Astronomie

Comment les scientifiques savent-ils que des parties éloignées de l'univers obéissent aux lois physiques exactement comme nous observons autour de nous ?

Comment les scientifiques savent-ils que des parties éloignées de l'univers obéissent aux lois physiques exactement comme nous observons autour de nous ?


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Comment les scientifiques savent-ils que des parties éloignées de l'univers obéissent aux lois physiques exactement comme nous observons autour de nous ?

La question peut sembler un peu étrange, mais je suis vraiment coincé sur ma tête. Nous savons que les scientifiques (avec des outils) n'ont exploré physiquement que notre système solaire et certaines parties de notre galaxie qui est en réalité une infime partie de l'univers observable. Et maintenant, ils utilisent constamment ces connaissances ainsi que des « lois physiques éprouvées » pour mesurer les propriétés de parties éloignées de notre univers.

Par exemple, nous avons testé et constaté que la vitesse de la lumière est constante à l'intérieur de notre périphérie locale plusieurs fois (à l'intérieur de notre Terre et de l'espace autour de la Terre). Mais pourtant, nous supposons que la vitesse de la lumière est constante même dans la partie la plus éloignée de notre univers. Certes nous ne l'avons pas testé dans l'autre partie lointaine de l'univers car nous n'avons aucun moyen jusqu'à présent. Non seulement la lumière, mais aussi les autres propriétés physiques telles que la luminosité, la gravité, etc., sont convenues sur la base de tests au sein de notre système solaire. Et sur la base de ces lois, nous avons déduit les propriétés des autres parties de l'univers (c'est à dire. âge, distance, masse, luminosité des étoiles en millions/milliards d'années-lumière).

Ma question est la suivante : comment savons-nous que ces lois physiques que nous avons testées dans une petite zone de l'univers fonctionnent de manière cohérente dans les parties éloignées de celui-ci ? Existe-t-il une probabilité que la partie éloignée de notre univers obéisse différemment aux lois physiques et que notre prédiction basée sur des lois physiques appliquées nous ait donné une illusion irréelle de la réalité réelle, mais de manière cohérente ?


Nous ne savons pas en général mais dans la mesure où nous pouvons mesurer, les lois semblent être les mêmes, même si les conditions ne le sont pas.

Par exemple la désintégration radioactive : nous savons à quelle vitesse divers éléments se désintègrent et nous pouvons observer les résultats de la désintégration radioactive dans des supernovae distantes. La conclusion est que, pour au moins certains éléments, le taux de décroissance radioactive est le même sur Terre que dans les supernovae lointaines.

Après avoir pris en compte le décalage vers le rouge, les raies d'émission spectrales restent inchangées en fonction de la distance. Ceci implique que la constante de structure fine est bien constante.

Les galaxies lointaines ont des champs gravitationnels, et les interactions entre galaxies se déroulent de la même manière dans les galaxies lointaines que dans les galaxies locales. Finalement, la justification est philosophique : il n'y a aucune raison d'observation de croire que la gravité se comporte différemment dans des parties éloignées de l'univers, et nous pensons donc que ce n'est pas le cas,

Dans les conditions extrêmes de l'univers primitif, certaines lois physiques étaient différentes. Par exemple, au lieu de champs électromagnétiques et faibles distincts, il y avait un seul champ électrofaible. Mais cela peut être décrit comme une "loi" unique, les interactions électromagnétiques et faibles n'étant que l'approximation à basse énergie de l'interaction électrofaible.

Donc, si l'on découvrait que la gravité (par exemple) fonctionnait différemment dans des parties éloignées de l'univers, mais qu'il y avait un modèle ou une règle cohérent pour la façon dont elle varie, alors cela deviendrait simplement la nouvelle théorie de la gravité (avec la relativité générale devenant seulement l'approximation locale de cette nouvelle loi).

Il existe une hypothèse plus fondamentale : que le comportement de la matière et de l'énergie dans l'univers peut être modélisé par des « lois ». Il n'y a pas d'anges qui dansent sur des têtes d'épingle. La justification de ceci est strictement dans le domaine de la philosophie.


Voir aussi : Les lois de la physique fonctionnent-elles partout dans l'univers ?

Le théorème de Noether, dans le contexte de cette question, stipule que :

Si les lois de la physique ne varient pas avec la position, alors la quantité de mouvement linéaire est conservée (et vice versa).

Par conséquent, si nous observons la conservation de la quantité de mouvement (ce que nous faisons avec une précision exquise), nous ne nous attendons pas à ce que les lois de la physique varient avec la position. En d'autres termes, des parties éloignées de l'univers obéissent aux mêmes lois physiques.


Les mesures de toutes les manifestations astronomiques sont actuellement les mêmes dans toutes les directions du ciel, plutôt que variables selon la direction et la distance.

La température du CMB est presque constante avec une anisotropie qui a été très bien étudiée, il y a une variance dipolaire qui indique que nous nous déplaçons à 370 km par seconde par rapport au CMB, voyageant avec la Galaxie.

Les physiciens ont essayé de trouver des preuves qui donnent foi à vos suggestions, mais le CMB implique que le big bang était le même, 13 milliards d'années-lumière dans toutes les directions.

Les mêmes atomes semblent émettre les mêmes longueurs d'onde, les quasars sont les mêmes, les galaxies sont les mêmes localement, loin et avec des variations dipolaires, les nombres et distributions d'étoiles sont les mêmes, les supernovae sont les mêmes. Les lois de la physique sont les mêmes, les mêmes raies d'hydrogène et les mêmes vitesses de rotation.

L'univers visible est l'invariant, bien que vous puissiez être à environ 130 ou 500 milliards d'années-lumière, il peut y avoir une certaine variation dans une distance inobservable de l'univers, mais c'est au-delà de ce que nous pouvons voir.