié à l'effet doppler les fait passer vers le rouge, l'infra rouge... les ondes radio... voila

[klinfran]

je crois que c'était pas ça sa question, je me suis déjà posé la question aussi et je dirais que l'énergie totale ne diminue pas, c'est simplement la densité qui va diminuer, mais si on intègre cette densité sur tout l'espace on doit tomber à la même valeur. En réalité je ne sais pas car dans l'effet doppler l'énergie totale diminue bien réellement. Ce que je me demande c'est si l'univers s'expand tout en respectant une quantité finie de photons. Par exemple on a N1 photons de fréquences v1, si l'univers s'expand on aura une fréquence v2 inférieure à un instant ultérieur, donc pour assurer la conservation de l'énergie il nous faudrait N2hv2=N1hv1 => N2v2=N1v1 or la fréquence varie de manière continue si on a un espèce d'effet doppler et N doit varier de façon discrète.

[Victor]

Enfin pas vraiment doppler qui est limité en valeurs de lambda mais plutôt le redshift qui peut monter jusqu'à 1100 doppler est cinématique dans l'espace des objets alors que le redshift est cosmologique l'univers qui gonfle

[klinfran]

non mais là victor il faudrait clarifier un chouïa stp, car j'ai pas tout compris.

[Lucas G]

Red Shift, dissipation et doppler sont finalement les facette d'une meme chose, dans un espace statique, une onde ne perd pas d'énergie dans le vide, et ce quelle que soit la distance, donc sans intéraction avec un milieu. elle peut par contre perdre de l'énergie par dissipation ( diffraction, transfert d'énergie dans un miroir imparfait, etc).

l'effet doppler, apparait dans un espace dynamique, et est dans son essence a la fois plus simple: étirement de l'onde et donc diminution de sa fréquence, mais aussi plus complexe car c'est aussi quelque part une façon de dire que la "densité" d'énergie de l'onde diminue puisqu'elle s'étale, pendant sa propagation sur une plus grande distance ( non pas le front d'onde mais bien le corps de l'onde étirée par le milieu qu'elle traverse ( l'espace qui s'étire) ....

[Terrien]

J'ai l'impression d'être un aveugle à qui on essaie d'expliquer le concept de couleur.

[Terrien]

Ou plutôt un myope, et il faudrait que je me fabrique de bonnes lunettes à l'aide de bons bouquins de mathématiques.

[klinfran]

qu'est-ce que tu appelles un espace dynamique? l'effet doppler pour les ondes électromagnétiques, c'est le changement de longueur d'onde (et d'amplitude) avec le changement de référentiels, tous les référentiels d'inertie étant équivalent en relativité restreinte on n'a pas un référentiel plus statique qu'un autre.

[Lucas G]

Bon, je crois qu'un petit rappel s'impose: effet doppler

prenez un ressort avec par exemple 1000 spires, attaché a un poteau d'un coté et de l'autre à un objet éloigné de 10m et qui s'éloigne, le ressort se tend, les spires s'élargissent (mais toujours le meme nombre de spires). Donc la longueur du ressort augmente pour le meme nombre de spires ( sa longueur d'onde) et ce meme ressort "couvre" une longueur plus grande pour la meme quantité de matiére... donc sa "densité" diminue (puisque étalée sur une distance plus grande, diluée).

Nous avons donc : Baisse de fréquence "étalée" sur toute la longueur du ressort ( ce qui équivaut à une augmentation de la longueur d'onde) soit une baisse de la densité d'énergie ... Cela n'est possible que dans un espace dynamique c'est à dire un espace en expansion. dans un espace statique, le "ressort" ne se tend pas plus, la densité d'énergie ne varie pas (ou très peu). pas plus que la longueur d'onde, car les objets se meuvent peu par eux mêmes, (une fraction très faible de la vitesse la lumière) quelques centaines de km/s tout au plus, sauf quelques cas exceptionnels.

dans le cas qui nous occupe, les objets bougent à peine, il se crée du vide entre les deux, 72Km de plus chaque seconde, pour 3,2 million d'années lumière ( donc très peu en proportion) ce vide se crée en tous points.... et donc l'énergie de l'onde qui traverse cet espace, est "diluée" dans les memes proportions, la longueur d'onde augmente ainsi tres peu , mais cumulé sur une distance cosmologique quatre mille fois plus grande...

la création de ce "vide" a lieu en tous points, c'est a dire par exemple entre les atome.. de votre corps... il tend a agir (tirer) sur les liaisons nucléaires et moléculaires... et nous nous retrouvons sur diverses connections comme l'entropie, la constante de structure fine, la désintégration nucléaire... etc...

en ce qui concerne la taille de l'univers il est quand meme intéressant de noter que l'horizon cosmologique, calculé avec cette "constante" de hubble (à 5% près) ( donc cet horizon se situe entre 12, 6 et 14,1 Milliards AL), et les estimations de l'age de l'univers (13,7 milliards d'année) sont extremement proches...

[Victor]

Cher Lucas G je sais pas si ton ressort et ses analogies mécaniques sont une bonne idées... Tu devrais plutôt prendre une voiture de pompiers avec une sirène qui varie sur deux notes La-sol-la-sol lorsque le camion se dirige vers nous les ondes sont comprimées et c'est facilement calculable lambda comprimée (f1-f2)/f1 = v/V ou v est la vitesse du camion et V la vitesse du son dans l'air donc mettons un la 440Hz un camion à 80km/h et la vitesse du son 330m/s soient 1100 km/h f1-f2/f1 = 80/1100= 7% le La varie de 7% et monte à 440X1.07= 470 Hz ce n'est plus un La et ça s'entend à l'oreille c'est pareil pour les ondes lumineuses

[klinfran]

ouais ou non, moi je te prouve que dans un espace "statique" il y a bien des variations d'énergie et que l'énergie varie en fonction de la vitesse, dans les mêmes proportions que la fréquence. Tout d'abord on imagine une onde occupant un volume fini dans le référentiel R, cette onde est de la forme Ecos(kx-wt) si on passe à un autre référentiel animé d'une certaine vitesse par rapport au premier (si possible sur l'axe des x) on applique les transformations de lorentz à la phase on se retrouve avec un k'x'-w't' il ne faut pas oublier que le champ aussi se transforme, pour se faciliter la tache on transforme directement le quadripotentiel grace aux même transformations de lorentz. Ensuite on transforme le volume d'intégration qui se contracte d'un facteur de lorentz. Je suis désolé mais je ne comprends pas les clarifications que tu as faite, j'ai bien compris le "principe" de l'expansion, ça ne me dit pas si 1) l'énergie totale varie ou pas 2) si elle ne varie pas comme fait on pour conserver un nombre de photons entiers?

[bongo1981]

Je pense qu'il y a confusion entre rougissement dû à l'effet Doppler (qui est un effet purement cinématique), et le rougissement dû au redshift cosmologique (expansion de l'univers).

Pour l'énergie, c'est une quantité relative, qui varie quand on change de référentiel, ça va de soi.

Pour la conservation de l'énergie, il faut que je regarde un peu plus en détail... j'ai toujours considéré les photons comme un fluide, qui subit une détente donc ce fluide refroidit forcément... je vais regarder plus en détail les modèles cosmologiques de la RG et je vous réponds plus tard.

[klinfran]

merci à voilà enfin, c'est ce que j'attendais!!

[Maulus]

J'imagine qu'au niveau énergie, les photons gamma sont plus énergetiques que les infrarouges donc je dirais oui.

Après dans le comptage des photons, il serait logique que leur nombre ne varie pas selon la distance. Sauf si on les comptes par quanta d'énergie...

[klinfran]

En fait j'y ai réfléchi et je me suis dit que j'étais suprêmement bêtes, du moins pour l'effet cinématique, on a toujours le même nombre de photon, puisque l'énergie varie proportionnellement à la fréquence, tout va bien. Pour l'expansion, si on garde le nombre de photons, alors on perd de l'énergie, ça c'est un mystère.

[Terrien]

L'expansion n'affecte pas la structure des galaxies car les forces de gravité arrivent à contre carrer ses effets.

Mais par le passé, quand les galaxies étaient proches et formaient une super-structure, pourquoi les forces de gravité n'ont pas réussis à contre carrer les effets de l'expansion et à conserver cette super-structure ?

[Maulus]

En fait l'effet de l'expansion est intervenu très tôt dans l'âge de l'univers je pense, si bien qu'après l'inflation les distances entre super structures était déjà des distances aux quelles l'expansion faisait de l'effet

Oui klinfran, je me pose aussi la question, ou donc passe t elle cette énergie perdue dans la détente de l'espace-temps... si le support sur lequel les photons s'étend, les photons perdent de l'énergie, mais comment et vers ou part cette énergie ?
Rien ne se perd tout se transforme... et là, justement, on perd quelque chose...

[Victor]

Question que je me pose si l'univers était très dense mettons 5 millions d'années après le Big-bang... Alors pourquoi ça n'a pas fini en un gigantesque trou noir de toute cette matière ?

[klinfran]

ben parce que c'était très dense mais pas suffisamment, d'ailleurs le big bang si je ne m'abuse c'est un peu un trou noir mais inversé, c'est une singularité, il doit y avoir "un truc" qui permet qu'il fasse "bang" et pas "fvuuit" (ou crash) .

[Maulus]

C'est la théorie qui prend comme hypothèse de base : une explosion.

Ensuite, je ne sais pas si c'est expliqué... le bigbang est aussi considéré comme une singularité mais je ne sais pas si le fait qu'il soit considéré comme explosif est prouvé.

On parle ici du début de quelque chose, même du début de l'espace et du temps.
Les théories s'affrontent sur le principe. Bigcrunch puis bigbang ? Qui sait... D'ailleurs, l'inflation concerne l'espace temps ou la matière ou les deux ?

Bref, on manque toujours de donnée concernant la phase d'inflation et de nucléosynthèse primordiale pour pouvoir vraiment affirmer les choses...
De la à dire pourquoi le bigbang est une explosion et pourquoi sa aurait pas du faire un trou noir... bonne question...

Apparement, le contenu de l'univers dans le chat d'une aiguille aurait pas suffit à inverser le processus alors bon...

[bongo1981]

Question que je me pose si l'univers était très dense mettons 5 millions d'années après le Big-bang... Alors pourquoi ça n'a pas fini en un gigantesque trou noir de toute cette matière ?

Lorsque tu lances une balle en l'air, tu considères deux paramètres pour savoir si la balle va avoir assez d'énergie pour être satellisée ou retombée sur terre :
- la vitesse initiale de la balle
- la masse de la planète (enfin la vitesse de libération)

Pour le big bang, tu ne prends en compte que la masse de la planète, et non la "vitesse initiale". C'est l'expansion imprimée au départ qui permet de contre balancer la force de gravitation.

Pour la conservation de l'énergie... j'ai pas eu le temps de chercher...

[bongo1981]

C'est la théorie qui prend comme hypothèse de base : une explosion.

Rigoureusement ? ce n'est pas tout à fait une explosion. La théorie du Big Bang dit tout simplement qu'aujourd'hui l'univers est froid et en expansion et que par le passé, il était chaud et dense, cela permet d'expliquer le rayonnement fossile, le taux d'éléments légers (nucléosynthèse primordiale).

Ensuite, je ne sais pas si c'est expliqué... le bigbang est aussi considéré comme une singularité mais je ne sais pas si le fait qu'il soit considéré comme explosif est prouvé.

Tout dépend ce que tu entends pas explosion...
Aujourd'hui l'étude de l'histoire de l'univers relève de la cosmologie, qui est devenue une science depuis 1916, quand Einstein a écrit les équations de la relativité générale. Il se trouve que les équations d'Einstein donnent des solutions qui divergent en deux endroits particuliers :
- au centre des trous noirs
- à l'instant 0

Il se pourrait (avec une grande probabilité) qu'une théorie quantique de la gravitation nous explique ce qui se passe au centre des trous noirs et à l'instant 0, sans qu'il n'y ait d'infini.

On parle ici du début de quelque chose, même du début de l'espace et du temps.
Les théories s'affrontent sur le principe. Bigcrunch puis bigbang ? Qui sait... D'ailleurs, l'inflation concerne l'espace temps ou la matière ou les deux ?

L'inflation concerne surtout l'espace-temps.

Bref, on manque toujours de donnée concernant la phase d'inflation et de nucléosynthèse primordiale pour pouvoir vraiment affirmer les choses...

Disons qu'avec les mesures récentes faites par WMAP, on est assez sûrs pour la nucléosynthèse. Par contre pour l'inflation... (ça explique pas mal de choses, comme l'uniformité à grande échelle du rayonnement fossile, sa granulosité à petit angle, la platitude de l'espace etc...). On attend quelques confirmations avec Planck.

De la à dire pourquoi le bigbang est une explosion et pourquoi sa aurait pas du faire un trou noir... bonne question...

cf l'explication que j'ai faite à Victor.
Par contre pourquoi ? personne ne le sait aujourd'hui, certains physiciens s'en remettent au principe anthropique... Mais d'autres ne désespère pas trouver une théorie qui explique les 18 paramètres libres du modèle standard.

Apparement, le contenu de l'univers dans le chat d'une aiguille aurait pas suffit à inverser le processus alors bon...

Mais la densité critique de l'univers est très proche de 1.

[Victor]

Peut on supposer que les trous noirs arrivent au même état que les conditions du Big-bang avec un rebond explosif ? Je n'ai jamais compris cette idée de non-réversibilité définitive du trou noir... Peut-on imaginer les trous noir comme des Big-bangs dans une région de l'espace... C'est à dire une symétrie interne avec des paramètres spatiaux derrière l'horizon du Trou Noir qui seraient assez semblable à notre vision de notre horizon cosmique... Ca serait juste une référence d'espace qui change, les observateurs s'ils existent du trou noir verraient un univers limité à l'horizon du trou noir