EXPANSION de l'UNIVERS

-expansion de l'univers

Le bing bang est supposé être le départ d’une expansion (et non pas une explosion) de l'espace-temps.Cela signifie que chaque coordonnée d'un point quelconque de l'espace s'est étirée soudain d'une certaine valeur (ainsi que le ferait un ballon de baudruche en phase de gonflement)

Puis, à partir de chaque nouveau point dans l'espace ainsi créé par cet étirement, un nouvel étirement s'est à nouveau produit et encore et encore, répétitivement en chaque point de l'espace ainsi nouvellement libéré.

Il n'y a pas de centre à ce phénomène, c'est une expansion permanente entre deux points nouveaux ou anciens

Donc le support des unités de longueur s'est pareillement étiré à chaque instant (le mètre-étalon de l'origine du monde était nettement plus petit que celui de l'instant suivant) et ce qu'on pouvait mesurer à un certain moment de la vie de l'univers n'avait pas la même valeur qu'à un instant antérieur ou ultérieur, puisque l'unité de mesure entre 2 époques, était évolutive)

 

 

DEFINITIONS

-le facteur d'échelle cosmique -- symbolisée F’é-- sans dimension

exprime la variation de l'unité des longueurs par rapport au temps (dlu / dt)

-l'expansion -- symbolisée hex --

représente l'évolution du facteur d'échelle, sous forme du rapport (adimensionnel) hex = F'ét / F'é0

où F’é0 est le facteur d'échelle juste après le Big bang (donc pris comme base unitaire) et F'ét le facteur d'échelle au temps t

Son nom actuel est paramètre de Hubble  -- symbolisée h  et adimensionnel- sa valeur est 2,32.10-18

 

-le taux d'expansion (symbolisé Kx) est la variation instantanée de l'expansion

Si Kest > 1, on dit que l’univers est dans une PHASE d’expansion

Si Kx est = 1, l’univers est dans une PHASE de stagnation (ou stabilité)

Si Kx est < 1, l’univers est considéré dans une PHASE de rétractation.

En fait, il n'existe aucun moyen de savoir quelle est la valeur précise des facteurs d'échelles et on peut donc échafauder n'importe quelle hypothèse sur les correspondances et variations entre le passé ou l'avenir du monde !

On suppute toutefois que Kx est actuellement très légèrement croissant (l'expansion s'accélère d'autant plus qu'il y a plus de matière dans l'univers, comme le souligne l'équation de R.W. et comme le laisse aussi penser la valeur de la constante de Hubble ci-après)

Certains prétendent cependant que sa vitesse d'évolution est anisotrope, ce qui ne facilite pas les visions de l'avenir du monde !

 

-la constante de Hubble

-- symbolisée H0 –est dimensionnelle, sa dimension étant l'inverse d'un temps-

C'est une notion liée au paramètre de Hubble, mais plus facile à mesurer

On a pris -par convention- Hh/ 1 centième de seconde

D'où H0 = 2,32.10-18 s-1 en unités S.I.+ (ou = 72 en unités galactiques)

Comme le facteur d'échelle croît plus vite que H0 ne progresse, l'expansion croît (actuellement)

H= v / l   v est la vitesse des astres et l leur distance

 

-énergie d'expansion

Aux premiers instants du monde, une formidable énergie a été nécessaire pour créer (et entretenir) l'expansion et elle provient d'un stock de l'énergie potentielle de l'Univers, qu'on définit comme un champ scalaire d'énergie destinée à l'expansion (passée, présente ou future) et qu'on nomme quintessence. De nos jours, même si l'expansion a énormément faibli, il faut toujours que l'énergie de quintessence continue à y contribuer, pour l'entretenir.

Il apparaît plausible de prétendre que la quintessence participe à l'explication de la force d'inertie (cette arlésienne de la physique)

 

CONSIDERATIONS

1.La valeur du facteur d'échelle est quasiment impossible à chiffrer, puisqu'on n'a aucun repère ni comparatif du passé, pour en proposer un étalonnement.

On suppose toutefois que sa valeur (initialement énorme, au Big bang) a ensuite rapidement et énorméméent baissé pendant une courte phase dite inflation,  sans doute de façon exponentielle 

Les estimations de valeur du facteur d'échelle pendant cette période, sont proposées entre 1093 et 1027 jusqu'à être devenu asymptotiquement, proche de 1 (de nos jours).

Ceci signifie que pour assurer cette expansion, la puissance pompée dans l'énergie de l'univers fut énorme juste après le big bang (facteur 1093) puis diminua vite jusqu'à (un facteur 1027), puis diminua ensuite plus lentement jusqu'à (un facteur d'environ 101) Mais l'énergie totale dépensée pour tout cela (l'aire sous la courbe des puissances) ne représente cependant qu'un faible pourcentage (5%) de l'énergie totale universelle, dont la valeur est restée constante depuis le big bang (= 3,4.1071 Joules)

 

Une piste d'évaluation du facteur d'échelle est celle de l'étude du REDSHIFT (DÉCALAGE VERS le ROUGE)

On suppose que le décalage des longueurs d'onde, tel qu'il existe en ce moment sous le phénomène dit effet Doppler, s'est appliqué aux longueurs et à leurs variations liées au facteur d'échelle

-rappel du phénomène Doppler

Posons que λest la longueur d'onde réelle d'une source émettrice de lumière (une étoile par exemple) et λo la longueur d'onde de ce même rayonnement  perçue par l’observateur terrestre. Si vet vsont respectivement la vitesse de la source et celle de la phase (célérité) de l'onde lumineuse :

λ/ λs= (1 - v/ vc) donc quand vaugmente, on constate un décalage vers les plus petites λ (rouge) de la source--le rapport (λ/ λs) est nommé "redshift"--

En généralisant la notion de redshift, on peut supposer qu'elle soit applicable au rapport (hex = F'ét / F'é0) où F'ét  est le facteur d'échelle actuel et F'é0 celui de l'origine du monde

 

Certains évoquent parallèlement que le temps a pu subir une expansion du même genre -depuis le big bang- mais avec un facteur d'échelle différent de celui affectant les longueurs.Mais on tombe alors dans une incertitude complète

 

Le taux actuel de h(le paramètre de Hubble) est 2,32.10-20 unités S.I.+ (mais on le trouve souvent estimé à 0,72, ce qui provient de l'utilisation d'un système d'unités aberrant où l'unité de longueur est le mégaparsec -Mpc- valant 3,085.1022 mètres et l'unité de fréquence est le kilomètre/s et par mégaparsec, soit 3,24.10-20 s-1)

2.La valeur de la constante de Hubble(H0)

Cette constante exprime la récession des galaxies (c.à.d. leur permanent éloignement réciproque, sans référence à un centre commun)

Hh/ 1 centième de seconde

d’où la valeur relevée actuellement >> H0(s-1)= 2,32.10-18 unités S.I.+

Nota : la valeur de Hest exprimée usuellement  avec des unités dites "galactiques" –comme déjà évoquées ci-dessus, pour lesquelles H0 (la constante de Hubble) vaut 72 (ce qui correspond à 2,32.10-18 s-1unités S.I.+)

  

INFERENCES

On définit la distance de Hubble (lH) = distance d'où l'on sait recevoir la lumière de l’étoile visible la plus ancienne, car située au maximum perceptible(on dit aussi que c'est l'horizon des évènements ou l'horizon universel)

C'est par définition >>> l= c / H0  soit # 1,3.1026 mètres

Toutefois la notion (c / H0) présente une faille de raisonnement, car elle suppose que Hait toujours un sens quand la vitesse des galaxies atteint la vitesse de la lumière ! Or, comment s'éloigneraient les galaxies dans ces extrêmes ?

On suppose donc qu'il faut mettre un coefficient correcteur (multiplicateur) de 1,2  afin d'apporter un opportun correctif portant ainsi la valeur du rayon de l'univers à 1,6.1026 mètres

Nota : comme par ailleurs l’univers s’est expandu pendant que la lumière des origines nous parvenait, on estime --en supposant une variation raisonnable (sic) de l’expansion-- que l’univers serait en fait 3,6 fois plus étendu que ci-dessus (soit un 5,8.1026 m ou 6.1010 années-lumière)

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