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 tridimensionnel s'est produit et encore et encore, itérativement 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)

Il est possible que le temps ait subi également cette expansion, et ce ne serait pas à la même cadence, ni à la même échelle que celle des longueurs.On n'en tient pas compte dans les théories usuelles cosmogoniques

 

 

DEFINITIONS

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

exprime la vitesse de variation de l'unité des longueurs (dlu) par rapport à la variation de l’unité du temps (dt) C’est donc F’é= dlu / dt

Cette grandeur est considérée comme positive, c'est à dire que les longueurs augmentent; mais il peut toutefois y avoir eu des fluctuations, entraînant des valeurs négatives, pendant de courtes durées (on les nomme rétractations --et on utilise alors un paramètre de décélération  [-d²l/dt² / dl²])

 

-l'expansion -- symbolisée  hex --

représente la comparaison du facteur d'échelle F’é au cours d'une certaine période, soit  hex = Fac/ F'0 (celui de la période / celui de référence)

1.son évolution est difficile à prèciser. On suppose toutefois que sa valeur a présenté un énorme sursautde courte durée et 10-32 s. après le Big Bang, et ce phénomène est nommé inflation

Les estimations de valeur du taux d'expansion pendant cette période inflationniste, sont proposées  entre 1093 --quand l'inflation débuta, alors que l'univers avait 10-35 s, et 1020 --quand elle cessa, alors que l'univers avait 10-32 s.

Ensuite, l'expansion est descendue en amortissement dégressif (avec sans doute quelques moindres sursauts) jusqu'à la valeur actuelle, dite paramèttre de Hubble

 hO = 2,34.10-20

Les coordonnées variables afférentes à l’expansion (ainsi qu'à l'inflation) sont dites coordonnées comobiles (l'unité de longueur est alors à chaque instantproportionnelle au facteur d'échelle, ce qui permet de raisonner en valeurs relatives constantes).

 

-le taux d'expansion est la variation temporelle de l'expansion (c'est  hex/ temps)

Son nom actuel est constante de Hubble-- symbolisée H et de dimension T-1--

Sa valeura été prise arbitrairement H= ( h0 / 1 centième de seconde

donc H= 2,34.10-18 seconde-1

Si le taux H est croissante dans le temps, l'univers est en PHASE d’expansion

Si H est stable dans le temps, l'univers est en PHASE stagnante (ou plate)

Si H0  est décroissante dans le temps, l'univers est en PHASE de rétractation.

Il semble que H soit très légèrement croissante en ce moment, ce qui choque certains cosmologues, qui pensent que plus il y a de matière dans l'univers, plus cela devrait ralentir l'expansion ? Or on ne voit pas pourquoi l'univers énergétique devrait régler les fluctations de son expansion --ce qui est une affaire géométrique-- en fonction d'un paramètre de densité de matière--qui est un paramètre massique--L'univers a suffisamment d'énergie potentielle, pour l'utiliser indépendamment vers son expansion et par ailleurs vers de la fabrication de matière;il n'y a pas d'interconnexion entre les 2 types d'énergies dépensées.

En pratique, omesure le taux d'expansion Hubble sous  H= v / l  où v est la vitesse des astres visés et l leur distance.

On voit souvent H0 exprimée avec une valeur de ~72 unités galactiques--c'est à cause d'un changement d'unités ((le système galactique s'amusant à compter les longueurs en mégaparsec -ou Mpc-unitéarchaïque, qui n'est pas très expressive envers le système métrique.... car 1 Mpc = 3,085.1022 m.))

 

CONSIDERATIONS

1.valeurs

la valeur théorique de H0 est tirée de la loi de Newton, et aménagée à travers la loi de Friedmann  H0 = c3/ [mU./ W]

avec mU = masse de l'univers (1,7.1053 kg)= const° de gravitation (8,385.10-10 m3-sr/kg-s²), W = angle solide d'ambiance (12,56 sr),et c = 3.108 m/s

Cela donne numériquement  H0 = 2,34.10-18 s-1 (unité S.I.+)

Toutefois cette valeur n'est pas très formelle, car les relevésréels (à travers  v / l ) restent à ce jouréparpillés (entre 2,16. et 2,64.10-18 s-1)

Ils sont établis grâce à la récession des astres (galaxies)c'est à dire leur vitesse d’éloignement réciproque, sans référence à un centre commun. Ceci s’exprime par 

dH0 / dt + H0² = d²l / l.dt²

où t est le temps, (l) la distance et d²l / dt² l'accélération

2.la distance de Hubble (ou rayon de Hubble ou horizon de Hubble) (hHu

est définiecomme la distance de l’étoile visible la plus ancienne, car située au maximum perceptible d'où l'on sait recevoir une lumière

C'est par définition >>>  h= c / H soit ~ 1,28.1026 mètres

3.énergie d'expansion

Aux premiers instants du monde, une formidable énergie a été nécessaire pour créer (puis entretenir) l'expansion. On nomme cette énergie la quintessence.

De nos jours, même si l'expansion a énormément faibli, il faut toujours que l'énergie globale de l'univers continue à y contribuer, pour entretenir sa faible progression.

On peut estimer que --depuis le big bang--l'univers a dépensé 4% de son total énergétique pour assurer son expansion (inflation comprise) Et on peut estimer aussi qu'il devra dépenser encore --dans tout son avenir-- environ 49% de son stock total énergétique, pour continuer à assurer cette expansion. La quintes-sence coûte cher.

4.le redshift

une piste d'évaluation du facteur d'échelle est celle apportée par l'effet Doppler,

rappelé ci-après:

Si λest la longueur d'onde réelle d'émission d'une source de lumière (une étoile par exemple), se déplaçant à vitesse --célérité-- v>>> un observateur terrestre se déplaçant à vitesse vperçoit ladite lumière sous une autre longueur d'onde (λo) telle que   

λ= λs.(1 - v/ vc) 

donc quand vaugmente, λétant constante, λdiminue et descend donc vers les plus petites λ visibles (c'est à dire les rouges) C'est ce qu'on nomme le "redshift"--

 

En appliquant la notion de redshift aux observations d'ondes stellaires, on pense que le décalage constaté des longueurs d'onde, s'applique au rapport (hex = F'ac / F'é0) où F'ac  est le facteur d'échelle actuel et F'é0 celui de l'origine du monde

5.les horizons

La distance de Hubble (ou rayon de Hubble ou horizon de HubblehHvue ci-dessus

est la distance de l’étoile visible la plus ancienne, d'où l'on sait recevoir une lumière

et c'est hHu ~ 1,28.1026 mètres.

Mais on définit par ailleurs trois autres distances concernant les origines de l'univers

---hco  l'horizon cosmologique (ou horizon universel) qui résulte du correctif qu'il faut appliquer sur hHu à cause de la dévaluation du Redshift en cas de grandes longueurs d'ondes (pour les galaxies dont la vitesse se rapproche de celle de la lumière)

On estime que ce correctif est un abattement de 50% sur hHu  d'où hco= 6,3.1025 m.

--hddl'horizon de dernière diffusion exprimant le rayon de l'univers quand il avait 380.000 ans (l'âge du découplage entre matière et rayonnement,et du départ des photons du FDC, fond diffus cosmologique). On estime que ce hdd  vaut~3 fois hHu soit 3,8.1026 m.

Le volume à ce moment était (4p.l3/3) soit 2,3.1080 m3

-hpl'horizon des particules est la distance très proche du big bang, à laquelle la soupe initiale de particules fut créée, à une époque antérieure au temps de Hubble, et donc invisible à nos mesures.On estime pouvoir calculehpen faisant l'intégration en viriel de c/H0 au cours des premiers temps >>> hpa = 01 dl / (W.l + (1-W)l² +(1-W)l4 +W)l6)+....)1/2 où W  est le paramètre de densité matière (ou poussière) On fait alors des approximations sur les conditions paramètriques de cette période (par ex.= 0,3) etle présent hpvauenviron 3,3 fois hHu soit 4,3.1026 m. ce qui correspond à 45 milliards d'années-lumière, ce qui serait le vrai âge de l'univers

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