[News] L'Univers reboucle-t-il sur lui-même ? Cette méthode pourrait le détecter

La physique de l'Univers...

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Adrien
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[News] L'Univers reboucle-t-il sur lui-même ? Cette méthode pourrait le détecter

Message par Adrien » 17/05/2024 - 8:00:15

Les scientifiques explorent la possibilité de topologies non triviales ou exotiques de l'Univers pour expliquer certaines anomalies observées dans le fond diffus cosmologique (CMB), selon une nouvelle étude publiée dans Physical Review Letters. Notre modèle cosmologique de l'Univers, basé sur la mécanique quantique et la relativité générale, considère généralement que l'Univers est plat. Cependant, il ne dit rien sur la topologie de l'Univers lui-même: est-il infini, a-t-il de...

kace
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Re: [News] L'Univers reboucle-t-il sur lui-même ? Cette méthode pourrait le détecter

Message par kace » 17/05/2024 - 12:37:53

Quelques exemples pour expliquer la topologie auraient été bienvenus je pense, alors j'en donne qques uns
Notre Univers a 4 dimensions, 3 dimensions spatiales et la dimension temporelle, et les 4 sont "unies" dans un espace-temps à 4 dimensions.
Oublions la dimension temps qui complexifie les choses et n'aide pas à la "compréhension" de la topologie de l'espace ; -).
Commençons par un univers à 2 dimensions spatiales. Il faut imaginer un univers plat infiniment fin, où la notion de 3è dimension n'existe pas : quand on est dans cet univers, on ne peut que regarder dans les dimensions autour de soi (ie dans un cercle à 360°), sans pouvoir regarder ni en-dessous ni au-dessus, ça n'a juste pas de sens. Pour bien comprendre, nous avons un univers à 3 dimensions spatiales et l'idée de regarder "en-dessous" ou "au-dessus" dans la 4ème dimension est juste aberrante, ça n'existe juste pas. Donc en 2 dimensions, on regarde dans le plan uniquement, et donc ni en-dessous ni au-dessus!
Et donc dans notre univers en 2 dimensions, on regarde autour de nous, on voit des galaxies proches, d'autres très lointaines dans toutes les directions (ie on peut tourner à 360° pour regarder dans toutes les directions du plan dans lequel on est).
Qu'est-ce que la topologie ? C'est la "forme" du plan dans lequel on est. Il a l'air plat, aussi loin qu'on puisse regarder les galaxies, mais rien ne dit que ce plan n'est pas refermé sur lui-même pour former en fait une sphère (qu'on "visualise" en 3 dimensions, mais en fait cette 3ème dimension est inutile mathématiquement parlant : c'est une surface en 2D refermée sur elle-même. On peut l'imaginer plonger dans un espace en 3D, voire 4D, 5D, ..., mais c'est inutile). Donc en avançant à l'infini en ligne droite, on revient à son point de départ après 2 x pi x le rayon de la sphère, quelque soit la direction ! Au passage, cet univers a l'air infini, mais sa surface est finie, sans qu'il y ait un bord pour autant. C'est l'analogie avec la surface d'une planète-océan (ie sans montagnes).
Mais ce plan peut aussi être refermé sur un axe et ouvert sur l'autre : ça forme un cylindre infini ! Dans une direction, on revient sur ces pas. Dans les autres directions, on part à l'infini ... Et la surface est alors infinie.
Ou bien le cylindre se referme sur lui-même et forme une bouée / un donut : si on part dans une direction on fait un petit tour de la bouée, dans une autre direction un grand tour, et dans les directions entre les 2 on peut revenir ou pas sur ces pas, suivant l'angle ... Et là, la surface est finie, comme pour une topologie sphérique.
Et il y a d'autres topologies possibles en 2D.

Et maintenant, dans un univers en 3D comme le nôtre ?
Et bien c'est pareil, il peut être :
- plat à l'infini (ie l'analogie avec le plan 2D), de volume infini.
- en forme de "sphère" : analogie avec le plan 2D refermé en sphère 3D, là c'est un univers 3D refermé en "sphère 4D", donc qque soit la direction dans laquelle on part, après 2 x pi x rayon, on revient sur ces pas ! Avec un volume fini !
- en forme de donut : comme en 2D, avec un volume fini.
- et plein d'autres formes exotiques (de volume finis ou infinis), car il y a bcp plus de formes possibles dans un univers 3D comme le notre que dans un univers 2D comme évoqué précédemment.

Et voilà pour un petit aperçu "concret" de la topologie de l'espace.
Pour plus de détails, cf https://fr.wikipedia.org/wiki/3-vari%C3%A9t%C3%A9 ou encore https://fr.wikipedia.org/wiki/3-sph%C3%A8re pour la "sphère 4D".

Piscenois
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Re: [News] L'Univers reboucle-t-il sur lui-même ? Cette méthode pourrait le détecter

Message par Piscenois » 29/05/2024 - 14:21:04

Merci @kace :-)

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