Reprise du message précédent :
Un petit repost depuis Futura.

La théorie que l'on va qualifier de "classique" du Big Bang, née dans les années 20 et confirmée dans les années 60, ne fait appel qu'à la matière, au rayonnement et à la relativité générale, et c'est une théorie sans "bang", c'est à dire qu'elle n'explique pas l'expansion de l'univers, et moins encore la création de l'univers, quel que soit le sens qu'on donne au mot création. Voilà un premier point à bien imprimer : c'est une théorie de l'expansion qui est absolument muette sur l'origine de l'expansion. La théorie, qui sur la plan théorique se résume au deux équations de Friedmann ne fait "que" relier la variation du taux d'expansion de l'univers avec son contenu énergétique. Si on prend la valeur actuelle du taux d'expansion, notée H₀, on peut en déduire que la valeur qu'il avait à l'instant d'avant était plus élevée, et celui encore avant plus encore, etc. Cette "constante" d'expansion est en fait une fonction du temps que l'on note H(t). L'équation de Friedmann nous dit que dH/dt est négative si la densité d'énergie et la pression de l'univers sont positives. Cela rejoint l'intuition : de la même façon, la vitesse d'un caillou qui s'éloigne du centre de masse décroit dans un champs de pesanteur positif.

Or la physique classique ne connait que des champs de pesanteur positifs. Si on en reste dans ce cadre, lorsque l'univers est plus petit, il est plus dense. Donc la décroissance de H est plus rapide dans le jeune univers que maintenant. Donc il faut que sa valeur initiale soit très grande, et tout le monde connait le résultat : quand on annule la taille de l'univers, la fonction fort logiquement diverge et il faut donner à H une valeur initiale infinie pour obtenir la valeur actuelle. Or, le contenu énergétique classique, matière et rayonnement est incapable de faire autre chose que de freiner l'univers, c'est à dire de diminuer H. C'est donc sans espoir de ce côté pour trouver un mécanisme qui serait susceptible de donner à H une valeur infinie, ou au moins très élevée. C'est ce qui fait dire que la théorie du Big Bang est une théorie "sans bang", le "bang" étant dans l'idée l'événement qui aurait donné cette valeur élevée initiale de H.

D'aucuns pourraient se dire : ah mais oui, mais je sais, quand l'univers était tout petit et fortement comprimé, la pression était très élevée et, jouant contre la gravité, elle a propulsé l'univers dans toutes les directions ! D'où l'idée commune de se représenter le Big Bang comme une explosion. Mais ça ne marche pas. Un des ajouts majeurs de la théorie de la relativité générale à la théorie de la gravité newtonienne, c'est l'idée que la gravité est proportionnelle au quadri-moment impulsion-énergie. C'est un vecteur à quatre composantes : une composante énergie (liée à la coordonnée temporelle) et trois composantes d'impulsion (liées aux trois dimensions spatiales). Et cette triple composante impulsionnelle, ce flux de quantité de mouvement, c'est précisément ce qu'on appelle la pression. En relativité générale, la pression gravite, ce qui n'est pas du tout le cas avec Newton. Et ce qu'il advient, c'est que certes dans un milieu dense et chaud, comme le centre d'une étoile, la pression générée par l'agitation thermique s'oppose à l'effondrement, mais que subrepticement, en même temps qu'elle s'oppose à l'effondrement, la pression augmente la valeur du champs de gravité qui écrase l'étoile. Et que dépassé un seuil (élevé, et du reste pas facile à calculer précisément), le surcroît de gravité généré par la pression dépasse sa contribution à résister à l'effondrement. Dans le cadre de l'astrophysique, c'est ce qui explique le côté irrémédiable de l'effondrement gravitationnel en trou noir. Et dans le cadre de la cosmologie, c'est ce qui contredit l'intuition d'un début de l'expansion engendré par un milieu de forte pression. La pression, comme la densité d'énergie, freine l'expansion.  La lumière elle même génère une pression, et c'est le même raisonnement, cette pression contribue positivement à la gravité. Exit l'idée d'un "bang explosif" cad qui serait causé par la pression initiale, qu'il s'agisse de celle des gaz ou de celle de la lumière. Si on en reste aux composants classiques, il n'existe pas de terme susceptible d'expliquer la valeur élevée du taux d'expansion initial.  

Les choses ont commencé à changer au début des années 80 avec la théorie de l'inflation, qui est précisément une théorie du "bang". C'est elle qui va nous expliquer de quelle manière on peut conceptualiser cette valeur initiale très élevée de H, qui va ensuite subir le freinage de la matière et du rayonnement. Et puisqu'on a dit que ces deux compères avaient pour effet de diminuer H, la théorie de l'inflation postule un espace dépourvu de matière et de rayonnement, autrement dit : on part d'un espace [B]vide[/B]. Nous allons voir qu'étrangement, seul le vide peut faire bang.

Pour comprendre ça, il va falloir déjà faire un gros détours conceptuel sur cette notion de vide. Le vide a priori, c'est rien. On l'assimile au néant.  Or le néant est un mot qui désigne en fait ce qui n'existe pas. C'est un concept métaphysique, tout entier contenu dans sa définition: ce n'est rien. De ce seul fait, c'est à dire par définition, penser que le néant existe est dépourvu de sens. Ce serait comme dire que le pôle Nord est au Sud.
 
La Physique, la philosophie naturelle autrement dit, se préoccupe de décrire la Nature, de ce qui "est". Elle n'utilise donc pas ce concept. Quand on parle du vide, il ne s'agit pas du néant.
 
Mais le piquant de l'histoire, c'est que les deux branches maîtresses qui nous permettent appréhender la Nature à ses niveaux les plus fondamentaux, la relativité générale et la théorie quantique des champs (QFT pour quantum field theory), ont pour objets centraux les deux attributs que les primates visuels que nous sommes associent spontanément au néant. Bien que ce soit absurde quand on y réfléchit un tant soit peu, vu que le néant n'étant rien, il n'est pas représentable, si on demande néanmoins à tout un chacun de se représenter le néant en imagination, il visualisera probablement ça: un grand espace vide.
 
L'espace, le contenant géométrique, est ce que décrit la relativité générale. Donc la cadre classique qui nous permet de conceptualiser l'expansion de l'espace avec les équation de Friedmann. Et le vide, le contenu de cet espace, est ce que décrit la QFT. Le moins qu'on puisse dire c'est que les deux concepts, espace et vide, ne représentent donc par "rien". La révolution scientifique commencée au XXe siècle peut se résumer à ce dé-niaisement intellectuel. Là où il semblait impossible d'imaginer des structures, tout repose dessus, basé sur une physique théorique de très haute volée. Il faut au minimum un master pour commencer à en aborder les mystères autrement qu'avec des concepts vulgarisés.
 
Et le point nodal de l'histoire pour envisager l'origine de l'univers, c'est que l'espace et le vide entretiennent une dialectique serrée. Le vide possède un état fondamental dont l’énergie n'est pas nulle et cela engendre une pression [I]négative[/I] qui a son tour est la cause d'une expansion de l'espace qui en retour augmente le volume du vide. Et le changement d'état du vide vers un niveau de moindre énergie représente un mécanisme par lequel on va pouvoir faire apparaître de la matière, donc passer d'une univers vide en inflation à un univers de matière et de rayonnement en expansion.

Vide et matière

Ce qu'on appelle la matière, c'est un vide qui n'est pas à son état d'énergie minimal, c'est à dire un vide excité.

Ce qu'on appelle le vide c'est un ensemble de champs, un pour chaque particule élémentaire, à leur état d'énergie minimal. Même dans cet état minimal, le champ conserve une activité résiduelle qui produit des couples de particules qui se résorbent en un temps très court (d'autant plus court que la particule produite est massive). Le vide est une ruche vibrionnante qui produit de la matière à jet continu. Mais il s'agit d'une matière virtuelle, c'est à dire que ces particules ne peuvent pas interagir avec une particule réelle, un détecteur de particules par exemple ; elles produisent par contre un effet collectif qui joue un rôle important dans la théorie des champs quantiques.

L'énergie par unité de volume ρ autrement dit la densité d'énergie du vide (en Joule/m3, par exemple) résulte d'une sommation sur les champs quantique.

L'énergie E d'un champ en théorie quantique c'est :

E(n) = (n + 1/2)hν

avec
h la constante de Planck
ν (nu) la fréquence. Un ν donné représente un [I]mode[/I] du champs. Pour une particule de masse m au repos, on a au minimum hv = mc², auquel il faut ajouter son énergie cinétique.
n = 0, 1, 2... le nombre de particules (réelles) du champ.

n>0 représente l'état excité, le champ génère de la matière
n=0 représente l'état d'énergie minimal du champ, cad le vide.

D'où l'énergie de point zéro du champ :

E(n=0) = hv/2

...qui n'est pas nulle.

Pour calculer l'énergie de vide, on intègre sur tous les modes des champs de toutes les particules (fermions, bosons) pour obtenir un total.

Et là, c'est le drame...

Mais si on ne fait le calcul que sur une seule particule, par exemple le photon, l'intégrale donne une densité d'énergie de l'ordre de  ρ~10¹²⁰ fois la densité d'énergie mesurée. C'est ce qu'on appelle une catastrophe ultraviolette : en intégrant les modes de fréquences croissantes qui sont aussi les plus énergétiques (si on part des fréquences optiques, c'est quand on va vers les ultraviolets), l'intégrale diverge, cad que son résultat tend vers l'infini. Usuellement, on somme jusqu'à une fréquence dite de coupure, qu'il faut justifier physiquement. Or dans le cadre de la Physique actuelle, la fréquence de coupure c'est la fréquence de Planck. On obtient comme résultat que la densité d'énergie du champs est de l'ordre de la densité de Planck. Ok, ce n'est pas infini. Mais c'est quand même extraordinairement élevé. Ou pour le dire à l'inverse : notre vide apparaît extraordinairement peu énergétique par rapport à ce qu'il devrait être, si on se fie à la théorie quantique des champs. C'est le problème dit de la constante cosmologique. Sans doute le problème ouvert le plus brûlant de la physique actuelle.

Mais bon...

Si on passe ça sous le tapis, l'idée est que "naturellement" on a une "énergie plancher" qui se déduit du formalisme fondamental la théorie quantique des champs. Comme il s'agit de l'état fondamental des champ, l'idée d'une "dilution" est sans objet. Cela signifierait que les lois de la physiques changent avec l'expansion.

Vide et expansion

Si je prend un système constitué très simplement d'un volume de vide et que j'augmente ce volume, en lui faisant subir une expansion, que se passe t'il ? J'ai crée un volume plus grand d'espace remplis de vide. Comme ce vide représente une certaine énergie par unité de volume, j'ai augmenté l'énergie de mon système.

Soit U l'énergie interne de mon système.

En thermodynamique de base, j'ai l'équation de conservation de l'énergie qui s'écrit comme ça, pour un système adiabatique (=qui n'échange pas de chaleur avec l'extérieur, ce qui est le cas de l'Univers) et isentropique (= dont le nombre moyen de particules par unité de volume ne change pas, ce qui est le cas du vide) :

dU = -pdV

dU est la variation de mon énergie interne
p est la pression
dV est la variation de volume

Très simplement, si j'ai un piston remplis de gaz sous pression et que je le laisse aller, son volume va augmenter (dV>0), et l'énergie interne va diminuer : une force travaille, et ce travail est fourni à l'extérieur, ce qui fait tourner le moteur de la Volvo, par exemple. Mais ici, il ne semble pas que l'Univers puisse faire tourner une Volvo. Il ne fournit de travail à personne.

D'après ce qui précède :

dU =  ρdV

d'où :

ρ = -p

Autrement dit l'augmentation de l'énergie interne est compensée par une pression négative. C'est un truc plutôt bizarre, mais vrai et qui se constate dans l'effet Casimir.

Bon, ça c'est ce que nous dit la théorie quantique des champs, au sujet du vide.

Que nous dit la relativité générale, au sujet de l'espace ? Que la gravité d'un fluide quelconque de densité d'énergie ρ et de pression p est :

g =  ρ + 3p

On l'a vue plus haut : en relativité générale, la pression gravite, c'est à dire qu'elle doit être comptabilisée dans la somme des termes qui produisent une courbure de l'espace. Le chiffre 3 devant le terme p est lié comme on l'a vu aux 3 dimensions spatiales.

Comme p est négative et égale à -ρ,  ρ+3p est une quantité négative. On devrait plutôt l'appeler tension du vide. Et ça implique une gravité répulsive. Sous l'effet d'un tel fluide en tension,  la croissance de la métrique est du genre :

a(t) ~ a₀.exp(Ht)

avec H = √Λ/3
avec Λ la cte cosmo

C'est le premier miracle de la Physique : le vide engendre une pression négative qui elle même engendre l'expansion, ce qui nous manquait cruellement dans la théorie classique.

Bon, maintenant on pourrait se dire ok, le vide rentre en expansion, mais quand même... On a dit que la création de vide est  "compensée" par la tension, la pression négative. Seulement, non, ici ça ne marche pas : cette tension ne travaille pas, vu que l'univers est un système isolé. Il ne fournit de l'énergie à personne, et  on viole allègrement le Premier Principe de thermodynamique dans cette histoire : l'énergie n'est pas conservée, elle ne fait que croître ! Et c'est la connexion avec la relativité générale qui permet le second miracle de la Physique : tout se fait à bilan d'énergie nul.

Cela fait intervenir l'idée que l'énergie d'un champ gravitationnel a une valeur négative, susceptible de compenser cette création d'énergie. Cette valeur négative de l'énergie gravitationnelle n'est pas un concept récent : c'est déjà classiquement vrai dans le cadre newtonien. La gravité est une force de liaison. Deux masses liées par une force ont moins d'énergie potentielle que deux masses libres. Cela signifie que pour les délier il va falloir leur fournir du mouvement. Si on se représente deux masses situées à l'infini l'une de l'autre, leur énergie est nulle. Elles tombent l'une vers l'autre : leur énergie cinétique augmente ce qui est compensé par une énergie potentielle gravitationnelle négative, et la valeur totale de leur énergie mécanique reste nulle.

La valeur de l'énergie gravitationnelle dans le cadre de la relativité générale n'est pas un calcul simple, mais dans le cadre du scénario inflationnaire, on peut effectuer ce calcul avec une rigueur suffisante, et le bilan est nul.

Si on rassemble toutes nos billes, on obtient donc le scénario suivant : on postule que l'état d'énergie typique du vide est très élevé, en se basant sur les résultat de la QFT. De façon qu'on explique pas encore, mais qui se constate simplement du fait que notre univers existe, il existe un état du vide de basse énergie. La thermodynamique classique permet donc de prédire que ce vide énergétique va décroître spontanément pour rejoindre le point bas. Avant et durant cette chute, l'univers est en inflation, et un volume élémentaire de vide de dimension subatomique (disons 10⁻²⁸ cm) va atteindre une taille centimétrique, cad une croissance d'un facteur e¹⁰⁰ environ en une durée plus que brève de l'ordre de 10⁻³² s. Si on donne à la densité d'énergie initiale la valeur d'énergie dite de Grande Unification (GUT), de l'ordre de (10¹⁶ GeV)⁴ alors la bille d'univers qui sort de l'inflation est remplit d'un plasma dont l'énergie totale est suffisante pour donner naissance à toute la matière (baryonique et noire) et tous le rayonnement de l'univers. Le vide initial a changé de phase, et convertit son énergie en matière et rayonnement. La pression qui était fortement négative est devenu fortement positive, le taux d'expansion de l'espace est maintenant freiné par son contenu. On raccroche ainsi les wagons avec un Big Bang chaud classique, mais on a une idée désormais de ce qui aurait pu faire "bang".

Je vais quand même donner le nom de mon dealer    
 
Pour ceux qui sont à l'aise en anglais, d'excellent cours du maître sur YT    
 
Cours à des PhD
Physics@FOM 2015 - Masterclass Alan Guth
 
Pour un public un peu plus divers, mais la différence n'est pas bien grande, de toute façon y'a très peu de math dans l'exposé.  
Einstein Lectures 2015, Alan Guth, Vortrag 1
Einstein Lectures 2015, Alan Guth, Vortrag 2
 
Plus toute une série de cours au MIT (avec un bon sous titrage en anglais)
 
Inflationary Cosmology (Alan Guth)

Sinon, une BD pas mal sur la découverte de TRAPIST
 
Les sept planètes de TRAPPIST-1

Cross topic

Sur le fait que l'inflation conduise assez logiquement à l'hypothèse du multivers.

On part d'un vide de densité d'énergie élevée, et de ce fait en inflation. Ce vide possède un état d'énergie plus bas, et il va décroître spontanément dans ce nouvel état, à la manière d'un atome ou d'un noyau qui se désexcite pour rejoindre son état fondamental.

On modélise ça par un champs ϕ (une constante cosmologique survitaminée) qui descend une colline de potentiel. Prenons un intervalle de temps, pris durant la descente, d'une durée Δt = 1/H = H⁻¹ (un temps de Hubble). On rappelle que H est le taux d'expansion.

Dans ce régime inflationnaire (cad drivé par une constante cosmo), la croissance d'une région de taille a est :

a(t) = exp(Ht)

Considérons ce qui se passe dans une région de la taille d'un rayon de Hubble c/H. Supposons que ϕ₀ soit la valeur moyenne de ϕ dans cette région, au début de l'intervalle de temps. Par définition de ce qu'est un temps de Hubble, on sait par que cette région va grandir durant cette durée exactement un facteur e (le nb de Neper). Cela implique que son volume se développera lui d'un facteur e³ ~ 20. Puisque les corrélations s'étendent typiquement sur environ une longueur de Hubble, à la fin d'un temps de Hubble, un région d'une taille initiale un rayon de Hubble va se développer et se subdiviser en 20 régions indépendantes d'un rayon de Hubble. Quelle est la valeur du champs dans ces 20 régions ? On va dire que le champs varie d'une quantité ∆ϕ qui est la somme de deux termes  : celui que donne le taux moyen de descente, qu'on va qualifier de "classique" ∆ϕc, le même dans les 20 régions et une fluctuation quantique, qui peut aller à la hausse ou à la baisse d'une valeur ∆ϕq et qui varie dans chacune des 20 régions. Les valeurs de ∆ϕq se distribuent selon une classique loi  de Gauss, avec une largeur de l'ordre H/2π. Avec cette largeur de distribution, il y a alors une certaine probabilité que la somme ∆ϕc+∆ϕq soit positive c'est à dire que dans une région, le champ fluctue vers le haut et non vers le bas. Si cette probabilité est supérieure à 1/20e, alors le nombre de régions en expansion avec ϕ ≥ ϕ₀ sera plus grand à la fin de l'intervalle de temps Δt qu'il ne l'était au début. Dans ce cas, le processus se répétera a chaque pas de temps, de sorte que l'inflation ne finira jamais.

Dans une distribution gaussienne, il faut que l'écart-type de ∆ϕq soit supérieur à 0.61 |∆ϕc|. On modélise la valeur de ∆ϕc par le produit de sa dérivé dϕc/dt par le temps de Hubble Δt = H⁻¹. Ce qui nous donne :

∆ϕq ~ H/2π > 0.61 | (dϕc/dt)H⁻¹|

soit :

H²/(dϕc/dt) > 3.8

Bon, et euh... faut continuer ici page 9  

Eternal inflation and its implications

mais l'idée est que cette probabilité augmente avec ϕ, ce qu'il fait que ça finit forcément par arriver, et alors on entre dans un régime d'inflation éternelle

Conclusion :

Alan Guth (théoricien au MIT): "It's hard to build models of inflation that don't lead to a multiverse. It's not impossible, so I think there's still certainly research that needs to be done. But most models of inflation do lead to a multiverse, and evidence for inflation will be pushing us in the direction of taking [the idea of a] multiverse seriously."

Andrei Linde (théoricien au Stanford University): "In most of the models of inflation, if inflation is there, then the multiverse is there. It's possible to invent models of inflation that do not allow [a] multiverse, but it's difficult. Every experiment that brings better credence to inflationary theory brings us much closer to hints that the multiverse is real."

J'ai mis tout le monde en liste noire sauf Gilga ou quoi? Merci en tout cas au moins pour la BD Pour le reste merci aussi mais je verrai ça à la retraite

Nan mais c'est vrai que ces derniers temps, je me sens un peu tout seul sur ce fil

Continue, je lurke avec attention

C'est à dire qu'il faut une bonne semaine pour comprendre un de tes posts... (qui sont pourtant fort clairs!) alors si tu postes plus d'une fois par semaine, la métrique du topic augmente à la puissance 1/2 omme confirmé par la relativité générale

 
gros +1.
 
je me delecte, et ce post sur l'inflation est un caviar

 merci les gens, bon, alors je continuerai de bloguer à l'occasion

Oui continue !   je lurke avec intérêt, même si j'ai pas grand chose à dire

oui

   
 
Merci Gilga pour ton post.
 
La je suis un peu rouillé donc il va me falloir un peu de temps pour tout comprendre    
 
Je reviens vers toi quand j'aurai avancé    
 
 
 
 
EDIT : j'avais pas vu que d'autres avaient répondu entre temps et qu'eux aussi rament un peu. Merci les gars je me sens moins seul

Gilga, que penses tu de ceci ?

http://www.futura-sciences.com/sci [...] sif-66662/

Je dirais : une candidate de plus  

Le contexte, en gros c'est qu'on est en train de se donner les moyens de *voir* enfin les trous noirs de pres, ou presque, avec 3 experiences : GRAVITY (interferometrie avec les 4 telescopes de 8m de l'ESO visant une resolution de ~10μa), Event Horizon Telescope (interferometrie a tres longue base dans le domaine submillimétriques, avec un diamètre effectif équivalent à celui de la Terre), et dans la prochaine décennie, l'observatoire spatial X Athena.

Avec l'Event Horizon on voudrait observer ca par exemple, la silouhette de SgrA* dans son disque d'accretion :

Et l'idee c'est que l'image obtenue va dependre de la trajectoire des rayons lumineux en champ  fort, ce qui constitue une nouvelle generation de test de la relativite generale. Or, tout le monde est conscient que la relativite generale doit etre depasse par une theorie de gravite quantique. La perspective d'atteindre un nouveau niveau de precision represente donc un genre de branle bas de combat pour les theoriciens : chacun va essayer de proposer une theorie qui expliquerait le mieux ce qui est observe au cas ou evidement la relativite generale serait (enfin) prise en defaut.  

Je conseille a tous cette bonne conf sur le sujet :

Une nouvelle ère observationnelle pour les trous noirs (Eric Gourgoulhon)

Eric Gourgoulhon qui est un très grand spécialiste de RG, et laisse en accès son cours (M1 M2) en pdf (réactualisé chaque année) et qui est très très bien.

C'est ici, je suppose ?
 
https://www.luth.obspm.fr/~luthier/gourgoulhon/

Salut.
 
Du coup je voudrais revenir sur le post sur l'expansion. (Oui, je sais, j'ai une semaine de retard  )
 
Je crois que l'idée - brillamment démontrée - est en train de se dessiner dans ma tête. Par contre j'ai toujours eu du mal avec la notion de potentiel, dont la définition renvoie à des concepts que je ne maîtrise pas.
 
Si quelqu'un pouvait m'aider à saisir ce concept, ke pense que ca m'aiderait à suivre le raisonnement dr bout en bout.
 
En tout cas c'est vraiment passionnant  

l’énergie potentielle d'un corps, éloignée du centre de gravité du champ auquel elle est soumise, est définie comme nulle, c'est l’énergie propre du corps définie comme un force de gravitationnelle négative. mis en présence d'un champs de gravitation; le corps qu'une force d'interaction s'approche du point B par rapport a sa position A, "traduit' une partie de son énergie potentiel en énergie cinétique.  la variation d'énergie potentielle gravitationnelle d'une masse est l'opposée du travail nécessaire pour déplacer cette masse entre deux points de l'espace où règne un champ gravitationnel.

le texte de wikipedia est mieux détaillés:
 
 
En physique classique, l'énergie potentielle gravitationnelle est l'énergie potentielle associée au champ gravitationnel. Son interprétation la plus naturelle est liée au travail qu'il faut fournir pour déplacer un objet plongé dans un champ gravitationnel. Plus précisément, la variation d'énergie potentielle gravitationnelle d'une masse est l'opposée du travail nécessaire pour déplacer cette masse entre deux points de l'espace où règne un champ gravitationnel.
 
 
Considérations générales
L'énergie potentielle gravitationnelle est, comme toutes les formes d'énergies potentielles, définie à une constante additive arbitraire près. Néanmoins, il est d'usage de fixer la valeur de la constante en prenant la valeur de l'énergie potentielle nulle lorsque la masse est infiniment éloignée du centre de gravité du champ auquel elle est soumise. Dans ce cas-là, l'énergie potentielle gravitationnelle est négative. Cela signifie qu'il faut fournir un travail positif (c'est-à-dire dépenser de l'énergie) pour extraire une masse d'un champ gravitationnel. Ceci est une conséquence directe du fait que, dans la Nature, les masses sont des quantités positives, qui s'attirent toujours. Ainsi, éloigner une masse d'une distribution arbitraire de masses nécessite de dépenser de l'énergie pour s'opposer à la force attractive entre les différentes masses.
 
 
et encore:
L'énergie potentielle d'un système physique est l'énergie liée à une interaction, qui a le potentiel (d'où le nom) de se transformer en énergie cinétique.
 
Elle est une fonction de ce système, dépendant des coordonnées d'espace, et éventuellement du temps, ayant la dimension d'une énergie et qui est associée à une force dite conservative dont l'expression s'en déduit par dérivation. La différence entre les énergies potentielles associées à deux points de l'espace est égale à l'opposé du travail de la force concernée pour aller d'un point à l'autre, et ce quel que soit le chemin utilisé.
 
Elle peut être de nature diverse, suivant le système étudié et la force qui en est déduite :
 
Énergie potentielle mécanique ;
Énergie potentielle gravitationnelle ;
Énergie potentielle de pesanteur ;
Énergie potentielle élastique ;
Potentiel chimique ;
Énergie potentielle électrostatique ;
Énergie potentielle magnétique ;
Énergie potentielle de pression.

yeap  
Il me semble qu'il a mis à jour toute la partie métrique de FLRW.

Imagine que j'appuie sur le bouton qui déclenche la trappe qui se trouve sous tes pieds et qui ouvre sur un tunnel vertical,
et que tu...

H
A
A

A

a

a

POC !  >---micro

...tombe jusqu'au centre de la Terre sur une petite plateforme bien dure où j'ai placé un micro qui enregistre le son de ton corps qui s'écrase dessus. L'intensité du poc! est proportionnel a l'énergie de ta chute. Cette intensité de poc que tu es susceptible de faire en tombant, c'est ton énergie potentielle. Bien sûr, si tu pèse 120 kg, le poc sera trois fois plus intense que si tu en pèse 40. Donc on va diviser l'énergie potentielle par ta masse, pour avoir l'énergie potentielle par unité de masse, et ça c'est très précisément ce qu'on appelle le potentiel. Du coup tu vois que le potentiel caractérise l'énergie spécifique du champ de pesanteur tandis que l'énergie potentielle caractérise le mobile couplé au champ.  

Ici c'est un potentiel de gravité. Il dépend du ratio M/R de l'astre.

V = -GM/R

Le potentiel, ce n'est pas le champ lui même, qui s'exprime comme :

g = GM/R²

mais c'est étroitement lié bien sûr.

Le produit du champs g par la masse m va donner une force P

P = mg

et le potentiel c'est le travail effectué par la force par unité de masse, durant toute ta chute. Un travail, c'est le produit d'une force par la longueur de la trajectoire sur laquelle elle s'exerce. Si je prend deux points très proche sur ta trajectoire séparée par une distance dx, le différentiel d'énergie potentielle dE sera

dE = P.dx

Et donc

P = dE/dx

Une dérivée spatiale (cad qu'on divise par dx et non par dt), c'est un gradient. Comme dE = m.dV, on dira donc que la force est définie par le gradient de potentiel multiplié par la charge.

Tout ça c'est pour bien mettre en ordre la relation entre champs, potentiel, charge, énergie et force.

Bon, ça c'est pour le potentiel du champs de gravité. Si c'est une force électrique tu auras selon exactement le même raisonnement un potentiel électrique, le travail que va effectuer la force électrique par unité de charge.  

Alors maintenant, avec l'inflation, et son champs l'inflaton, il n'est pas vraiment question de force (y'a pas truc qu'on pourrait appeler la force inflatonique ou whatever, lié à la présence de ce champs) mais ça n'est pas grave. Tu gardes l'idée général que le potentiel c'est l'énergie emmagasinée par le système qu'il est susceptible de libérer lors d'un changement d'état (l'équivalent de ta chute). Ici, le système c'est le vide, et le potentiel de l'inflaton, c'est l'énergie qui est susceptible d'être relarguée dans le milieu quand la valeur du champ varie, ici à la baisse pour rejoindre la valeur qu'il a dans notre univers. La valeur du champ Φ c'est l’équivalent du champs de pesanteur g et V(Φ) c'est le potentiel associé. Et en gros, l'immense diversité des modèles inflationnaire tient dans le choix de la fonction V(Φ). Cette fonction potentiel contient réellement toute la physique de l'affaire, et elle n'est pas prédictible, en tant que tel.

Tu as trois exemple ici (35, 36, 37):
https://ned.ipac.caltech.edu/level5 [...] le5_1.html

mais y'a a bien 200 de répertoriés...

Gilga,

est il correct de dire que la gravité pourrait ne pas exister en tant que force élémentaire, mais que ce que l'on observe (donc comme une force de gravité) n'est que la conséquence de la déformation locale de l'espace temps par un corps massif ? edit : je pense en fait en exprimant ceci comme cela que la force n'en ait pas une, mais la conséquence que des corps massifs (comme des planetes en rotation autour d'une etoile) suivent les geodesiques tracées par la deformation locale de l'espace-temps créée par ce corps (comme une etoile par exemple) ?

merci

Oui, c'est la base de la relativite generale : on géométrise la physique. On aimerait bien faire ca avec toutes les forces, un jour...

oui mais du coup, concernant la gravité en tant que telle, ne pourrait elle etre qu'une simple conséquence de ce que je viens d'enoncer, plutot qu'une force ayant une existence propre que l'on ne pourrait pas confondre avec une conséquence ? (cas de l'electromagnétisme, qui pour le coup est une vrai force fondemmentale).

est ce cohérent de la considerer (la gravitation) comme étant une conséquence de la geometrie de l'univers plutot qu'une force en tant que telle ?

dès lors, quelle interet pourrait on avoir à chercher une theorie de la gravitation quantique ? (j'ai bien une idée : décrire ce qui s'est passé pendant l’ère de Planck et dans les trous noirs ?)

 
En gravité quantique, il y a toujours courbure de l'espace-temps, qu'il y a ai courbure ne dit pas que la gravité n'est pas "une force en temps que telle".
 
Le problème, c'est qu'on ne peut pas juxtaposer la théorie quantique des champs et la relativité générale comme ça. Dans l'équation des champs de la relativité générale, on lie la distribution d'énergie-impulsion à la courbure de l'espace-temps. C'est donc une impossibilité logique et mathématique d'accepter à la fois la théorie quantique des champs pour la matière et la relativité générale pour l'espace-temps, car on ne peut avoir une égalité entre une quantité classique et un opérateur quantique (c-number et q-number). Plus simplement, la forme des équations de la relativité générale fait que le champs gravitationnel ne peut se coupler qu'à de la "matière classique" mais on sait que la matière est "faite" de champs quantiques.
 
Du coup, quantifier la gravité est la solution la plus simple et la plus évidente. Mais contrairement à ce qui est souvent dit, ce n'est pas forcément la seule solution, car il se pourrait que l'on puisse quand même avoir une théorie classique de la gravitation si on modifie la relativité générale. La façon la plus évidente est de remplacer l'opérateur énergie-impulsion par sa valeur attendue mais ce n'est pas sans poser problème, et ce n'est pas la seule possibilité (voir: https://plato.stanford.edu/entries/quantum-gravity/#5.6).
 
Mais comme tu le vois, dans tout les cas, on n'echappe pas à la modification de la relativité générale, au moins mineure.

http://www.futura-sciences.com/sci [...] oire-2920/
 
 
Des doutes sur l'existence de l'énergie noire ?

C'est bien discuté en bas de l'article : le modele standard croise plusieurs éléments, et le point le plus important il me semble, c'est la platitude de l'univers. Et pour expliquer que l'univers soit proche de la densité critique, il est sûr qu'on n'a pas le compte avec la matière noire et baryonique.  

En effet, l'emplacement du 1er pic dans le spectre de puissance du CMB donne une mesure de la densité qui est très très proche de la densité critique.

http://www.espace-sciences.org/con [...] e-big-bang
 
CONFÉRENCES
Voyage vers le Big Bang
Avec Christophe Galfard
 
pour vos jeunes ado, mais aussi pour vous.

Un nouveau résultat de la mission Gaia, le mouvement de 2 millions d'étoiles calculés sur 5 millions d'années : The motion of two million stars

A regarder en plissant les yeux pour chopper l'impression de profondeur de champ.

Bonjour,
J'ai une question relative à l'ISS. (Je ne sais pas si c'est HS)
 
Comment ça se passe au niveau des fenêtres donnant sur l'espace et le soleil ? Car le rayonnement doit être diablement plus intense pour les yeux de notre cher Thomas Pesquet ?

Drapeau.

 
 
On peut parfois voir l'ISS depuis la terre, à l'oeil nu; les sorties spatiales ne posent plus trop de problèmes

Oui, le flux solaire c'est 1,4 kW/m2 ce'st beaucoup bien sûr mais la différence avec ce qui est reçu au sol doit être de l'ordre des 3/4 de cette valeur, en moyenne c'est à dire en comptant les nuages (albedo Terre : 0,3 dont 0,25 sont du à l'atmosphère).

Je suis fasciné par l'astronomie mais j'ai horreur de la physique et de la chimie. Quand je lis les news sur la sonde qui analyse les alentours de Saturne par exemple, je trouve ça incroyable. DU COUP, j'aimerais bien avoir un ou plusieurs sites d'astronomie mais rien de compliqué d'un point de vue scientifique (car je n'y connais rien), vous avez ça ?

 
Le meilleur site français tout public, de vulgarisation scientifique
 
 
http://www.futura-sciences.com/
 
 
sinon un site de conférences
 
http://www.cite-sciences.fr/fr/rec [...] ni&x=0&y=0

Je pose ça là pour ceux capables de suivre une conf récente en anglais, mais je trouve ça plutôt excitant.

La tension entre la mesure du taux d'expansion H0 :

a)  par la mission Planck, avec une barre d'erreur très resserrée, basée sur l'analyse du CMB et le modèle ΛCDM (H0 ~ 67 km/s/Mpc)

b) par Reiss & all, confirmé par d'autres équipe, et par l'analyse des première données Gaia basé sur la la mesure des parallaxes, les Céphéide et la courbe de lumière des SNIa (H0 ~ 73 km/s/Mpc)

se confirme. On est à 3,4 sigma d'écart et Reiss dans la conférence expose comment arriver au 5 sigma (mesure à mieux de 1% de H0), ce qui signifierait qu'il faut ajouter un ingrédient à ΛCDM
 
A New Measurement of the Expansion Rate of the Universe

Et à quel genre d'ingrédient on devrait ajouter à ΛCDM pour que ça colle aux mesures ? On a des pistes ?

Oh ben ça y a qu'à demander aux theoriciens et ils vont t'en confectionner treize à la douzaine  

Là il y en a quatre qui sont évoqué à 34:50 dans la vidéo. Bon en gros c'est pas compliqué:  y a la manette Lambda et la manette CDM.

Changer Lambda c'est autrement dit  changer son paramètre d'état w, celui qui relie sa pression avec sa densité. Actuellement il est postulé w=-1=cte soit P = -rho. On peut changer sa valeur ou en faire une fonction du facteur d'échelle.

Changer CDM cela revient à la faire interagir un peu plus qu'actuellement postulé. On peut la faire interagir avec elle même dans le jeune univers via une Dark radiation, donc un nouveau champ à rajouter au Modèle standard. Il est possible de raccrocher l'hypothèse du neutrino stérile a cette hypothèse. On peut aussi la faire interagir avec les photons (une section efficace de 1e-33 cm2 résoudrait l'écart). À priori ça me semble l'hypothèse la plus économe, but wait and see.

edit: ah oui, et on peut un peu jouer sur la courbure aussi, dans la barre d'erreur actuelle (on peut la faire varier de 1%). Ça rapproche les deux mesures mais ça ne permet de faire que la moitié du chemin et c'est plutôt contradictoire avec la théorie de la l’inflation qui produit un univers plat à un très haut degré.

Puisque tu parles de l inflation gilga, y a une sorte de "flame war" qui agite la communaute scientifique anglosaxonne sur ce sujet.... qu en penses tu ? https://www.theatlantic.com/science [...] ot/526329/