Notre Univers est-il cyclique ?

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Un Univers rebondissant, qui passerait par des phases d’expansion puis de contraction tous les mille milliards d’années pourrait expliquer un des problèmes les plus délicats de la cosmologie : comment pouvons-nous exister ?

Pourquoi l'énergie qui provoque l’expansion de l’Univers est-elle si faible ?
Peut-être parce qu'elle est beaucoup plus ancienne qu’on ne le supposait

Si cette hypothèse, proposée dans la revue Science par Paul Steinhardt de l'université de Princeton, au New Jersey, et Neil Turok de l'université britannique de Cambridge, semble légèrement saugrenue, on ne peut en fait pas vraiment y opposer d’arguments. Les observations astronomiques de la dernière décennie ont prouvé que "nous vivions dans un Univers absurde", remarque le cosmologue Sean Carroll de l'université de Chicago. "Notre travail consiste à lui donner un sens", dit-il.

Dans le modèle cyclique de Steinhardt et de Turok, l'Univers s’étendrait puis se rétracterait répétitivement avec une périodicité qui rend les 13,7 milliards d'années venant de s’écouler depuis le Big Bang comparables à un minuscule clin d’oeil. L’Univers serait donc terriblement vieux, et en conséquence la mystérieuse « constante cosmologique », qui décrit la façon dont l'espace vide semble s’étendre, aurait eu beaucoup de temps pour s’affaiblir jusqu’à atteindre la valeur étrangement peu élevée que nous observons aujourd'hui.

Un désaccord cosmique

En 1996, on a découvert que l’expansion de l’Univers était accélérée et la constante cosmologique a été utilisée pour décrire une force de répulsion qui pourrait causer cette accélération. Mais les physiciens ont semblé déroutés devant la faiblesse de sa valeur.

La théorie quantique suggère que l'espace « vide » est en fait un bourdonnement de particules subatomiques qui passent constamment de l’état existant à l’état non existant et vice versa. Cela produit une « énergie du vide » qui fait s’étendre l'espace, et qui fournit une explication physique à la constante cosmologique.

Mais la valeur théorique de l'énergie du vide est énorme, et rendrait l'espace lointain trop répulsif pour que les particules puissent se rassembler et former les atomes, les étoiles, les planètes, ou la vie. L'énergie du vide observée, en revanche, est plus petite d’un facteur de 10^120 (1 suivis de 120 zéros). Et cette énorme différence d’ordre de grandeur pose d’importants problèmes aux scientifiques.

Serions-nous spéciaux ?

Une des explications favorites est le « principe anthropique » qui propose que dans l'Univers apparemment infini, la constante cosmologique change d'un endroit à l'autre, en prenant toutes les valeurs possibles. Ainsi il existe au moins une région où elle possède la bonne valeur pour que les galaxies et la vie existent, et c'est précisément l’endroit où nous nous situons. Cette hypothèse nous débarrasse de la question de savoir pourquoi notre univers observable est « spécial ».

Mais cela ne satisfait pas les physiciens, qui préféraient pouvoir expliquer l’Univers dans son ensemble. "Compter sur le principe anthropique est comme vouloir avancer sur des sables mouvants", écrivent Steinhardt et Turok. Ils pensent avoir une explication plus satisfaisante.

Il y a très, très longtemps...

Les deux chercheurs sont partis d’une idée proposée par le physicien Larry Abbott en 1985 : l'énergie du vide aurait eu une valeur élevée par le passé mais celle-ci a décru au fil du temps. Abbott a montré que cet affaiblissement de l'énergie du vide procéderait par une série de sauts, chacun d’entre eux durant exponentiellement plus longtemps que le précédent. Sur la durée, l'Univers aurait passé bien plus de temps dans des états à énergie du vide proche de zéro que dans des états à énergie du vide élevée.

Le problème est que les calculs d'Abbott impliquent que l'expansion de l'espace aurait largement le temps de diluer toute la matière existante bien avant que l'énergie du vide n'atteigne ces valeurs très faibles. Et l'espace serait alors effectivement vide.

L'hypothèse de l'Univers cyclique vient à bout de ce problème, selon Steinhardt et Turok. Avec des cycles d’expansion et d'effondrement durant quelques mille milliards d'années, et sans aucune limite quant au nombre de ces cycles ayant précédé le nôtre, il y a largement assez de temps pour que l'énergie du vide atteigne une valeur presque nulle. Chaque cycle re-concentrant la matière pendant la phase d'effondrement, l'Univers ne deviendrait jamais vide.

Steinhardt et Turok indiquent que leur théorie est vérifiable. Le modèle cyclique prévoit que le Big Bang provoque des ondes gravitationnelles dans l'espace, que les physiciens traquent actuellement. De plus, la théorie de l'affaiblissement de l'énergie du vide prédit l’existence d’un nouveau type de particules fondamentales appelées les axions, qui peuvent également être détectables.

Pour Carroll, l’idée est intéressante. Il admet qu'il a quelques autres inquiétudes sur ce modèle d’univers cyclique qui gâchent un peu son enthousiasme, mais que l’extravagance de celui-ci ne le tracasse pas. "Toute explication sera extrême", explique-t-il, "parce que toutes les possibilités raisonnables ont déjà été complètement explorées".

HU
hubble

Si des ondes gravitationnelles sont provoquées par le big-bang, à chaque cycle (selon la théorie proposée), une partie de l'énergie serait perdue. Donc au bout d'un certain nombre de cycles, plus aucun big-bang ne serait possible et l'univers deviendrait synonyme de néant.
Loufoque pour loufoque, je propose l'idée suivante:
l'infini est rempli d'une énergie sombre (inconnue actuellement) d'une intensité proche de zéro, mais non nulle, donc infinie.
Agitée par des turbulences, cette énergie produirait des big-bang d'intensité variable déterminant la nature de la matière produite et les constantes universelles (particules, forces, vitesse de la lumière,...).
Comme les vagues produites par le jet d'une pierre dans l'eau, notre univers s'étend en baissant d'intensité.
Après épuisement de l'énergie du big-bang, la matière de l'univers induit s'évaporerait et retournerait à l'état initial de la matière sombre.
Comme cette dernière est inépuisable, ces turbulences peuvent être éternelles, et d'autres big-bang peuvent être générés ailleurs aléatoirement.
Il ne reste plus qu'à le démontrer!
:fada:

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lincruste

@hubble
Bonjour,
Peux-tu expliquer:

une intensité proche de zéro, mais non nulle, donc infinie

et

générés ailleurs aléatoirement.

?

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Yakamonéyé

Moi je peu signaler une théorie proposée par jean pierre Petit (JPP), issue de la topologie.
D'abord un petit cours:
il existe plusieurs sphères:
S1=cercle
S2=sphère surface, possède une sphère S1 comme diamètre.
S3=surface irreprésentable pour nous! possède pour diamètre une sphère S2
...
Sn=sphère d'un espace a n+1 dimensions ayant pour diamètre une sphère S(n-1)!

le cercle ne possède pas de pôles alors que la sphère en possède 2!
De même en généralisant on arrive a prouver que les sphères Sn avec n pair possèdent 2 pôles alors que les autres n'en ont pas!

La théorie:
Si l'univers est une sphère S4 (3 dimensions d'espace + 1 de temps), elle possèdent 2 poles qui ont une position physique et TEMPORELLE: Le Big Bang et l'Anti-Big Bang :fada:

Si ces points sont distincts:
Ces points seraient a tour de roles les points de départ et d'arrivé de toute l'énergie (=la matière), (les ondes gravitationnelles qui se propagent en lignes droites a la surface d'une sphère partirait de A (le big bang) pour arriver a B (l'anti-big bang) ainsi pas de perte d'NRJ)
Une fois la matière arrivée a un des points, le temps s'inverserait (idée qui ne choque même pas JPP)et la matière repartirait dans l'autre sens....
Une espèce de partie de ping pong cosmique!

Si ces points sont superposés:
Cela revien au même: arrivé au point final (B), la matière serait au même endrois qu'au Big Bang (A), et le cycle recommencerait

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Michel

Yakamonéyé

le cercle ne possède pas de pôles alors que la sphère en possède 2!
De même en généralisant on arrive a prouver que les sphères Sn avec n pair possèdent 2 pôles alors que les autres n'en ont pas!
......

Pourrais-tu préciser la défintion d'un "pôle" stp ? car on ne voit pas de manière évidente pourquoi S1 n'en possède pas et S2 en possède 2 :jap:

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Yakamonéyé

c assez simple.
Les pôles apparaissent quand on essaye de mailler une surface: on essaye de la représenter avec des fils de fer qui se croisent perpendiculairement...

mailler un cercle (attention je parle bien de cercle et pas de disque), est simplement un fil de fer qui se referme sur lui même.....ben oui c'est un cercle.....il n'y ya pas de singularité!

mailler une sphère est plus complexe: mais si jamais tu possède un grillage déformable avec des angle droits, tu peu toujours essayer de le plier pour former une sphère, tu n'y arrivera pas!
tu peu par exemple plier ton grillage pour faire un cylindre, facile, tu peu même plier ton cylindre pour faire un tore, toujours facile mais en partant du cylindre il faut que les fils se rejoingnent en deux points si tu veu faire une sphère!!

je sais c'est pas trés clair, je vais voir si je peu pas vous amener des dessin...c toujours plus simple avec des dessins :)

Edit:
voila les dessins :D

en zoomant, on voit clairement que ni le plan ni le cylindre ne possèdent de pôle mais la sphère possèdent 2 points particulier ou se rejoignent les fils de fer que sur terre on apèlle méridiens!

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Michel

je m'imaginais autre chose:

un pole existe si 2 droites paralleles se croisent

sur S1 il n'esiste qu'une seule droite (le perimetre) donc pas de croisement

sur S2 deux droite parallèles se croisent en 2 points donc 2 poles (effectivement , exemple de la surface de la Terre et de ses meridiens)

sur S3 mmmm.... ????? deux droites parallèles ne se croiseraient donc pas

sur S4 .... :heink: je n'ose même pas imaginer ce qui leur arrive !!!!! :bon:

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Michel

Non, ca ne va pas mon truc, sur Terre, certaines droites paralleles ne se coupent pas (les "parallèles" justement !)

donc il faut être plus précis dans la définition :

un pole existe si les géodésiques se croisent

Les géodésiques étant les intersections de la sphère avec son diamètre

donc pour la Terre ca colle, les méridiens sont des géodésiques (interserction de la sphére avec le disque passant par le centre)

pour S3 et S4, un cerveau 4D ou 5D serait peu etre nécessaire pour visualiser la chose ..... :yxt:

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Yakamonéyé

Exact il aurait fallu que je précise: "les lignes droites à la surface de la sphère (=géodésiques)".
Sur terre il n'y a qu'un seul parallèle qui soit une géodésique: c l'équateur...

Pour ce qui est des sphère multidimentionelles, c inimaginable.....donc la seule technique pour savoir c'est des maths !!!
Le nombre de singularité est donné par la caractéristique d'euler poincarré (X)
C'est une somme alternée....bon a vrai dire je ne maitrise plus très bien a partir de la......(einstein disait:"on ne maitrise un sujet que quand on est capable de l'expliquer a un enfant de 6 ans" :o ) Avec cette définition on en vien a se demander si on maitrise la trigonométri ou les équation du 1er degré :lol: ......

Alors pour la topologie je vais te conseiller une BD (hé oui :siffle: ), c très bien expliqué et très complet, d'ailleur n'importe qui désireux d'aprendre peu la lire, c accessible a des 3èmes!
++TOPOLOGIE++
voici le site de l'auteur:
++JPP++
c quelqu'un de bizar (ufologue, aire 51.....) mais en topologie, il sait de quoi il parle... :o

VI
Victor

çà me rappelle un truc que j'avais lu de Poincarré qui démontrais que dans un temps infini et dans un espace fini des particules "du gaz idéal" présentes dans la pièce ne subissant pas les pertes entropiques des chocs non élastique avec une configuration originale A aurait un point de rebours C qui réaboutirait dans un temps immense à l'état A, un temps de l'ordre de 10 ^120 secondes pour une piéce indestructible et isolée de 100 mètre cubes, si l'univers n'avait pas d'entropie ce qui est loin dêtre le cas dans le volume actuel il serait possible de trouver ce point de rebours dans un temps hélas qui me dépasse au point de vue calcul et ainsi retourner à l'état initial, Cette démonstration est faites avec des statistiques thermodynamique idéales dont poincarré démontrait la réversibilité à partir d'un point de rebours un peu comme dans un billard avec des quantités de l'ordre de la thermodynamique