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Physique, cosmologie & trou noir divin


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J'y connais rien de rien en physique (j'ai arrêté en seconde...).

Mais l'Univers a-t-il un "extérieur", un "bord"?

L'espace-temps existe en dehors de l'Univers? S'il n'y a pas d'espace-temps "en dehors" de l'Univers, comment pourrait-on parler d'un "bord de l'Univers" (ou d'un "en dehors") puisqu'il n'y a ni espace, ni temps au-delà de sa "limite"?

 

C'est très difficile à imaginer. La tentation est d'imaginer l'Univers comme une boule ou une flaque. Sauf que l'Univers n'a pas de contenant puisqu'il n'y a rien en-dehors de lui.

Bref, je pige rien.

 

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Question: si l'univers est en expansion, dans quoi s'étend t il?

Le concept d'expansion est probablement inadapté au phénomène dont nous parlons. Une autre manière simple et fausse d'en parler serait de dire que tous les objets contenus dans l'univers rétrécissent (plus besoin pour l'univers de s'étendre dans quelque chose), la vitesse apparente d'expansion peut donc facilement être supérieur à celle de la lumière.

 

Je pense qu'on ne sait pas. Probablement que visuellement il ne ressemble pas à grand chose puisqu'il s'étend plus vite que la vitesse de la lumière. Donc il n'est pas visible, et si c'est le cas que rien ne peut approcher la vitesse de la lumière, il n'est pas non plus atteignable.

Ensuite conceptuellement, pour parler des bords de l'univers, s'il en a, il faudrait demander à un topologue, moi je ne m'y connais pas trop mais je dirais qu'on peut imaginer un univers infini comme un ensemble dans lequel tu peux toujours te déplacer d'un point à un autre, mais tous les points vers lesquels tu peux te déplacer sont à l'intérieur. Donc il peut avoir un bord, mais ce bord n'est pas traversable. C'est ce que les matheux appellent malicieusement un ouvert-fermé ; corrigez moi si je me trompe mais je crois que ce genre de modèle a cours en cosmologie.

Ça ne veut pas dire que l'espace de l'univers est comme ça mais c'est une manière cohérente de le définir.

D'après les observations, il semble que l'espace-temps soit globalement plat (localement il peut être courbe), donc a priori non. Cela dit c'est encore trop tôt pour conclure, il est probable que l'unification de la physique passe par une géométrisation nouvelle.

En ce qui concerne les trous noirs, une théorie qui me plait beaucoup :

La matière-énergie rebondirait avant de l'apparition d'une singularité, mais le temps s'y écoulerait si lentement (de notre point de vue) que de l’extérieur nous ne voyons qu'un objet statique qui ne laisse rien s'échapper. Si on pouvait regarder l'objet pendant 50 milliards d'années, on verrait une sorte de supernova (une étoile qui s'effondre sur elle-même avant d'exploser violemment).

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Le concept d'expansion est probablement inadapté au phénomène dont nous parlons. Une autre manière simple et fausse d'en parler serait de dire que tous les objets contenus dans l'univers rétrécissent (plus besoin pour l'univers de s'étendre dans quelque chose), la vitesse apparente d'expansion peut donc facilement être supérieur à celle de la lumière.

 

D'après les observations, il semble que l'espace-temps soit globalement plat (localement il peut être courbe), donc a priori non.

 

Pardon j'ai pas compris, non à quoi?

 

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Il m'avait semblé que tu parlais d'un espace non-euclidien en quelque sorte, un univers courbe qui fait qu'en te déplaçant toujours dans la même direction tu finis par revenir au point de départ. Les physiciens ont longtemps envisagé cette hypothèse.

 

J'en étais resté là, ce n'est plus la vision dominante en astrophysique?

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J'en étais resté là, ce n'est plus la vision dominante en astrophysique?

Pas depuis qu'on a la preuve, via l'étude du fond diffus cosmologique, que l'Univers est plat (à peu près).

 

Une bonne vidéo didactique sur le sujet :

 

  • Yea 1
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À quoi ressemble le bord de l'univers ?

Il n'y a pas de bord. Et non on ne revient pas à son point de départ en allant tout droit (sans passer près d'une disorsion spatiotemporelle type trou noir, hein).
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Il m'avait semblé que tu parlais d'un espace non-euclidien en quelque sorte, un univers courbe qui fait qu'en te déplaçant toujours dans la même direction tu finis par revenir au point de départ. Les physiciens ont longtemps envisagé cette hypothèse.

 

Non, ce n'est pas ce que je disais. Je disais simplement que voir l'univers comme un ouvert fermé dans un espace topologique (possiblement l'espace entier, ce qui a l'air d'être le plus naturel, mais pas forcément) aide à se représenter le fait qu'on ne puisse pas en sortir mais qu'on puisse toujours s'y déplacer, ce que je trouve être beaucoup plus intuitif que dire qu'il est infini, mais je ne parlais pas du nombre de faces du caractère euclidien.

 

Pour ce qui est des bords de l'univers je ne sais pas, mais c'est intéressant. Par exemple on peut imaginer abandonner l'idée que notre univers spatial est tout l'univers spatial qu'il y a, sans pour autant abandonner l'idée qu'il est infini et ouvert fermé... Bien que ce ne soit pas exactement rigoureux on peut le voir comme un univers "à faces" inaccessibles les unes à partir des autres. Je ne sais pas si cela a la moindre pertinence physique (ni la moindre réfutabilité) par contre, et c'est probablement là vaine spéculation.

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Un bouquin qui est un régal :

Histoires de mathématiciens et de physiciens de Gindikin http://www.amazon.fr/dp/2842250230/ref=cm_sw_r_tw_dp_nGfTwb1WFCBAY

 

 

Quatrième de couvertureEnfant, j'écumais les bibliothèques à des kilomètres à la ronde, à la recherche de livres de maths. Ce n'est sans doute pas très normal, mais à l'époque je trouvais ça naturel. Si Histoires de mathématiciens et physiciens avait existé, je me serais jeté dessus. Simon Gindikin a réuni ici quelques histoires fortes, mêlant science et passions humaines, qui mettent en scène cinq grandes figures de l'époque classique des mathématiques. Cardan, génie et rebelle, érudit, joueur, médecin, astrologue, se serait suicidé pour ne pas faire mentir son horoscope, Ça, c'est du professionalisme ! Cardan écrivait des ivres ; parmi ceux-ci l'un des meilleurs manuels d'algèbre jamais écrits. Il y révèle les secrets de la résolution des équations du 3e degré, les secrets d'un autre... Galilée faisait tomber des balles du haut de la tour de Pise, ou le long d'un plan incliné, en réfléchissant à la trajectoire des boulets de canon pour les artilleurs de l'Arsenal de Venise... Jusqu'au jour de 1610 où il découvrit avec la lunette qu'il avait fabriquée les satellites de Jupiter... En corrigeant une erreur de Galilée, Huygens découvrit une curieuse propriété de la courbe appelée cycloïde, et il utilisa cette propriété pour construire une horloge exacte. Les mathématiciens connaissent Pacsal à cause de son triangle et de ses théorèmes de géométrie, les littéraires à cause de ses Pensées, mais je préfère le célébrer comme inventeur de la brouette... Il a aussi envoyé son beau-frère escalader le Puy-de-Dôme en portant un bol de mercure pour vérifier que la pression atmosphérique décroît avec l'attitude. Gauss trouva à 19 ans une construction du polygone régulier à 17 côtés - le problème était posé depuis 2000 ans ! Il publia le résultat dans le journal local, puis devint le plus grand mathématicien de son époque (voire de tous les temps). Simon Gindikin raconte toutes ces histoires avec tendresse, avec un sens prononcé de l'histoire et de ce qui est mathématiquement intéressant. J'apprécie qu'il ne cherche pas à masquer les difficultés : il démontre géométriquement la propriété de la cycloïde. Il démontre aussi la loi de réciprocité quadratique, le " théorème d'or " de Gauss. Tout cela ne rend pas le livre difficile, il suffit au lecteur non spécialiste de sauter quelques passages. Histoires de mathérnabciens et physiciens n'est pas un livre d'histoire, ni de mathématiques ou de physique, c'est un collier de cinq camées étincelants, qui séduira tous ceux qui ont du goût pour la science et la culture. Je suis désormais un inconditionnel de Gindikin, et j'attends la suite avec impatience.
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Je corrobore les dires de Vincent.

Bon, non, je ne connais pas le livre, mais les mathématiciens/physiciens dedans ont en effet eu une vie totalement ouf. Mais genre totalement.

 

Du coup je vais essayer de trouver le livre pour me délecter de quelques anecdotes que je connaitrais pas.

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Si l'on part du postulat que "rien ne va plus vite que la lumière", l'expansion de l'univers ne peut pas dépasser la vitesse de la lumière.

Pourquoi ? La lumière irait toujours à la même vitesse et aucun objet n'irait plus vite.
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Je ne crois pas que l'expansion de l'univers consiste en un déplacement de masse, il me semble que c'est plutôt l'espace entre les objets qui se développe. De sorte que quand on dit que l'espace s'étend plus vite que la lumière on veut dire que la distance entre certains objets augmente tellement vite que la lumière émise par l'un ne pourra jamais atteindre l'autre.

 

Mais ce phénomène ne nécessite pas que quelque objet massif que ce soit se déplace plus vite que la lumière, ce qui est apparemment impossible.

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Je ne crois pas que l'expansion de l'univers consiste en un déplacement de masse, il me semble que c'est plutôt que l'espace entre les objets qui se développe. De sorte que quand on dit que l'espace s'étend plus vite que la lumière on veut dire que la distance entre certains objets augmente tellement vite que la émise par l'un ne pourra jamais atteindre l'autre.

 

Mais ce phénomène ne nécessite pas que quelque objet massif que ce soit se déplace plus vite que la lumière, ce qui est apparemment impossible.

C'est ça, les objets s'éloignent les uns des autres "plus vite que la lumière" sans qu'aucun d'entre eux ne se déplace : c'est l'espace qui s'étend.
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C'est ça, les objets s'éloignent les uns des autres "plus vite que la lumière" sans qu'aucun d'entre eux ne se déplacent : c'est l'espace qui s'étend.

 

OK mais dans ce cas, qu'est-ce qui pousse l'espace, c'est à dire le vide, à s'étendre?

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Si l'on part du postulat que "rien ne va plus vite que la lumière"

 

1/ si cela veut faire référence à Einstein, c'est plus précisément que ~"aucune information ne peut circuler plus vite que la lumière". (On peut parfaitement faire des effets de "levier" avec de la lumière. [Et je crois que Einstein lui-même y faisait allusion]).

2/ ce n'est pas un postulat. Plutôt une constatation (d'asymptote). Toujours pas invalidée aujourd'hui.

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OK mais dans ce cas, qu'est-ce qui pousse l'espace, c'est à dire le vide, à s'étendre?

La présence implique l'existence.

Tu peux voir l'Univers comme une machine qui explore tous les possibles (superposés) entre l'entropie zéro et l'entropie totale. Ces chemins se divisent à mesure que la complexité du bazar croît, mais la plupart d'entre eux finissent dans le même état final si on attend assez. Ce motif se répète à toutes les échelles comme un fractal. Donc la réponse à ta question serait "la croissance de l'entropie" mais c'est plutôt une tautologie.

Ma remarque sur "il n'y a pas de bord" c'est que le concept de bord n'a pas de sens: rien ni personne ne peut rattraper et donc observer cette limite si elle "existe" (ce qui revient à sa non-existence ce qui est très dur à concevoir), et si l'Univers est infiniment étendu alors il y a partout énergie et matière, à l'infini, et alors même le concept de 'bord' est relatif.

Il vaut mieux parler d'horizon causal, je pense.

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C'est ça, les objets s'éloignent les uns des autres "plus vite que la lumière" sans qu'aucun d'entre eux ne se déplace : c'est l'espace qui s'étend.

 

de mémoire (et franchement je peux largement me tromper), les lois de la physique ne s'appliquent théoriquement que dans des conditions bien définies de température, de pression etc, etc.

Plus aucune ne s'applique quand ces conditions ne sont pas réunies.

 

C'est la raison pour laquelle on ne peut pas s'approcher (et à fortiori pas dépasser) la vitesse de la lumière dans le cadre des lois connues. Par exemple, la théorie de l'expansion de l'univers lors du big-bang fait mention d'une "inflation primordiale" qui propose que l'univers s'est dilaté pendant une durée très réduite à une vitesse dépassant bien largement cette limite de la lumière.

Juste parce que les conditions de température et de densité dépassaient les limites théoriques.

 

donc dire qu'on ne peut pas dépasser la vitesse de la lumière n'est pas faux en soi, mais n'est pas vrai non plus, il faut juste préciser dans quelles conditions on se trouve.

 

Et il n'est pas aberrant de penser que les conditions nécessaire pour que les lois physiques s'appliquent partout ne sont peut-être pas si homogènes que ça partout dans l'univers.

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La vitesse de la lumière est maximale dans le vide (qui n'est pas vide). Les photos n'ont pas de masse, cela veut dire que leur interaction avec le champs de Higgs est nulle. Les particules qui ont une masse en ont une parce qu'elle interagissent avec le champs de Higgs. En gros d'un côté on a des particules qui glissent sur le champs de Higgs et de l'autre on a des particules qui on un grip plus ou moins fort sur le champs de Higgs.

La vitesse de la lumière est donc la vitesse maximale qu'une particule peut atteindre dans le vide (qui n'est pas vide).

L'espace-temps (ou espacetemps selon Najat) est lui la base de l'univers, il est ce qui soutient tout le reste. Je crois qu'aujourd'hui il ne s'étend pas plus vite que la lumière (pour le moment) mais il semblerait que lors de l'inflation il l'aurait fait BIG TIME. Il semblerait également, que (hypothétiquement) l'univers s'expanse et se rétracte par période.

Ce qui est très intéressant c'est de voir que des physiciens travaillent à quantifier l'espace-temps, c'est à dire à tenter de trouver par la théorie le quantum d'espace-temps, autrement dit à prouver que l'univers est fait de choses primordiales à tout autre chose. Que ce soit la gravitation quantique à boucle ou la théorie des supercordes ou la théorie branaire.

ce qui est assez amusant c'est que les gens pensent que le big bang est la singularité qui a donné naissance à l'univers. Hors au-delà du mur de Planck nous n'avons AUCUNE idée de ce qui s'est passé, car passé ces 10^-34 sec après le big bang on peut faire des calculs, pas avant. Entre le 0 et le 10^-34 sec, toutes les forces sont mélangées, la gravité se mêles aux trois autres forces quantiques et là on ne sait pas faire. Si la théorie des superordres est non commutative, la théorie de la gravitation quantique à boucle, elle est commutative. En gros les méthodes de calculs sont différentes. A cela il faut rajouter l'énergie noire, la matière noire qui sont des choses qu'on ne comprend pas DU TOUT. Par exemple, dans notre galaxie, il y a un trou noir géant en plein milieu, sa masse déforme l'espace temps et donc tout ce qui est en orbite autours de lui tourne, mais tourne à la même vitesse (sauf très proche du trou noir), ce qui est théoriquement impossible! Dans notre système solaire, les planètes lointaines ses déplacent moins rapidement que les planètes proches du soleil, dans la galaxie ce n'est pas le cas, POURQUOI????

La physique ça dépote!

  • Yea 1
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Sur la question de l'univers en expansion à la vitesse de la lumière

... j'ai pas souvenir d'avoir lu ça quelque part.

(Au contraire, plutôt des questions d'expansion ou de contraction).

 

Et je me demande bien d'où viendrait l'énergie pour réaliser cela ? propulser de la matière à cette vitesse ? avec un bilan positif vers l'extérieur ?

 

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