La force opposée à la gravitation universelle...

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Fabre D'olivet

non lue,
4 mars 2003, 01:52:4204/03/2003
à

Bomjour,

D'abord, je suis profane en la matière.

On dit ne pas connaître de force opposée à la force d'attraction
universelle. Si tel est le cas, quant est-il de ce qui sous-tend
l'expansion de l'Univers? Le fait que l'Univers prenne de l'expansion et
que les galaxies s'éloignent les unes des autres ne nécessite-il pas
l'intervention d'une force "d'impulsion" qui s'oppose à la fois à la
contraction de l'Univers et au rapprochement des galaxies relevant pour
leur part d'une force d'attraction?

Merci et bonne journée !...

Fabre


--
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Didier Lauwaert

non lue,
4 mars 2003, 05:59:0304/03/2003
à
"Fabre D'olivet" <fdolivetaolf...@web2news.net> wrote in message news:<1749...@web2news.com>...

> On dit ne pas connaître de force opposée à la force d'attraction
> universelle. Si tel est le cas, quant est-il de ce qui sous-tend
> l'expansion de l'Univers? Le fait que l'Univers prenne de l'expansion et
> que les galaxies s'éloignent les unes des autres ne nécessite-il pas
> l'intervention d'une force "d'impulsion" qui s'oppose à la fois à la
> contraction de l'Univers et au rapprochement des galaxies relevant pour
> leur part d'une force d'attraction?

Prend l'expérience suivante :
Jette un caillou en l'air. Pendant un certain temps il monte.
Durant cette période :
- y a-t-il antigravitation ?
- y a-t-il une force répulsive, une force qui le pousse
vers le haut (force "d'impulsion") ?
Bien sur que non. La preuve en est qu'il ralentit. Justement
parceque la seule force qui agit est la gravitation et qu'elle
est attractive.

Idem avec l'expansion.

De même le caillou peut retomber ou partir à l'infini (vitesse
initiale supérieure à la vitesse d'évasion, il échappe à
l'attraction terrestre).
Et l'expansion peut être finie ou infinie suivant la densité
de l'univers.
(l'analogie a ses limites, pour l'univers il vaut mieux faire
les calculs en RG !).

Avec deux bémols :
1) Il semblerait que l'expansion soit accélérée. Ce qui implique cette
fois une composante répulsive. La RG l'autorise mais l'origine
physique des termes à ajouter/modifier reste très spéculative.
On parle "d'énergie sombre", ce qui veut tout dire et rien dire :o)
2) Le caillou monte parcequ'on lui a communiqué une vitesse initiale.
Dans le cas de l'expansion l'origine de cette "impulsion initiale"
(si ce terme a un sens) est inconnue puisque toutes les théories
physiques connues sont innapplicables pour un univers
agé de moins que le temps de Planck.
(tous les concepts physiques actuels perdent leurs sens : durées,
distances, forces,...)
On est donc obligé de constater l'expansion, d'en tirer les conséquences
(nucléosynthèse, rayonnement cosmologique,...), etc...
Mais on attend toujours une théorie suffisament puissante que pour
s'appliquer aux premiers instants.

michel.gouretzky

non lue,
4 mars 2003, 20:17:1704/03/2003
à

"Fabre D'olivet" <fdolivetaolf...@web2news.net> a écrit dans le
message news: 1749...@web2news.com...

> Le fait que l'Univers prenne de l'expansion et que les
> galaxies s'éloignent les unes des autres ne nécessite-il pas
> l'intervention d'une force "d'impulsion" qui s'oppose à la fois
> à la contraction de l'Univers et au rapprochement des galaxies
> relevant pour leur part d'une force d'attraction ?

Ce sujet est très bien présenté par l'astrophysicien Jean-Pierre Luminet
dans son livre de vulgarisation.

Jean-Pierre Luminet : "En 1917 Albert Einstein souhaite utiliser sa toute
nouvelle théorie de la relativité générale pour décrire la structure de
l'univers dans son ensemble. La conception cosmologique qui prévaut alors
est que l'univers doit être statique, c'est-à-dire invariable dans le temps.
Einstein s'attend à ce que la relativité générale appuie cette opinion.
Mais, à sa grande surprise, ce n'est pas le cas. Le modèle d'univers qu'il
élabore, empli uniformément de matière et dont la géométrie est celle d'une
hypersphère, n'a pas un rayon de courbure constant : la force inexorable de
la gravité, agissant sur chaque corps céleste, a tendance à le déstabiliser.
Pour Einstein, le seul remède à ce dilemme consiste à ajouter un terme ad
hoc mais mathématiquement cohérent dans ses équations d'origine. Cet ajout
correspond à une sorte d' "antigravité", qui agit comme une force de
répulsion ne se faisant sentir qu'à l'échelle cosmique. Grâce à cette astuce
mathématique, le modèle d'Einstein reste aussi permanent et invariable que
l'univers apparent. Einstein représente ce terme par la lettre grecque
lambda, et le nomme "constante cosmologique". Il s'agit bien d'une
constante, puisqu'elle doit garder exactement la même valeur dans l'espace
et dans le temps. Formellement, elle peut prendre a priori n'importe quelle
valeur, mais celle qui est sélectionnée par Einstein aboutit à un univers
statique. La même année 1917, Willem de Sitter bâtit un autre modèle
d'univers relativiste statique, très différent de celui d'Einstein. Il
suppose en effet que la densité de matière reste nulle au cours du temps ;
en contrepartie, il doit faire intervenir une constante cosmologique
positive : en l'absence de matière, donc de gravité, seule une constante
cosmologique peut déterminer la courbure de l'espace. Le rôle de la
constante cosmologique s'éclaire d'un jour nouveau : dans le modèle de De
Sitter, les trajectoires suivies par les "galaxies" (de masse nulle, puisque
la matière est supposée absente) se séparent rapidement les unes des autres
au cours du temps, comme s'il y avait une dilatation générale de l'espace.
Cela signifie que, en l'absence de matière, la constante cosmologique a une
influence certaine sur la structure de l'espace. Aux yeux d'Einstein, la
solution de De Sitter se réduit toutefois à une simple curiosité
mathématique, dans la mesure où l'univers réel a bien une masse. Un premier
coup de théâtre se produit en 1922, lorsque le mathématicien russe Alexandre
Friedmann étudie des modèles cosmologiques sans préjuger du caractère
statique de l'univers. Il découvre alors des solutions de la relativité
générale où le rayon de courbure de l'espace varie au cours du temps, qu'il
y ait une constante cosmologique ou pas. Les solutions statiques
précédemment trouvées par Einstein et de Sitter n'apparaissent plus que
comme des cas très particuliers de solutions plus générales, qui sont
dynamiques. Peu d'années après, les observations d'Edwin Hubble indiquent
que les galaxies ont effectivement tendance à se séparer irrésistiblement au
cours du temps. De façon concomitante, le théoricien britannique Arthur
Eddington réexamine le modèle d'Einstein et découvre que, tel un stylo posé
sur sa pointe, il est instable : à la moindre perturbation, il entre en
expansion ou en contraction. Tous ces faits nouveaux concourent à faire
admettre que le modèle d'Einstein n'est pas un bon modèle d'univers et à
remettre en cause la constante cosmologique : non seulement elle ne remplit
pas vraiment sa fonction, qui était de stabiliser le rayon d'univers, mais
il semble, de toute façon, que ce rayon soit variable. Dans ces conditions,
à quoi bon garder ce terme superflu ? Einstein est le premier à faire son
autocritique; après quelques réticences, il finit par admettre la pertinence
physique des solutions de Friedmann et déclare que, en introduisant la
constante cosmologique, il a commis la plus grosse bévue de sa vie... Dans
le nouveau modèle relativiste qu'il propose en 1932 avec son collègue de
Sitter, un modèle de densité uniforme, euclidien et en expansion
perpétuelle, le terme a disparu. À première vue, le débat sur la constante
cosmologique paraît clos. Pourtant, un homme n'est pas d'accord. Il
s'appelle Georges Lemaître. Il a commencé ses recherches cosmologiques en
1925 et il a compris le rôle dynamique joué par la constante cosmologique
dans le modèle de De Sitter. En 1927, il retrouve les solutions dynamiques
découvertes par Friedmann et fait pour la première fois le lien entre
l'expansion de l'espace et la fuite apparente des galaxies. Pour Lemaître,
la constante cosmologique reste un ingrédient essentiel de la cosmologie
relativiste. (...) Aux yeux de Lemaître, la constante cosmologique est donc
parée de toutes les vertus. Il ne parviendra pourtant jamais à convaincre
Einstein, ni le reste de la communauté des cosmologistes. Il est vrai
qu'aucune observation astronomique directe ne vient asseoir l'existence de
ce terme mystérieux, et que le désaveu du père de la relativité pèse de tout
son poids. La constante cosmologique sera quasi abandonnée de tous les
astronomes pendant un demi-siècle, entre 1940 et 1990. Dans l'intervalle,
des physiciens théoriciens explorent l'idée avancée par Lemaître dans son
troisième argument : le lien avec la mécanique quantique. Avec le
développement de la théorie des champs quantiques, ils commencent à réaliser
que la notion d'espace vide présente des subtilités plus grandes que ce
qu'ils pensaient. L'espace n'est pas un réceptacle passif empli de matière
et de rayonnement, c'est une entité physique et dynamique qui a une "chair".
Cette chair, c'est l'énergie du vide. Des physiciens comme Paul Dirac et
Richard Feynman font l'hypothèse que ce que nous appelons espace vide est,
en fait, empli de "particules virtuelles", ne se manifestant en tant que
réalité matérielle que de façon éphémère. Prenez un mètre cube d'espace,
enlevez toute matière et tout rayonnement. Que reste-t-il ? La plupart
d'entre nous répondraient : rien. Au contraire, disent ces physiciens, de
l'énergie est encore là, et elle confère au vide une sorte de tension
latente. En d'autres termes, le vide n'est pas le néant; il est
potentiellement bourré d'énergie. Cette énergie du vide est non seulement
impliquée par la mécanique quantique, mais elle est démontrée
expérimentalement dans l'effet Casimir. Appliquant ce concept à la
cosmologie, le Russe Yacov Zeldovich démontre en 1962 que le terme lambda
équivaut à un champ d'énergie latent dans l'espace vide. La constante
cosmologique est en quelque sorte la dynamite du vide ! Les astronomes
continuent à ignorer ces développements théoriques jusqu'au milieu des
années 1990. (...) De nouvelles données observationnelles font état d'une
accélération de l'expansion cosmique. En mesurant avec une précision encore
inégalée les restes de quatorze supernovae situées à des distances variant
entre 7 et 10 milliards d'années-lumière, les astronomes découvrent que ces
étoiles moribondes sont 10 à 15% plus éloignées qu'elles ne devraient
l'être. Les calculs, effectués grâce aux données recueillies par le
télescope spatial Hubble puis par des télescopes placés à Hawaï, en
Australie et au Chili, sont publiés en 1996. (...) Les indications
expérimentales d'une valeur non nulle pour la constante cosmologique
proviennent non seulement des supernovae de type Ia, mais aussi de mesures
indépendantes sur les fluctuations du rayonnement de fond cosmologique.
(...) Dans les théories dites de la "quintessence", la constante
cosmologique est remplacée par un champ variable au cours du temps, très
élevé dans les phases de l'univers primordial, en accord avec les calculs
des physiciens, mais qui tombe très bas au cours de l'évolution cosmique,
conformément à la valeur aujourd'hui mesurée par les astronomes. Le champ de
quintessence évoluerait naturellement vers un "attracteur" lui conférant une
valeur basse, quelle que soit sa valeur d'origine. Les physiciens estiment
ainsi qu'un grand nombre de conditions initiales différentes conduiraient à
un univers semblable - celui qui est précisément observé !(Jean-Pierre
Luminet, "L'univers chiffonné", Fayard (page 255, 256, 257, 260, 261, 262,
266))

L'astrophysicien Michel Cassé et le physicien des supercordes Brian Greene
font aussi une bonne description des propriétés du vide dans leurs livres de
vulgarisation.

Michel Cassé : "Casimir, en 1948, montra que les fluctuations quantiques de
l'espace vide inclus entre deux plaques de condensateur séparées de la
distance d produisent une force attractive égale à hc²/240(d^4) par unité de
surface. Celle-ci fut effectivement mesuré par Sparnay en 1957. Le champ
électrique qui lie l'électron au proton peut induire le jaillissement d'une
paire électron-positon virtuelle qui disparaît en10^(-23) seconde.
Dans l'intervalle, l'électron réel attire vers lui le positon virtuel et
repousse au loin l'électron virtuel. Il s'ensuit que la paire aura tendance
à s'orienter par rapport à lui, en présentant sa tête positive. C'est ce que
l'on appelle la polarisation du vide."
(Michel Cassé, "Du vide et de la création", Editions Odile Jacob
(pages 101 et 102))

Michel Cassé : "Le vide est l'état d'énergie minimale d'une structure
donnée."
(Michel Cassé, "Du vide et de la création", Editions Odile Jacob
(page 100))

Brian Greene :"Lorsque l'on étudie le champ de force électrique d'un
électron, par exemple, on l'observe en fait à travers un "brouillard"
d'éruptions et d'annihilations temporaires de paires
particule/antiparticule, qui se produisent dans l'espace environnant
l'électron. Voici quelque temps, les physiciens ont compris que ce
brouillard foisonnant de fluctuations microscopiques obscurcissait
partiellement le champ de force de l'électron, un peu comme une légère brume
peut atténuer la lueur d'un phare. Notez que si l'on se rapproche de
l'électron, ayant traversé une couche plus importante de ce voile nuageux de
particules et d'antiparticules, nous sentirons moins cette atténuation.
C'est pourquoi l'intensité du champ électrique d'un électron augmente à
mesure que l'on s'en approche.
Les physiciens distinguent cette augmentation d'intensité d'origine
quantique de celle que l'on connaissait en physique classique en disant que
l'intensité intrinsèque de la force électromagnétique augmente aux courtes
échelles de distance. Ce n'est donc pas que l'intensité du champ augmente
parce que l'on se rapproche de l'électron, mais plutôt qu'une plus grande
partie de son champ électrique intrinsèque devient visible. En fait, cette
analyse s'applique non seulement à l'électron, mais à toutes les particules
chargées, et c'est cela que l'on exprime en disant que les effets quantiques
font que l'intensité de la force électromagnétique augmente à plus courte
distance. Qu'en est-il des autres forces du modèle standard ? Comment leurs
intensités intrinsèques varient-elles avec les échelles de distance ? En
1973, Gross et Frank Wilczek, à Princeton et, indépendamment, David
Politzer, à Harvard, se sont penchés sur la question et ont obtenu une
réponse surprenante : le nuage quantique de création et d'annihilation de
particules amplifie l'intensité des forces nucléaires faible et forte.
Ainsi, lorsqu'on les examine de plus près, pénétrant plus avant le voile
nuageux, nous subirons moins son effet amplificateur.
L'intensité de ces forces est donc atténuée lorsqu'on se rapproche.
S'emparant de cette découverte, Georgi, Quinn et Weinberg en ont tiré un
résultat remarquable. Ils ont prouvé qu'en prenant soigneusement en compte
cette frénésie quantique on parvenait finalement à ce que les intensités des
forces non gravitationnelles convergent. etc..."( Brian Greene, "L'Univers
élégant", Robert Laffont (pages 199 et 200)).


chaverondier

non lue,
6 mars 2003, 14:49:3906/03/2003
à
DLau...@brutele.be (Didier Lauwaert) wrote in message news:<8d3eabc1.03030...@posting.google.com>...
From: bernard.ch...@wanadoo.fr (chaverondier)
Newsgroups: fr.sci.astrophysique
Subject: Re: La force opposée à la gravitation universelle...
References: <1749...@web2news.com>
<8d3eabc1.03030...@posting.google.com>
NNTP-Posting-Host: 81.50.27.118
Message-ID: <a883a4e1.03030...@posting.google.com>

> De même le caillou peut retomber ou partir à l'infini (vitesse
> initiale supérieure à la vitesse d'évasion, il échappe à
> l'attraction terrestre).
> Et l'expansion peut être finie ou infinie suivant la densité
> de l'univers.
> (l'analogie a ses limites, pour l'univers il vaut mieux faire
> les calculs en RG !).

Moi, ce qui m'a toujours choqué, c'est plutôt que cette analogie
marche aussi bien.

Je ne parviens pas à comprendre (physiquement. Mathématiquement je
suis capable de suivre chacune des étapes du calcul pas à pas) comment
dans un univers de métrique de Robertson Walker les 2 équations des
cosmologies émergeant de l'équation de champ de la RG, donc censées
être relativistes "en plein", parviennent à conduire _exactement_ à la
même forme littérale que l'équation NEWTONIENNE du mouvement d'une
planète en chute libre dans le champ de force centrale d'une étoile.

Cette équation Newtonnienne n'a pourtant rien de relativiste. Elle ne
prend pas en compte la limitation de la vitesse de chute des corps à
une valeur inférieure à celle de la lumière. C'est d'ailleurs
précisément pour ça que dR/dt = +OO dans les modèles de Friedmann
en t= 0. D'ailleurs, (R/R0)=(t/t0)^(2/3) par exemple dans le modèle
de Friedmann Euclidien.

J'ai l'impression que quelque part, la vitesse d'expansion dR/dt (ou
ce qui revient au même la vitesse de contraction de la matière sous
l'action de la gravitation si l'on prend comme unité de distance fixe
une dimension caractéristique de la taille de l'univers)
devrait être limitée par quelque chose d'équivalent
à ce qui limite à une valeur inférieure à c la vitesse
de chute d'un corps en chute libre sur une étoile .

De là à penser que l'on améliorerait le modèle du Big-bang en
supprimant la singularité dR/dt = +OO par une équation d'évolution R =
R(t) identique à l'équation relativiste de la chute d'un corps sur une
étoile, voir celle du mouvement relativiste d'une planète autour d'une
étoile, avec une valeur maximale d'expansion dR/dt < C jouant un rôle
analogue à la vitesse de la lumière dans l'équation d'évolution de la
planète...

D'ailleurs, dans le scénario inflationnaire, il y a bien une
limitation de dR/dt à une valeur finie au lieu de la valeur infinie
ayant cours dans les modèles cosmologiques de Friedmann. Pourrait-il
s'agir d'un effet de limitation de la vitesse de contraction de la
matière dans notre univers ?

Notre univers serait alors contenu dans un univers plus grand et y
aurait (pour un observateur extérieur) un rayon constant égal à son
rayon de Schwarzschid.

Dans ce cas, un big-bang éventuel s'interprèterait comme le phénomène
d'effondrement gravitationnel d'une étoile à neutrons. Mais bon, je
suppose que cette idée n'a rien de nouveau et qu'elle fait partie des
hypothèses actuellement à l'étude en cosmologie ?


Bernard Chaverondier

Loïc Broquet

non lue,
6 mars 2003, 14:53:2106/03/2003
à
Héhé, mais justement, la relat ne dit pas que rien ne peut aller plus vite
que c.
Elle dit juste que l'information ne le peut pas. Rien n'empêche l'univers de
se dilater à des vitesses infinies (dans le cadre de la relat).

->Loïc


chaverondier

non lue,
7 mars 2003, 01:42:2907/03/2003
à
"Loïc Broquet" <lbro...@free.fr> wrote in message news:<3e67a736$0$256$626a...@news.free.fr>...

> Héhé, mais justement, la relat ne dit pas que rien ne peut aller plus vite
> que c. Elle dit juste que l'information ne le peut pas. Rien n'empêche
> l'univers de se dilater à des vitesses infinies (dans le cadre de la relat)...


...et c'est cela (entre autres) qui engendre la singularité du big-bang.

Bernard Chaverondier

Lempel

non lue,
7 mars 2003, 02:06:3307/03/2003
à
Bof, s'il n'y avait que celle là !
:-)

B. Lempel

"chaverondier" <bernard.ch...@wanadoo.fr> a écrit dans le message de
news: a883a4e1.03030...@posting.google.com...

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