© Foire aux questions en Cosmologie ( par Ned Wright)

Traduction libre par J. Fric qui endosse toute responsabilité sur les erreurs que sa traduction aurait pu introduire, commentaires personnels entre [..].

Quelles sont les vérifications expérimentales du Big Bang?

Les observations  citées ci dessous (observational data) sont cohérentes avec la théorie du Big Bang. Ceci ne prouve pas pour autant le Big Bang, puisqu'une théorie scientifique ne peut pas être prouvée. Ces faits sont cohérents avec le Big Bang et quelques autres modèles Cosmologiques. Dans l'ensemble, le Big bang est la théorie qui y correspond le mieux, ce qui fait que cette théorie est qualifiée de " modèle standard". Ces observations comprennent:

 

Les observations ci dessus sont cohérentes avec  les modèles du Big Bang et le modèle quasi stationnaire, mais d'autres observations citées ci dessous privilégient le Big Bang par rapport au Modèle quasi stationnaire.

Finalement, le spectre de puissance angulaire de l'anisotropie de quelques millionièmes du RFC ( angular power spectrum of the CMB anisotropy ) qui existe est caractéristique d'un modèle de Big Bang dominé par la matière sombre, associé à un scénario inflationniste.

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Qu'est qui nous fait penser que l'expansion de l'Univers s'accélère?

Les indices d'accélération  de l'Univers viennent de l'étude de la luminosité des Supernovae éloignées.( brightness of distant supernovae.) Nous observons un décalage vers le rouge ( redshift ) des supernovae qui nous indique par quel facteur l'Univers s'est étendu depuis l'explosion de la supernovae. Ce facteur est (1+z), où  z est le décalage vers le rouge. Mais pour calculer la luminosité de la supernova nous devons connaître sa distance actuelle ( Vous avez dit distance ?). Si l'expansion de l'univers s'accélère du fait de la constante cosmologique ( cosmological constant ), alors l'expansion était plus faible dans le passé et de ce fait le temps nécessaire pour ce facteur d'expansion est plus long et la distance actuelle est plus grande. Si l'expansion décélérait, elle était plus rapide dans le passé et alors la distance actuelle serait plus courte. Donc dans un Univers en expansion à des décalages spectraux élevés, une supernova apparaîtra moins lumineuse si l'expansion s'accélère du fait qu'elle est plus loin, que si l'expansion se ralentit. Remarquons que ces distances sont toutes proportionnelles à l'âge de l'Univers [soit 1/Ho], mais que cette dépendance s'annule quand la luminosité d'une supernova proche à z  voisin de 0,1 est comparée à une supernova lointaine de z voisin de 1.

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Qu'est ce que la quintessence?

La quintessence, la cinquième essence, est un cinquième élément au delà de des éléments standards de la chimie ancestrale , la terre, l'air, le feu et l'eau.. Steinhardt et ses collègues ont adopté le terme  quintessence pour leur modèle particulier d'énergie du vide qui provoque l'accélération de l'expansion de l'Univers. En faisant une recherche, on doit trouver au moins une centaine d'articles sur le sujet.  Voir aussi l'exposé: Energie sombre par Jérôme Martin chercheur à l'IAP, sur notre site.

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Si l'Univers n'est âgé que de 10 milliards d'années, pourquoi pouvons nous voir des objets au delà de 5 milliards d'années lumière ? ( NB :13,7 Ga +- 1%, dernières estimations de WMAP)

Cette question suppose implicitement des hypothèses sur l'espace et le temps incompatibles avec toutes les définitions d'espace et de temps. On suppose que toutes les galaxies sont parties d'un même point au moment du Big Bang, et que la distance maximum d'éloignement par rapport à nous ( à la vitesse de la lumière) est la moitié de l'age de l'Univers du fait que cette lumière pour nous parvenir met un temps égale à sa distance ( exprimé en al , 5 Milliards d' al de distance quand la lumière est émise + 5 Milliards d'années pour nous parvenir = 10 Milliards d'années). Négligeons la gravitation pour supposer une vitesse constante, ce qui veut dire un Univers quasiment vide. Dans un Univers vide, une des nombreuses définitions possibles de la distance satisfait les hypothèses de cette question: La distance de taille angulaire ( angular size distance)  dont la valeur maximum est précisément la vitesse de la lumière multipliée par la moitié de l'age de l'Univers. Voir ( Vous avez dit distance ? ) du cours de Cosmologie pour une discussion sur les autres types de distances qui peuvent aller jusqu'à l'infini dans un modèle d'Univers vide dans la mesure où cela correspond à un Univers sans limite..

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Si l'univers n'est âgé que de 10 milliards d'années, pourquoi pouvons nous voir des objets qui sont maintenant à 30 milliards d'années lumière ?

Quand on parle de la distance d'un objet qui se déplace, nous parlons de la distance actuelle, avec la position des objets spécifiés maintenant. Dans un Univers en expansion cette distance peut être plus grande que la vitesse de la lumière multipliée par le temps de trajet du fait de l'accroissement de la distance entre les objets, liée à l'expansion. Cela ne change rien aux unités de longueur et de temps, mais fait que les choses sont plus éloignées maintenant qu'elles l'étaient avant. 

Quelle est la distance actuelle de l'objet le plus lointain que nous pouvons voir. Supposons que l'âge de l'Univers est de 10 milliards d'années. La lumière a donc voyagé au maximum 10 Milliards d'années et beaucoup s'arrêtent là. Mais la distance s'est accrue pendant ce temps. Le point milieu du temps quand la lumière voyageait c'était il y a  5 Milliards d'années. Dans le cas de la densité critique ( critical density ) le facteur d'échelle de l'Univers croît en puissance 2/3 du temps depuis le Big Bang, donc l'Univers s'est accru d'un facteur  22/3 = 1.59 depuis le point milieu du temps de trajet de la lumière. La taille de l'Univers change de façon continue et nous devons diviser le voyage en intervalles infiniment courts pour aboutir à une intégrale qui donne un facteur 3 par rapport à l'âge ( dans l'article original, il procède par divisions successives en 2 de chaque intervalle pour ceux qui ne maîtrisent pas les intégrales).

Une autre manière de décrire cela, consiste à considérer un photon et une galaxie à 30 Milliards d'années lumière de nous, 10 Milliards d'année lumière ( Gal) après le  Big Bang. La distance de ce photon vaut D = 3ct. Si nous attendons 0.1 milliard d'années, l'Univers va croître d'un facteur (10.1/10)2/3 = 1.0066, donc la galaxie sera à  1.0066*30 = 30.2 Gal  de nous. Mais la lumière a voyagé 0.1 Gal de plus car elle se déplace à la vitesse de la lumière par rapport à la matière dans son voisinage et elle sera donc à  D = 30.3 Gal, donc  la relation D = 3ct est bien vérifiée.

Si l'Univers n'a pas la densité critique , alors la distance sera différente, et pour les faibles densités qui sont probables la distance de l'objet le plus lointain que nous pouvons voir est plus grande que 3 fois la vitesse de la lumière multipliée par l'âge de l'Univers ( en al)

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Comment les plus vieilles étoiles peuvent elles être plus âgées que l'Univers ?

Bien sûr que l'Univers doit être plus vieux que les plus vieilles étoiles qu'il contient:  La question est en fait: quelle estimation est erronée:

L'âge de l'Univers est déterminé  par sa vitesse d'expansion: la constante de Hubble ( Hubble constant ) qui est le rapport entre la vitesse radiale d'une Galaxie à sa distance. La vitesse radiale,( radial velocity ) est facile à mesurer, mais pas les distances ( vous avez dit distance? ) . La constante de Hubble est entachée d'une imprécision de 15% ( NB : WMAP a resserré la fourchette).

Déterminer l'âge des plus vieilles étoiles( age ) nécessite de connaître leur luminosité, qui dépend de la distance. Ceci conduit à une incertitude de 25 % sur les âges des plus vieilles étoiles du à la difficulté d'estimer les distances.

Donc le désaccord entre l'âge des plus vieux objets de l'Univers et son âge est dans la marge d'erreur. En fait les dernières observations ( WMAP) ont fait disparaître ce désaccord.

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Les objets peuvent ils se déplacer par rapport à nous plus vite que la lumière ?

De nouveau ceci dépend de la définition que l'on donne de la distance ( Vous avez dit distance ? ). Cependant, si nous postulons que la distance d'un objet à un temps  t est la distance entre notre position au temps t à celle de l'objet au temps t mesurée par un ensemble d'observateurs co-mobiles  à l'expansion de l'Univers et faisant leur observations au temps ( cosmologique )  t, alors la vitesse ( variation de  D en fonction de  t) peut assurément être supérieure à celle de la lumière. Ceci n'est pas en contradiction avec la Relativité Restreinte  ( special relativity ) car la notion de distance spatiale utilisée ici n'est pas la même que celle de la RR, de même que les temps ne sont pas les mêmes. Dans le cas particulier d'un Univers vide, où on peut représenter le modèle dans les deux types de coordonnées (Coordonnées de la Relativité restreinte et coordonnées cosmologiques ) , la vitesse que nous avons définie dans le contexte Cosmologique est donnée par v = c ln(1+z) ce qui tend manifestement vers l'infini lorsque décalage vers le rouge devient infini et est plus grand que  c for z > 1.718. Pour un Univers de densité critique la vitesse est donnée par v = 2c[1-(1+z)-0.5] qui est plus grande que c pour z > 3 .

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Qu'est ce que le décalage vers le rouge?

Le décalage vers le rouge ( redshift) d'un objet correspond au déplacement vers le rouge de raies d'émission caractéristiques de la source. La longueur d'onde s'accroît. Plus précisément le décalage est donné par:

z = [WL(obs)-WL(em)]/WL(em)

WL(em) est la longueur d'onde émise d'une raie, qui est connue par des mesures en laboratoire, et WL(obs) est la longueur d'onde observée de la raie. Dans un Univers en expansion les les objets distants sont décalés vers le rouge avec  z = Ho D/c pour des petites distances. Cette loi a été découverte par  Hubble et Ho est appelée la constante de Hubble.

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Les quasars sont ils réellement aux grandes distances indiquées par leurs décalages vers le rouge?

La réponse est

Oui!

Stockton (1978, ApJ, 223, 747) a observé des galaxies faiblement lumineuses à proximité de quasars brillants à des décalages vers le rouge moyens. Il sélectionna des quasars de décalage vers le rouge moyen, pour être capable de voir des galaxies de même décalage spectral. Il trouva un bon accord entre les décalages spectraux de ces galaxies  et des quasars. Autrement dit, les quasars sont associés à des galaxies de même décalage spectral qui ont la luminosité escomptée si on considère que les quasars sont à la même distance cosmologique. Donc, on trouve au moins des quasars à la distance indiquée par leur décalage spectral, et parmi ceux ci certains parmi les plus lumineux comme  3C273. D'après le principe du rasoir d' Occam on en déduit que les quasars sont bien à la distance indiquée par leur décalage vers le rouge.

Un autre argument en faveur  de décalage spectral cosmologique pour les quasars est l'essentiel parfait ordonnancement des raies spectrales, conséquence du fait que les raies d'absorption ont toujours des décalages vers le rouge moindres ou égaux  aux raies d'émission des quasars ( la source est plus loin). Dans un système de lentille gravitationnelle, le décalage vers le rouge de la lentille est toujours inférieur à celui de l'objet vu par le biais de la lentille. Donc des systèmes qui s'interposeraient, comme des galaxies provoquant un effet de lentille ou comme des nuages d'absorption, qui évidemment sont à des distances plus faibles, montreraient des décalages plus faibles.

Les arguments statistiques avancés par Arp et quelques autres en faveur de décalages spectraux anormaux sont souvent  incorrect.

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Que penser des objets qui ont un décalage vers le rouge discordant comme le quintet de Stephan?

Un exemple célèbre d'objets de décalages spectraux différents apparaissant dans une même partie du ciel est le quintet de Stephan ( Stephan's Quintet ). Mais la Galaxie à faible décalage ( en bas à gauche) se résout mieux en étoiles et paraît plus structurée. En utilisant la méthode de fluctuation de la brillance de surface pour déterminer la distance ( Vous avez dit distance ? ) , cette structuration signifie que la galaxie à faible décalage est plus proche de nous  que les quatre autres membres du quintet.

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Est ce qu'on a observé, la dilatation temporelle des sources lumineuses distantes, prédite par le big bang?

Cette dilatation temporelle est la conséquence de l'interprétation standard du décalage vers le Rouge: Si on observe une supernova de décalage spectral  z =1 et de 20 jours de période de décroissance on verra cette période durer 40 jours. Cet effet de dilatation temporelle a été observé. Ci dessous 5 publications sur les courbes de lumière des supernovae.

Ces observations contredisent le modèle de la lumière fatiguée ( tired light ) pour expliquer le décalage vers le rouge.

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Les galaxies s'éloignent elles réellement de nous ou est ce simplement  l'espace qui s'étend?

Cela dépend comment on mesure les choses, c.a.d du choix de coordonnées. D'un point de vue les positions spatiales des galaxies changent et ceci cause le décalage vers le rouge, d'un autre les galaxies sont à coordonnées constantes mais la distance entre les points s'accroît avec le temps et c'est ce qui provoque le décalage vers le rouge. La Relativité Générale explique comment on passe d'un point de vue à l'autre, sachant que le décalage prédit est le même dans les deux cas. Le chapitre 3 (. Part 3 ) du cours montre des diagramme d'espace temps de l'Univers dans les deux cas.

Voir aussi la réponse à cette question dans ( Relativity FAQ ) 

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Pourquoi le système solaire ne s'étend il pas , alors que l'univers est en expansion?

Utilisons le système de coordonnées où les galaxies changent de position pour traiter au mieux ce problème. Les galaxies s'éloignent de nous, du fait qu'au départ c'était ainsi, mais la gravitation  ralentit ce mouvement. Les planètes tournent autour du Soleil sur des orbites fixes parce qu'elles sont liées au Soleil. Tout se déplace conformément à la loi de Newton ( avec de légères modifications dues à la Relativité)  [Illustration]. Pour les plus savants, Cooperstock et al. , ont calculé que l'influence de l'expansion de l'univers sur l'orbite de la terre n'a représenté qu'une croissance de un pour dix puissance vingt et un sur la vie du système solaire. Ceci est dû à la décroissance de la densité de fond cosmologique lié à l'expansion, qui peut se produire ou ne pas se produire selon la nature le la matière sombre. La perte de masse du Soleil lié à son activité et aux vents solaires, bien que minuscule conduit à des variations bien supérieures de l'orbite terrestre qui est quasi insensible à l'expansion de l'Univers (voir calcul ci dessous). Même à plus grande échelle ( un million d'années lumière) , l'effet de l'expansion de l'Univers est 10 Millions de fois inférieur à l'énergie de liaison de l'amas . Voir aussi la réponse dans  Relativity FAQ.

Exemple chiffré pour le système Solaire : Toute perte de masse dans le système Solaire va entraîner une modification de l’orbite des planètes. Le moment angulaire J = m*SQRT(GMR) va être conservé, en tant qu’invariant adiabatique, M est la masse du Soleil plus la masse de matière noire de la sphère contenue dans l’orbite, R est le rayon de l’orbite ( qu’on suppose circulaire), m est la masse de la planète et G la constante de gravitation de Newton. Alors :

 dJ = 0 = m*SQRT(GMR)*0.5*(dR/R  + dM/M). Nous avons également 

M = Msoleil + (4*pi/3)*rho_DM*R^3, avec rho_DM = densité matière noire. Supposons que :

rho_DM(t) = rho_DM(t_o)*(a(t_o)/a(t))^3, avec des notations évidentes. Cette supposition n’est probablement pas correcte du fait que la densité de matière noire est probablement très supérieure dans la voie lactée à la moyenne de l’Univers, et qu’elle ne subit pas de dilution du fait de l’expansion de l’Univers. La densité de matière noire change probablement,  mais pas de façon aussi simple que celle retenue. Mais même dans ce cas, cela donne :

 dM/dt = dMsoleil/dt - 4*pi*H_o*rho_DM(t_o)*R^3
Comme rho_DM(t_o) = 2.1E-30 gm/cc, et H_o = 71 km/sec/Mpc = 2.3E-18 /sec
ceci donne dM/dt = -2E-7 gram/sec et (dM/dt)/M = -1E-40 /sec   avec  Msoleil = 2*E33 g
Au final (dR/dt)/R = 1E-40 /sec ce qui est 2E22 fois plus petit que l’expansion de Hubble.

L’effet lié à la perte de masse du Soleil du fait de la conversion de masse en énergie est bien plus élevé.

(dM/dt)/M = -(Lsoleil/c^2)/Msoleil = -2/c^2 = -2.2E-21 /sec

Finalement si on prend aussi en compte l’effet du vent solaire. Avec une densité de 5
protons/cc et une vitesse de 450 km/sec à 1 Unité astronomique du Soleil cela donne :
dM/dt = 4*pi*R^2*rho*v = -5E-22 /sec.

Ces deux effets sont bien supérieurs à l’effet cosmologique de la matière noire.

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L'Univers s'étend il , ou sont ce seulement nos définitions de longueur et de temps qui changent?

Les définitions de longueur et de temps ne changent pas dans le modèle standard. La seconde  vaut toujours 9192631770 cycles d'une horloge atomique au Césium, et le mètre est toujours la distance parcourue par la lumière en 9192631770/299792458 cycles d'une horloge atomique au Césium.

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Qu'entend on par Univers plat?

L'Univers semble isotrope et homogène et il n'y a que trois géométries possibles qui ont ces propriétés, comme on le montre au chapitre 3 ( Chapitre 3 du Cours). Un espace plat a une géométrie Euclidienne (Euclidean )  dans laquelle la somme des angles d'un triangle vaut 180 °?. Un espace courbe a une géométrie non Euclidienne (non-Euclidean geometry). Si la courbure est positive ( espace hypersphérique) la somme des angles d'un triangle est supérieure à 180° et le supplément angulaire donne l'aire du triangle divisée par le carré du rayon de la surface. Dans un espace hyperbolique à courbure négative, la somme des angles d'un triangle est inférieure à 180°. Quand Gauss ( Riemann) inventa  (Gauss invented ) cette géométrie non Euclidienne il essaya en fait de mesurer un grand triangle, mais il obtint une somme de 180° car le rayon de l'Univers  est très grand  ( si non infini) donc l'excès ou le déficit était si petit qu'il n'était pas mesurable. Si le rayon est infini, alors l'Univers est plat.

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Bolyai développa cette géométrie et la publia, après l'avoir lu, Gauss écrivit au père de Bolyai': " En faire l'éloge serait se me louer moi même. L'ensemble de l' oeuvre .. coïncide pratiquement exactement avec mes propres réflexions qui ont occupé mon esprit  pendant ces dernières trente à trente cinq années". Puis Lobachevsky publia un travail semblable dans l'obscur "Kazan Messenger".

Le Big Bang est il un Trou Noir?

Les deux sont des singularités, mais celle liée au  Big Bang est différente de celle liée à un Trou Noir . Le Big Bang est une singularité qui s'étend à tout l'espace au même moment, alors qu'un Trou Noir est une singularité en un point de l'espace qui s'étend éternellement dans le temps, pour plus de détails voir: ( sci.physics FAQ.).(NB: Ces deux singularités s'appliquent à des métriques différentes , FLRW pour le Big Bang, Schwarzschild par exemple pour un Trou Noir, voir aussi  théorème de singularité de Penrose/Hawking)

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Dans quoi l'Univers s'étend il?

Cette question repose sur l'erreur conceptuelle populaire que l'Univers est un objet courbe inclus dans un espace de dimension supérieure. Cette erreur est confortée par l'analogie du ballon ( balloon ) qui gonfle qui montre une surface 2D courbe ( celle de la surface sphérique) qui s'étend dans un espace Euclidien 3D.

On peut considérer les choses ainsi, mais ceci n'est pas nécessaire ( on sait définir une courbure d'un espace à N dimensions sans faire référence à plus de N dimensions: courbure intrinsèque, extension à N dimensions de la courbure de Gauss à 2D). Aucune expérience ne nous a permis de déceler des dimensions étendues supplémentaires.. Tout ce que nous mesurons appartient à notre Univers et nous ne voyons ni bord, ni limite ni centre d'expansion. Donc l'Univers ne s'étend pas dans quoi que ce soit que nous pouvons déceler, et il n'y a aucun intérêt à l'introduire. De même que le tableau de Dali  (Corpus Hypercubicus ) est une image 2D qui représente la surface 3D d'un Hypercube 4D, rappelons nous que l'analogie du ballon  est juste une image 2D d'une situation en 3D seulement destinée à suggérer à notre imagination limitée en dimension ( que ceux qui  voient, à jeun,  les espaces 3D courbes lèvent la main) ce que peut être le phénomène en n'oubliant pas qu'il faut le transposer. Ceci ne signifie pas qu'il existe un espace 4D dans lequel notre Univers s'étend.

 

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Qu'y avait il avant le Big Bang?

Le modèle standard du Big Bang possède une singularité à  t = 0. Ceci signifie, qu'on ne peut même pas définir le temps à cet "instant" puisque l'espace temps est singulier ( NB: Cela ne pose pas pour autant de problème philosophique à la Relativité Générale, cette théorie ne présupposant pas d'espace et de temps pour s'appliquer, puisque l'espace temps est le résultat de son équation : Elle produit l'espace temps. Par ailleurs l'espace temps étant une Variété Riemanienne on peut toujours en exclure des points singuliers sans que cela nuise au reste). Dans certains modèles,  tels que le modèle chaotique ou d'inflation perpétuelle prônés par Linde, le Big Bang est juste une des nombreuses bulles inflationnistes d'une mousse d'espace temps. Mais nous n'avons pas de moyens d'acquérir de l'information à l'extérieur de note propre bulle. Donc je conclus : Ce dont on ne peut dire mot, n'en disons rien.  "Whereof one cannot speak, thereof one must be silent."

From Bruce Margon and Craig Hogan at the Univ. of Washington

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Pourquoi le ciel est noir la nuit?

Si l'univers était infini en temps et en espace, et que les étoiles pouvaient briller indéfiniment, où que le poète ( mais pas seulement lui)  puisse porter son regard, celui ci aboutirait sur une étoile, et l'univers serait aussi brillant que la surface du Soleil. Ceci est appelé le paradoxe de Olber (Olbers' Paradox ) d'après Heinrich Wilhelm Olbers [1757-1840] qui l'exprima en  1823-1826, bien qu' il fut évoqué auparavant. L'absorption par la poussière interstellaire ne résout  rien car cette poussière ré-émettrait  les rayonnements absorbés quelques minutes après, ce qui bien peu par rapport à l'âge de l'Univers. Certes l'Univers n'est pas infiniment vieux, et l'expansion réduit le rayonnement cumulé émis par les étoiles distantes. Chacun de ces deux effets résolvent le paradoxe, et de plus ils se cumulent.

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L'Univers va t'il s'étendre indéfiniment ou se re-contracter?

Ceci dépend du rapport entre la densité de l'Univers et la densité critique. Si la densité est supérieure à la densité critique après une phase d'expansion qui conduit à une taille maximum, l'univers va se re-contracter et s'effondrer. Les dernières observations (NB:  WMAP) semblent montrer que pour ce qui concerne la partie matière, il est sous critique et qu'on est plutôt parti pour une phase d'expansion infinie ( NB: avec constante cosmologique). Voir Chapitre 3 du cours pour plus de détails ( NB: Voir aussi WMAP pour une mise à jour des infos).

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L'Entropie va t'elle s'opposer au Big Crunch?

Le problème de l'entropie de l'Univers est subtil  et non complètement résolu. Les Théoriciens sont toujours à la recherché d'une explication pour comprendre ce qui advient de à l'entropie de la matière qui tombe dans un Trou Noir, un problème qui implique la mécanique quantique et les champs de gravitation intenses. Une théorie de la gravitation quantique ( à établir)  nous permettrait peut être de comprendre pourquoi l'Univers est issu du Big Bang avec une très grande entropie et ce qu'il en advient si l'Univers se re-contracte et 'effondre. L'Entropie mesure le nombre de façons qu'un système a d'être arrivé dans un état donné .Donc un paquet de cartes battu a une entropie supérieure à un paquet de cartes neuf  classé dans un ordre donné. Ajouter de l'énergie à un système , augmente en général le nombre d'états, et accroît l'entropie. La température d'un système est définie de telle sorte que kT est l'énergie nécessaire pour augmenter le nombre d'états possibles par un facteur e = 2.71828... k est la constante de Boltzmann. Transférer de la chaleur d'une pièce chaude d'un système vers une pièce plus froide augmente le nombre de façons d'arranger la partie froide par un facteur bien supérieur que la décroissance du nombre de façons d'arranger la pièce chaude. Donc le flux normal de la chaleur du chaud vers le froid augmente le nombre de façons dont le système global peut être arrange ce qui accroît son entropie.

L'entropie ne s'accroît pas nécessairement dans les systèmes ouverts. L'énergie peut permettre de faire décroître l'entropie d'un système particulier. Votre réfrigérateur le fait en extrayant la chaleur intérieure, si vous considérez l'intérieur de votre réfrigérateur comme un système indépendant. Bien sûr si on considère les parties internes et externes du réfrigérateur, il y a accroissement de l'entropie du fait du rendement imparfait du réfrigérateur.  .

Comme l'entropie est un concept statistique, des fluctuations à court terme dans des petits systèmes autorise une décroissance temporaire de l'entropie.

L'entropie reste constante dans un système à température uniforme ( à l'équilibre thermique) si on n'échange pas de chaleur avec l'extérieur. On pense que c'est plus ou moins le cas pour l'univers ou pour une partie représentative de celui ci qui se contracte ou s'étend de la même manière. L'écrasante majorité de l'entropie de l'Univers est contenue dans le RFC car la majorité des particules sont les  photons du RFC [ Un milliard de photons par baryon environ] . (CMB). Quand l'Univers s'étend la température du rayonnement baisse de façon à maintenir l'entropie constante. Si l'univers devait s'effondre en un point le rayonnement se réchaufferait pour maintenir une entropie constante. Quand l'Univers commença à s'étendre, le rayonnement était en équilibre thermique avec la matière puis vint le découplage. Si l'univers 'effondre la matière et le rayonnement vont retourner à l'équilibre thermique. Tout ce qui a pu arriver dans la dynamique de la matière entre ces deux états va se refléter dans l'état final d'équilibre thermique avec le rayonnement. L'entropie finale de l'Univers à l'approche de la singularité du Big Crunch va être supérieure à l'entropie initiale de l'Univers du fait de la chaleur ajoutée par la fusion nucléaire des étoiles, donc un effondrement n'implique pas une décroissance de l'entropie. [ S Hawking et R. Penrose invoquent aussi les trous noirs qui se sont formés entre temps et qui ne s'évaporaient pas]

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Qu'est ce qu'un Univers oscillant?

Si l'Univers se re-contracte, alors il va y avoir de nouveau une singularité à l'instant du Big Crunch. Une singularité, signifie que les lois de la physique ne s'appliquent plus, et il n'y a pas de moyen de savoir si cela va déboucher sur une nouvelle phase d'expansion. Donc, même si la densité est telle que l'Univers se re-contracte on ne sait pas si cela va conduire à un Univers oscillant. Comme les hypothèses actuelles ne privilégient pas une re- contraction, l'examen de ce problème peut être repoussé sine die. Voir (PBS) ou ( Ask an Astronomer) à ce sujet.

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Qu'est ce que la matière sombre?

Quand les astronomes additionnent les masses et les luminosités des étoiles dans le voisinage du soleil , il trouvent qu'il y a environ 3 masses solaires pour une luminosité solaire. Quand ils comparent les masses des amas de galaxies à leur luminosité, ils trouvent environ 300 masses solaires par luminosité solaire, ils en concluent que la plus grande partie de l'Univers est constitué de matière sombre. Si l'Univers a une densité critique cela implique qu'il y a 1000 fois plus de masse que ce que l'on peut voir, donc l'univers est essentiellement constitué de matière sombre. Mais la théorie de la nucléosynthèse associée au Big Bang  (Big Bang nucleosynthesis ) dit que la densité de matière ordinaire ( celle qui est constituée d'atomes) peut au plus représenter  10% de la densité critique, donc la majorité de l'Univers n'émet pas de lumière, ne diffuse pas le lumière, n'absorbe pas la lumière et n'est même pas faite d'atomes. Elle peut être appréhendée uniquement par ses effets gravitationnels. Cette matière sombre non baryonique ( "non-baryonic" ) peut être constituée de  neutrinos, s'ils ont des masses non nulles ( NB: WMAP à chiffré une contribution maximum qui exclut cette hypothèse)  ou cela peut être des mystérieux  WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), comme le superpartenaire du neutrino s'il existe par exemple, ou des trous noirs primordiaux. Ma préférence pour l'Oscar de " La plus hardie parmi les hypothèses les plus spéculatives" va aux hypothétiques particules rescapées stables, de masse de Planck,  résultant de l'évaporation par rayonnement de Hawking des trous noirs primordiaux. Le rayonnement de Hawking des trous noirs primordiaux qui ne sont pas encore évaporés pourraient être détectés par les futurs télescopes en imagerie gamma  (gamma ray ) , mais les particules  rescapées de 20 microgrammes ( masse de Planck) risquent d'être très difficiles à détecter.

Voir aussi la réponse à cette question sur ( Relativity FAQ ), et le cours de Jonathan Dursi ( tutorial ) sur la matière sombre et le ( Center for Particle Astrophysics) sur la matière sombre .

See CDM

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Quelle est la valeur de la constante de Hubble?

C'est la question favorite que les astronomes professionnels posent, la réponse est : ( NB : WMAP  donne 71 +- 4 km/sec/Mpc)

Ho = 65 +/- 8 km/sec/Mpc

 

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Qu'est ce que Monsieur tout le monde peut faire pour comprendre la Cosmologie?

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© 1996-2001 Edward L. Wright. Last modified 22-Aug-2001