Où est l'erreur?

[Bruno- 3 965]

Pourquoi ça ne marche plus ? Il me semble que l'univers peut très bien être infini et avoir eu une inflation. L'inflation est sensée engendrer la faible courbure de l'univers, or un univers infini a une courbure (sauf cas limite de l'univers parabolique) que l'inflation aura pu atténuer.

[ChiCyg 0]

Bruno Salque > "Pourquoi ça ne marche plus ?"
Parce que l'inflation permet d'expliquer que l'univers est homogène, que ses différentes parties ont pu être en contact avant que l'inflation ne les "explose" à des distances telles qu'elles ne peuvent plus échanger d'information.

Tu me diras, les facteurs de dilatation de l'espace évoqués sont de 10¹⁰⁰ ou plus, ça frise l'infini mais, formellement, ce n'est pas l'infini .

[Bruno- 3 965]

Dans un univers infini en expansion simple (sans inflation) et si on met de côté le mur de Planck, n'importe quelle galaxies A et B, aussi lointaines soient-elles, voient leur distance tendre vers 0 lorsqu'on tend vers le passé. Ça veut dire qu'il existe forcément un instant, sans doute très petit, où elles étaient suffisamment proches pour l'échange d'information.

(On le voit bien sur les diagrammes d'espace-temps des univers infini : les droites (obliques) correspondant à une cordonnée fixe se rejoignent toutes en 0.)

Mais je suppose que le mur de Planck empêche qu'on tende vers 0 (si l'instant très petit en question est inférieur au temps de Planck, ça ne marche plus, ou plutôt : on ne sait plus).

[Ce message a été modifié par Bruno Salque (Édité le 08-02-2013).]

[ChiCyg 0]

Bruno Salque, mathématiquement tu peux prendre le début du modèle au temps zéro avec un rayon nul et donc une vitesse d'expansion infinie, mais c'est pas très physique .

La physique ne peut que décrire l'évolution d'un système à partir d'un état initial. Elle ne peut pas dire comment évolue un espace de rayon nul avec une vitesse d'expansion infinie ... parce que ça n'a pas de sens.

[Bruno- 3 965]

quote:

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Bruno Salque, mathématiquement tu peux prendre le début du modèle au temps zéro avec un rayon nul et donc une vitesse d'expansion infinie, mais c'est pas très physique

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Personne ne ferait un truc aussi absurde. Même en maths.

Ce dont je parlais plus haut, c'était partir de l'état actuel et extrapoler vers le passé, ce qu'on fait en cosmologie lorsqu'on décrit le passé de l'univers.

[Ce message a été modifié par Bruno Salque (Édité le 08-02-2013).]

[ChiCyg 0]

Mais même mathématiquement, dans un univers infini, si tu te rapproches du temps zéro, à un temps même aussi petit que possible mais non nul (après l'instant initial), il y a des distances et des vitesses d'expansion associées qui sont déjà infinies, non ?

[Kaptain 5 873]

quote:

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si tu te rapproches du temps zéro

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Les lois de la physique ne sont plus valides... L'indétermination quantique règne en maitre et même la simple causalité n'a plus cours.

[jmco 74]

quote:
___________________________________________________________________________(Alain 31) Je reprends: Vitesse de la lumière finie, les galaxies les plus lointaines sont les plus vieilles par rapport à maintenant (celles qui sont apparues le plus tôt)?
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Par principe (cosmologique) dans le modèle standard, l’univers à les mêmes propriétés à grande échelle partout ; donc les galaxies les plus lointaines que nous pouvons voir sont des galaxies très jeunes semblables à ce qu’étaient les galaxies dans « notre » région d’univers cette lointaine époque. Cela parce que lorsque nous regardons loin, nous regardons le passé de l’Univers

quote:
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(Adintc) Les composantes de l'expansion sont la gravité et l'énergie du vide.
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Pour l’énergie du vide, je crois que c’est un peu prématuré de l’affirmer ; c’est une hypothèse, mais elle se heurte pour le moment à une incompatibilité d’ordre de grandeur avec l’accélération observée (quelque chose comme 10^110 je crois …) ; cela dit on n’a peut-être pas encore tout compris sur l’énergie du vide. Autre candidat : la constante cosmologique ; mais que « cacherait » en terme physique une telle constante ?
Autres candidats ?

quote:
___________________________________________________________________________
(Bruno Salque) Quant à l'accélération de l'expansion, ce n'est pas un fait présent qu'on observe sur les objets du passé (là aussi ce serait bizarre), c'est là encore un fait global concernant toute la période entre le début et aujourd'hui
___________________________________________________________________________

En fait l’accélération de l’expansion serait aux dernières nouvelles le fait des 5 ou 6 derniers milliards d’années ; de récentes mesures sur la lumière de 50 000 quasars très lointains traversant pour nous parvenir des nuages intergalactiques d’hydrogène montrerait que l’expansion est en fait passée par un minimum vers la moitié de l’âge actuel de l’univers. cf. http://www.cea.fr/recherche-fondamentale/sdss-iii-96657
D’ailleurs je n’ai pas compris le principe de la technique utilisée (forêt Lyman Alpha) : je comprends que l’on mesure le décalage de cette raie de l’hydrogène dans les nuages traversés par la lumière, mais je ne comprends pas comment on évalue indépendamment la distance des dits nuages d’hydrogène pour trouver la relation entre décalage et distance. Si quelqu’un peu m’expliquer …

quote:
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(Bruno Salque) On observe un décalage vers le rouge qui pourrait s'interpréter comme une mesure de vitesse d'éloignement (effet Hertzprung-Russell), hors la théorie de la relativité générale indique qu'il s'agit de tout autre chose : une vitesse de récession. (Du coup l'analogie du ballon n'est pas tout à fait juste même sur la propriété qu'elle était sensée illustrer... )
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Bruno, tu as du vouloir parler d’effet Doppler-Fizeau et non d’Hertzprung-Russel connus eux pour leur diagramme …
Donc oui, pour ma part je comprends que le décalage n’est pas un effet Doppler mais une augmentation de la métrique de l’espace ; une longueur d’onde de 0,6 micron (au milieu du visible) se trouve donc par exemple à 6 microns dans l’infra-rouge pour un décalage de z=10 correspondant à un temps de parcours de la lumière jusqu’à nous de 13 milliards d’années. Il n’y a pas de mouvement physique des objets associé à l’expansion, mais les objets suivent simplement la dilatation de l’espace, ce qui se traduit pour eux par une augmentation continue de la distance qui les sépare. L'analogie avec les dessins imprimés sur le ballon me parait pertinente pour cet aspect des choses
Enfin c’est ce que j’en comprends

Jean Michel Cognet

[adintc 22]

Jean Michel Cognet

quote:

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...cela dit on n’a peut-être pas encore tout compris sur l’énergie du vide. Autre candidat : la constante cosmologique...

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J'ai cru que "l'énergie du vide ou noire" était la constante cosmologique, me trompe-je?

[jmco 74]

quote:
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(adintc) J'ai cru que "l'énergie du vide ou noire" était la constante cosmologique, me trompe-je?
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L’énergie sombre c’est simplement pour dire qu’il y a un phénomène inconnu (« sombre »), de nature énergétique au sens de la RG, qui accélère l’expansion
D’après ce que j'en comprends, quand on écrit selon la Relativité Générale, l’équation reliant la dynamique de l’espace-temps avec la densité de matière-énergie, il faut introduire une constante pour « coller » avec ce que l’on observe. Einstein qui pensait que l’Univers est statique a introduit cette constante de façon ad-hoc pour un univers statique. Lorsque l’on a découvert en fait une dynamique d’expansion (Hubble), Einstein lui-même a renoncé à cette constante en disant que c’était « sa plus grande erreur ». Le modèle issu de la RG pouvait s’en passer

Maintenant qu’on a découvert que l’expansion accélère, la constante cosmologique à la bonne valeur serait bienvenue pour équilibrer l’équation ci-dessus. D'où son retour

Cependant quand un phénomène est défini « à une constante près », c’est peut être que l’on ne décrit qu’une sorte de dérivée au sens mathématique ? Que « cache » la constante cosmologique ?

C’est là que pourrait intervenir l’énergie du vide. On entrerait alors dans une explication physique, appartenant au monde réaliste et non plus seulement ajouter "mathématiquement " une valeur équilibrant une équation
Mais le problème c’est qu’aujourd’hui, ce que l’on suppose de l’énergie du vide ne correspondrait pas du tout, mais alors pas du tout !, aux ordres de grandeurs nécessaires pour expliquer l’accélération de l’expansion

Donc aujourd’hui on ne peut pas (encore) dire que constante cosmologique = énergie du vide

Un jour sans doute on en saura plus sur l’énergie du vide. Et peut-être aussi sur l’accélération de l’expansion qui est un phénomène « récent » puisque dans la première moitié de sa durée jusqu’à aujourd’hui, l’univers semble avoir connu une période de freinage de son expansion. Et sur le phénomène physique sous-jacent à l’accélération, d’autres pistes que l’énergie du vide viendront peut-être s’inviter ? Peut-être y en a t-il déjà ?
Il ne faut pas oublier aussi que tout cela s’inscrit dans un modèle d’univers homogène (principe cosmologique). Si notre univers local n’était pas homogène aux échelles requises (si nous étions par exemple dans une sorte de méga-bulle de faible ou forte densité), la dynamique locale de l’espace-temps en serait affectée

[Bruno- 3 965]

ChiCyg :

quote:

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Mais même mathématiquement, dans un univers infini, si tu te rapproches du temps zéro, à un temps même aussi petit que possible mais non nul (après l'instant initial), il y a des distances et des vitesses d'expansion associées qui sont déjà infinies, non ?

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Dans un espace infini, aucune distance n'est infinie. Donc aucune vitesse de récession non plus. Il ne faut pas oublier que l'infini n'est pas un nombre, donc aucune quantité ne peut être infinie. Un espace infini est juste un espace non borné, c'est-à-dire où quelle que soit la portion d'espace qu'on considère, il existe toujours quelque chose au-delà.

Essaie de trouver des diagrammes d'espace-temps d'univers infini, c'est très intéressant. On en trouve par exemple ici : http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmo_03.htm . On voit bien sur les diagrammes du milieu qu'un objet aussi lointain soit-il finira toujours, lorsqu'on remonte suffisamment le temps en arrière, par rentrer dans le diagramme et même par s'approche autant qu'on veut d'un même point. On voit aussi que l'univers est infini pour tout instant >0 (c'est-à-dire qu'il existe toujours quelque chose à l'extérieur du diagramme, quelle que soit la taille de celui-ci).

(En réalité on ne peut pas remonter en arrière autant qu'on veut de l'instant 0 à cause du mur de Planck. Mais je trouve intéressant de bien avoir en tête ce genre de propriétés.)

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Jmco :

quote:

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Bruno, tu as du vouloir parler d’effet Doppler-Fizeau et non d’Hertzprung-Russel connus eux pour leur diagramme …

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Houlà, oui, je corrige...

[Ce message a été modifié par Bruno Salque (Édité le 09-02-2013).]

[PerrouriefhCedric 4 118]

quote:

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Mais le problème c’est qu’aujourd’hui, ce que l’on suppose de l’énergie du vide ne correspondrait pas du tout, mais alors pas du tout !, aux ordres de grandeurs nécessaires pour expliquer l’accélération de l’expansion

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Dans ce cas, pourquoi s'entêter à vouloir faire coïncider les deux ? Et d'abord, que sait-on avec certitude sur l'"énergie du vide" ? Enfin, je reformule la question posée en page précédente, sur la précision et la validité des mesures de distance dans l'Univers. J'aimerais bien que quelqu'un m'éclaire à ce sujet

[ChiCyg 0]

Bruno Salque

quote:

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Dans un espace infini, aucune distance n'est infinie.

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Tu veux dire dans un espace fermé, aucune distance n'est infinie ?
Tout dépend du rayon de courbure de l'espace : s'il est positif il y a une distance maximale entre deux points, l'espace est fermé. Mais si cette courbure est nulle (espace euclidien) ou négative les distances peuvent être aussi grandes que l'on veut, l'espace est ouvert : c'est ce que je voulais dire par espace infini, peut-être mon terme est mal choisi.

Les diagrammes dont tu parles concernent le facteur d'échelle : un nombre sans dimension, un taux d'expansion. Ce taux est zéro à l'instant zéro, même pour un espace à courbure nulle ou négative. Dans ces deux derniers cas, il existe toujours des distances infinies, sauf peut-être formellement à l'instant zéro. Un espace ouvert reste ouvert, un espace fermé reste fermé, non ?

[ChiCyg 0]

Cédric Perrouriefh :

quote:

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Enfin, je reformule la question posée en page précédente, sur la précision et la validité des mesures de distance dans l'Univers

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Oui, mais non, là on change de registre, on change de culture , va falloir mettre les mains dans le cambouis C'est plus des hautes considérations sur la structure de l'univers, c'est de la culture astro au ras des télescopes et des CCD , je rigole ... quoique ...

D'abord tout résultat de mesure en astro est un échafaudage compliqué d'hypothèses, de mesures diverses et variées, toujours plus ou moins contradictoires. Tu remarqueras que les incertitudes données par les astronomes correspondent la plupart du temps à un écart-type (environ 60% d'intervalle de confiance).

Les mesures sont toujours très difficiles. Regarde la plus simple, la mesure géométrique faite par Hipparcos. Elle a été menée par deux équipes disposant des mêmes données mais effectuant deux traitements indépendants ; et pourtant, ça ne les a pas empêché de trouver toutes les deux les Pléïades beaucoup trop près. Les distances ont été revues par la suite. Alors qu'il s'agit "simplement" de suivre la position des étoiles les unes par rapport aux autres pendant au moins un an pour déterminer les parallaxes. Les mesures d'Hipparcos sont à la base de toutes les mesures de distance comme "étalon primaire". Il y a une quantité considérable d'articles qui y font référence.

Ensuite, c'est trop loin pour qu'on puisse mesurer une parallaxe, et ça se complique. La mesure réputée la meilleure est celle des Céphéïdes. Ces géantes sont sensées pulser et leur période de pulsation être en rapport avec leur luminosité (leur magnitude absolue). Donc en principe il suffit de mesure leur période (sur plusieurs cycles) et on connaît leur magnitude absolue, avec leur magnitude apparente et en corrigeant éventuellement de l'absorption interstellaire (mal connue ...) on peut en déduire la distance. Mais, là aussi les choses sont un peu compliquées. D'une part les modèles de pulsation sont en désaccord avec les observations, il n'y a pas de cadre théorique solide et d'autre part les observations semblent montrer qu'il existe différentes variétés de Céphéïdes qui n'ont pas tout à fait les mêmes propriétés. En plus il faut s'étalonner sur des Céphéïdes proches (accessibles à Hipparcos), mais il n'y en a pas beaucoup et ce sont des "grosses" étoiles : leur diamètre n'est pas négligeable devant leur parallaxe, le photocentre est donc imprécis d'autant qu'elles sont variables. L'étalonnage se fait plutôt sur les nuages de Magellan : avantage dans un même nuage, elles sont toutes à la même distance, il suffit donc d'estimer la distance de ces nuages par toute une panoplie de mesures sur les autres étoiles du nuage. Inconvénient, ces nuages ont une métallicité faible ce qui peut biaiser l'étalonnage des Céphéïdes.

Bon, j'en reste là, il faudrait continuer, mais si tu lis des articles d'astro, tu verras que dans tous les cas il y a des mesures contradictoires, c'est comme ça, c'est pas du labo bien propre il faut faire des hypothèses qui expliquent contradictions et s'appuyer sur les mesures qui paraissent les plus vraisemblables ... jusqu'à être contredit par une nouvelle mesure plus convaincante !

[Bruno- 3 965]

quote:

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Tu veux dire dans un espace fermé, aucune distance n'est infinie ?

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Non : dans un espace infini, aucune distance n'est infinie.

quote:

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Mais si cette courbure est nulle (espace euclidien) ou négative les distances peuvent être aussi grandes que l'on veut, l'espace est ouvert : c'est ce que je voulais dire par espace infini, peut-être mon terme est mal choisi.

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C'est en effet ce qu'on appelle un espace infini. Tu as très bien dit : les distances peuvent être aussi grandes qu'on veut. Aussi grandes, mais finies. C'est pour ça qu'en remontant le temps suffisamment en arrière, elles finissent par se rapprocher d'autant qu'on veut.

[ChiCyg 0]

Bruno Salque, je ne te comprends pas. Un truc aussi grand qu'on veut est la définition même de quelque chose d'infini, parce qui ce truc était fini il ne pourrait tout simplement pas être aussi grand qu'on veut.

Dans le cas qui nous occupe si l'univers a une courbure nulle ou négative, il doit y exister des objets distants l'un de l'autre de 10¹⁰⁰⁰⁰⁰ années-lumière et même des objets 10¹⁰⁰⁰⁰⁰ fois plus loin et même d'autres encore 10¹⁰⁰⁰⁰⁰ plus loin et je pourrais répéter l'opération 10¹⁰⁰⁰⁰⁰⁰ de fois qu'il y en aurait encore, et cela même 10⁻¹⁰⁰⁰⁰ s seulement après le big bang et même beaucoup moins. Alors que dans un espace de courbure positive il n'y a pas de distances supérieures à l'ordre de grandeur du rayon de courbure.

[Bruno- 3 965]

Les distances que tu indiques sont toutes des distances finies. Prenons deux galaxies séparées par l'une de ces distances. Eh bien lorsqu'on remonte le temps vers zéro, leur séparation tend vers zéro. Et ceci est vrai pour n'importe quelle galaxie de l'univers infini.

(Mais bien sûr on ne peut en fait pas tendre vers zéro, à cause du mur du Planck.)

[jmco 74]

Si l’univers actuel est infini, je suis d’accord que dans le passé il pouvait l’être aussi, même lorsque l’Univers était extrêmement dense.

Par contre j’ai des doutes sur le fait que deux objets éloignés aient pu être réunis à une distance aussi faible que l’on veut, car le mur de Planck signifie une limite à la température (température de Planck), donc je pense une limite à la densité. C’est en cela que le fait de dire (ce qu'on entend souvent) que l’univers était ponctuel au début de l’expansion me parait erroné; que l’’univers soit d’ailleurs fini ou infini, il me semble plus approprié de dire que l’univers était extrêmement dense

Du moins ce sont les limites actuelles de ce que notre physique sait décrire. Quand on parle du mur de Planck, il s’agit pour le moins d’une limite (actuelle) de notre compréhension des phénomènes puisque les lois physiques (RG et MQ chacune pour leur part) sont à la limite en leur état pour décrire ce qui s’y passe. Ce que je n’ai pas compris, c’est s’il s’agit aussi d’une limite des phénomènes eux-mêmes

En effet, on peut dire que notre univers a surgi du mur de Planck, mais :
- l’a-t-il en quelque sorte ''traversé'' (venant d’un état plus concentré que l’on ne sait pas décrire) ?
- ou a t-il ''rebondi'' dessus (venant d’un état en contraction) ?; cf les idées d’univers en rebond et d’univers cyclique
- les concepts de temps et de densité n’ont peut être aucun sens en dehors de la phase post-état de Planck décrite par notre physique et les deux hypothèses ci-dessus seraient alors hors du coup ? Il n'y aurait par exemple de temps d'avant le mur de Planck ?

Est-ce que les questions se posent bien comme celà ?

[Superfulgur 16 084]

Oui, oui, je crois qu'on est tous d'accord, l'Univers aux parages du big bang est petit : 10 puissance -35 centimètres, je crois, il est absolument pas ponctuel.

Ce qu'il faut comprendre, c'est que ces 10 P -35 sont juste la projection de l'Univers visible aujourd'hui, dans le passé. Autrement dit, autour de ce "spot" de 10 -35, il y en a une quantité (peut-être infinie) d'autres.

[Kaptain 5 873]

Il m'avait semblé comprendre d'un texte de Stephen Hawking que rien, dans le monde quantique où nous habitons, ne pouvait être strictement égal à zéro, même le temps. Au même titre qu'une densité "infinie" est impossible, le temps "zéro" l'est aussi. Il existe une fluctuation autour de ce zéro mathématique, idéal, mais non réel, qu'Hawking appelait l'"instanton" si je me souviens bien. Instanton qui représentait la "fluctuation minimum" du temps, et donc de l'espace aussi. Autrement dit, l'idée même d'"origine" se perdait dans des fluctuations aléatoires... Ca ressemblait aussi pas mal au problème insoluble de division par zéro, cauchemar des programmeurs informatiques.

[Bruno- 3 965]

quote:

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Si l’univers actuel est infini, je suis d’accord que dans le passé il pouvait l’être aussi, même lorsque l’Univers était extrêmement dense.

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Pas il pouvait : il devait. Un univers qui serait fini au début puis infini à partir d'un certain moment, c'est impossible.

quote:

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Par contre j’ai des doutes sur le fait que deux objets éloignés aient pu être réunis à une distance aussi faible que l’on veut, car le mur de Planck signifie une limite à la température (température de Planck), donc je pense une limite à la densité.

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Ce que je disais à propos du mur de Planck, c'est qu'on ne peut pas faire tendre le temps vers zéro parce que la théorie ne nous permet pas de remonter plus loin en arrière que 10^-42 seconde ou quelque chose comme ça. Si on pouvait tendre vraiment vers zéro, alors les deux objets tendraient à se rapprocher autant qu'on veut (y compris dans le cas d'un univers infini). Mais on ne peut pas : on ne sait pas ce qui se passe avant 10^-42 seconde.

[ChiCyg 0]

Bruno Salque :

quote:

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Un univers qui serait fini au début puis infini à partir d'un certain moment, c'est impossible

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C'est exactement ce que je disais, nous sommes d'accord et donc je reprends :

Comme le scénario de l'inflation, pour expliquer l'homogénéité de l'univers, part d'un "univers fini" à un temps non nul, il ne peut pas aboutir "à partir d'un certain moment" à un "univers infini". Il ne peut donc expliquer qu'un espace à courbure positive ou presque nulle.

Ce n'est pas une question de mur de Planck, les scénaristes de l'inflation cosmique situant cette inflation cosmique après l'ère de Planck.

[Bruno- 3 965]

Tu es sûr que l'inflation part d'un univers forcément fini ?

[jmco 74]

quote:
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(Bruno Salque) Tu es sûr que l'inflation part d'un univers forcément fini ?
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Si j’ai bien compris, l’inflation est un scénario ad-hoc pour expliquer l’homogénéité de propriétés constatée par les observations sur des échelles telles que, en son absence, dans les premiers instants les éléments correspondants n’auraient pas eu le temps de ‘’partager’’ les dits paramètres d’homogénéité (température, courbure, etc). Donc elle est faite pour ‘’rattraper’’ la trop grande étendue spatiale ; c’est en cela qu’elle correspondrait à un univers très grand mais pas infini ?

quote:
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(ChiCyg) Comme le scénario de l'inflation, pour expliquer l'homogénéité de l'univers, part d'un "univers fini" à un temps non nul, il ne peut pas aboutir "à partir d'un certain moment" à un "univers infini". Il ne peut donc expliquer qu'un espace à courbure positive ou presque nulle.
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Le lien bijectif entre espace fini et courbure positive n’est peut-être pas garanti ; selon JP Luminet, tenant de l’hypothèse d’un univers chiffonné, ce lien n’existe que dans le cas de topologies simples ; cf. http://luth2.obspm.fr/~luminet/topo.html
‘’ L'espace sphérique est, dans tous les cas, fini (c'est l'une des raisons pour lesquelles Einstein, fils de Parménide, le choisit initialement). Pour les espaces des deux autres familles, le caractère fini ou infini dépend de la topologie. Dans les versions les plus simples toutefois, ils sont infinis.
Les cosmologues négligent le plus souvent l'aspect "topologie" pour ne considérer que la courbure. Cette simplification est cruciale quant au problème de l'infini spatial puisque, dans ce cas, le dilemme fini/infini se ramène à connaître le signe de la courbure de l'espace’’
Ces idées sont un peu anciennes mais pas démenties je crois ? Donc on pourrait avoir un espace fini également avec une courbure négative ou nulle ; pas seulement avec une courbure positive. Mais la topologie donnerait lieu à des effets particuliers, effets miroirs par exemple, que l’on n’a pas encore constatés

[ChiCyg 0]

jmco, le modèle cosmologique dit standard part d'un univers homogène ne serait-ce que parce que c'est la seule façon de construire un modèle qui puisse être comparé aux observations !

JP Luminet envisage une topologie plus complexe, mais il me semble que, dans ce cas, l'univers n'est plus homogène, non ? Donc tout (ou presque) est permis et, en plus, on n'a plus besoin d'inflation !