Astronomie

La forme de l'univers observable et la forme de l'espace sont-elles les mêmes ?

La forme de l'univers observable et la forme de l'espace sont-elles les mêmes ?


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J'ai lu que l'espace euclidien est considéré comme un espace plat et que l'espace de Minkowski est un espace-temps plat. Donc, quand nous disons que notre univers observable est plat, disons-nous que l'espace est plat ou que l'espace-temps est plat ? Je sais que les données de Planck ont ​​prouvé que l'espace était plat, mais s'agit-il uniquement d'espace ou d'espace-temps ? Puisqu'en relativité générale la matière courbe l'espace-temps et pas seulement l'espace.


L'espace-temps est courbé par la gravité et il y a de la gravité partout dans l'univers observable et peut-être partout dans l'univers (entier) ou simplement "univers" est le terme approprié. Donc, à peu près partout, il devrait y avoir une certaine courbure spatio-temporelle locale.

Par analogie, la surface de la Terre est grumeleuse. Il y a des montagnes et des vallées et des régions hautes et basses partout sur sa surface. Aucune zone de la Terre n'est complètement lisse et au niveau de la mer parfaitement nul, mais malgré cette bosse, la Terre est ronde (un sphéroïde aplati mais rond est assez proche).

La Terre n'est pas un exemple parfait, mais la surface de la Terre est une représentation d'une surface bidimensionnelle enroulée autour d'un sphéroïde tridimensionnel et la courbure de la Terre est mesurable à partir de sa surface. Une méthode consiste à dessiner un triangle et à mesurer la somme des angles et la variation de 180 degrés par rapport à la taille du triangle vous donne ce dont vous avez besoin pour calculer la courbure. En utilisant une méthode différente et plus pratique, Eratosthène a mesuré la courbure et la taille de la Terre il y a plus de 2000 ans. Les deux mesures d'Eratosthène ont été prises à environ 500 miles l'une de l'autre, ce qui était suffisamment éloigné pour réduire toute variation d'altitude à une petite erreur.

La Terre est environ mille fois plus large que la montagne la plus haute ou la vallée la plus profonde et elle présente des variations gravitationnelles, mais elle est toujours généralement sphéroïde, à la fois en termes de gravitation et de forme. L'Univers est incalculablement grand par rapport aux ondulations et aux courbes locales causées par la gravité et l'Univers, pour autant que nous puissions en juger, semble assez uniforme, de sorte que les poches locales de forte gravité et de courbure locale ou tout à fait sans rapport avec la forme globale ou la courbure potentielle de l'Univers, tout comme les montagnes et les vallées de la Terre n'ont pas d'importance pour lui étant toujours un sphéroïde aplati.

L'Univers n'est peut-être pas plat, il semble juste être plat à nos meilleures mesures. Il est peut-être incurvé, mais les techniques de mesure modernes si grandes ne sont pas en mesure de mesurer la courbure. Cela soulève des questions quant à ce que signifie réellement un univers courbe (distinct de l'espace-temps courbe qui est facilement mesurable). Cela peut rendre la lecture amusante, mais tout est théorique. Personne ne connaît la vraie forme ou la courbure de l'univers bien que l'univers étant infini et plat semble être l'idée la plus acceptée aujourd'hui, mais c'est toujours une question sans réponse.


La forme de l'univers observable et la forme de l'espace sont-elles identiques ?

Personne ne le sait avec certitude. J'imagine que la réponse est Oui, et ils sont tous les deux sphériques, mais je ne le sais pas vraiment.

J'ai lu que l'espace euclidien est considéré comme un espace plat et que l'espace de Minkowski est un espace-temps plat. Donc, quand nous disons que notre univers observable est plat, disons-nous que l'espace est plat ou que l'espace-temps est plat ?

Espace. L'espace-temps n'est pas plat parce que l'univers est en expansion. Pour comprendre cela, imaginez que vous appliquez une grosse boule de mélasse et vaporisez une ligne (non radiale) de crème dessus. Au fur et à mesure que la boule de mélasse s'aplatit et se dilate, la ligne de crème aura tendance à se courber. C'est similaire pour un faisceau lumineux dans un univers en expansion. Si l'univers n'était pas en expansion, la lumière irait tout droit. Alors l'espace-temps serait plat. Notez que l'espace-temps modélise l'espace à tout moment, donc il n'y a pas de mouvement dans l'espace-temps. La mélasse représente l'espace. L'espace est en expansion, pas l'espace-temps. Malheureusement, les gens ont tendance à confondre espace et espace-temps.

Je sais que les données de Planck ont ​​prouvé que l'espace était plat, mais s'agit-il uniquement d'espace ou d'espace-temps ?

C'est l'espace. Le document concerné est les résultats de Planck 2013. XXVI. Géométrie de fond et topologie de l'Univers. Ils n'ont trouvé aucune preuve d'une "courbure dimensionnelle supérieure". Alors si tu pouvais y aller ça va à une vitesse phénoménale, tu ne finiras pas par revenir par ici.

Puisqu'en relativité générale la matière courbe l'espace-temps et pas seulement l'espace.

Voyez ce qu'a dit Einstein. Une concentration d'énergie généralement sous la forme d'une étoile massive "conditionne" l'espace environnant, le rendant inhomogène de manière non linéaire. Ensuite, les gens l'appellent espace-temps courbe. Notez cependant qu'il n'y a pas de gravité globale dans l'univers. Comme userLTK l'a dit, la surface de la Terre est " grumeleuse ", et dans la même veine, il y a des champs gravitationnels partout dans l'univers. Mais à notre connaissance, l'univers n'est pas comme la surface de la Terre. A plus grande échelle, à notre connaissance, l'univers est plat.


Lorsqu'on parle de courbure dans la relativité (générale), on se réfère généralement à l'intervalle métrique et à la façon dont cela dépend des coordonnées spatio-temporelles.

Par exemple, l'intervalle métrique dans l'espace de Minkowski peut être écrit $$ ds^2 = c^2 dt^2 - dr^2$$

C'est un exemple à la fois d'espace plat et d'espace-temps plat. C'est un espace plat car si je veux trouver la distance entre deux événements qui se produisent en même temps $t$, c'est simplement l'intégrale de $dr$.

De même, je peux demander quel est l'intervalle de temps entre deux événements et cela est simplement donné par l'intégrale de $dt$.

Un contre-exemple est observé lors de l'utilisation de la métrique de Schwarzschild, qui est appropriée dans l'espace en dehors d'une masse à symétrie sphérique. En ne considérant que les composantes radiale et temporelle, la métrique est $$ds^2 = c^2 (1 - r_s/r) dt^2 - (1- r_s/r)^{-1} dr^2,$ $ où $r_s = 2GM/c^2$ est le rayon de Schwarzschild associé à la masse $M$.

Maintenant qu'il n'y a pas de relation simple entre $dr$ et la séparation spatiale entre deux événements qui se produisent au même $t$, nous devons faire une intégrale. De même, pour calculer l'intervalle de temps entre deux événements au même $r$, nous devons faire une intégrale plus compliquée. L'espace et l'espace-temps sont tous deux courbes.

L'évolution de l'univers dans son ensemble est régie par la métrique de Robertson-Walker. $$ds^2 = c^2 dt^2 - a(t)^2frac{dr^2}{1 - kr^2},$$ où $k$ est un paramètre de courbure qui peut être -1 , +1 ou zéro.

À l'heure actuelle, les meilleures mesures sont compatibles avec une courbure nulle - que l'univers est spatialement plat. Cela ne veut pas dire qu'il est plat sur des échelles bien plus grandes que ce que nous pouvons observer - c'est encore possible. Un univers courbe qui a été "gonflé" de manière exponentielle peu de temps après le big bang peut très bien imiter un univers plat même si la courbure est finie.

Notez cependant que parce que l'univers est intrinsèquement « grumeleux », cette planéité spatiale n'est vraie qu'à des échelles beaucoup plus grandes que les planètes, les étoiles, les galaxies et même les amas de galaxies.

Je doute que l'on puisse appeler l'espace-temps plat dans un univers Robertson-Walker spatialement plat. La raison en est le facteur d'échelle dépendant du temps $a(t)$, qui assure un couplage entre les coordonnées $r$ et $t$. C'est ce couplage qui est par exemple responsable du redshift cosmologique de la lumière.

Une réponse technique nécessiterait de regarder le Tenseur d'Einstein qui caractérise la courbure de l'espace-temps causée par la masse et l'énergie. Dans la métrique de Robertson-Walker, ce tenseur a définitivement des composantes non nulles, vous devez donc dire que même si l'espace est plat, l'espace-temps est courbe.


Comment l'univers observable a-t-il pris forme ?

Puisque l'espace est principalement constitué de vide, pourquoi toute la matière ne se disperse-t-elle pas également dans l'univers ? est apparu à l'origine sur Quora : le réseau de partage des connaissances où les questions impérieuses sont répondues par des personnes avec des idées uniques.

Réponse de Hossam Aly, docteur en astrophysique, sur Quora :

Réponse courte: Parce que la gravité est une force à longue portée et, contrairement à la force électromagnétique, elle est toujours attractive.

Réponse longue (plus une histoire, vraiment) :

L'univers était autrefois comme vous le décrivez. La matière était en effet « également dispersée dans l'univers » (le terme technique que nous utilisons est homogène). Nous le savons parce que nous pouvons le voir. Voici une image de notre univers naissant, seulement 380 000 ans après le Big Bang (nous sommes maintenant 13,8 milliards d'années après le Big Bang) :

C'est le fond diffus cosmologique (CMB). Ne vous laissez pas berner par ces fluctuations, elles sont d'environ 1 partie sur 100 000. Voici la même image avant tout traitement :

Assez homogène, non ? Les bits blanchâtres au milieu sont des sources radio dans notre propre galaxie, vous pouvez donc les ignorer en toute sécurité.

Alors, qu'est-ce-qu'il s'est passé? Comment l'univers en est-il venu à former les structures que nous observons actuellement ?

La température dans l'univers primitif était très chaude et la matière était ionisée. Les photons ne pouvaient pas voyager librement, car ils étaient très rapidement diffusés par les électrons libres (en moyenne, un photon ne pouvait voyager qu'une fraction de nanomètre avant d'être diffusé). Cela signifiait que l'univers primitif était opaque - de la même manière que vous ne voyez pas grand-chose pendant votre vol lorsque vous êtes au milieu d'un nuage, même s'il y a de la lumière tout autour de vous - et nous ne pouvons pas voir un instantané antérieur de l'univers que l'image ci-dessus. Cela signifiait aussi que la matière et le rayonnement étaient accouplé. Le rayonnement exerce une pression sur la matière. Lorsqu'une surdensité dans la distribution de matière attire gravitationnellement la matière et commence à croître, la pression de rayonnement agirait dans la direction opposée et la surdensité commencerait à osciller entre une valeur minimale et une valeur maximale. Les structures n'ont pas pu se former et l'univers est resté assez homogène.

Au fur et à mesure de l'expansion de l'univers, il s'est refroidi au point où les atomes se sont formés à un rythme plus rapide qu'ils ne sont détruits par le rayonnement (lorsque le rayonnement était d'environ 3000 kelvins). C'est ce qu'on appelle l'époque de la recombinaison (le nom est très trompeur, il n'y a rien à redire. Mais les astronomes ne peuvent tout simplement pas nommer les choses correctement). Au fur et à mesure que les atomes se sont formés et ont capturé les électrons, les photons étaient libres de voyager sans entrave et nous ont atteint 13,8 milliards d'années plus tard, produisant l'image ci-dessus.

Cela signifie que peu de temps après la recombinaison, des surdensités de matière (ce que nous appelons des perturbations de densité) peuvent croître en attirant gravitationnellement la matière. Au fur et à mesure que les surdensités augmentent, leur effet gravitationnel augmente également, et plus ils augmentent rapidement. Bien sûr, la matière a également une pression, ce qui aide à contrer la gravité et empêche un effondrement gravitationnel incontrôlable de toute la matière. Mais ce n'est toujours pas aussi efficace que la pression de rayonnement à l'ère de la pré-recombinaison. Ainsi, les structures se développent progressivement, de bas en haut (voir Formation de structure hiérarchique), produisant des galaxies et des amas de galaxies que nous voyons dans l'univers moderne.

La formation des structures fonctionne à des échelles cosmiques. Un processus très similaire fonctionne à des échelles beaucoup plus petites pour former des étoiles (et éventuellement des planètes) à partir de nuages ​​moléculaires à l'intérieur des galaxies. Ce qui est crucial dans ce processus, c'est que le noyau nouvellement effondré se refroidisse suffisamment rapidement pour que l'effondrement se poursuive jusqu'à la formation d'étoiles dans les durées de vie typiques des nuages ​​moléculaires (environ 10 à 20 millions d'années).

Je devrais probablement en rester là. Mais je me sens coupable d'avoir omis une partie très importante du puzzle : matière d'arche.

Si vous exécutez une simulation cosmologique avec uniquement de la matière et du rayonnement normaux (baryoniques), en commençant par des conditions initiales similaires à celles que nous observons dans le CMB, et la laissez fonctionner pendant 13,8 milliards d'années (en temps de simulation bien sûr, pas en temps réel. Ce type des simulations est en fait largement utilisé dans les recherches cosmologiques actuelles), vous formerez des structures, mais cela ne ressemblera en rien à ce que nous voyons dans l'univers actuel.

L'image qui a commencé à émerger depuis les années 80 (et confirmée par les récentes missions d'observation du CMB comme WMAP et PLANCK) est que la matière noire a joué un rôle important dans la formation de la structure hiérarchique. La matière noire s'est découplée du rayonnement beaucoup plus tôt que la matière baryonique, et son effondrement a donc commencé plus tôt. Il a ensuite formé ce que nous appelons la toile cosmique, avec des filaments et des feuilles se croisant aux nœuds qui forment les graines pour la formation d'amas de galaxies.

Ce n'est que lorsque nous incluons cet ingrédient dans nos simulations cosmologiques que nous sommes capables de reproduire (statistiquement) les caractéristiques des galaxies que nous observons dans l'univers moderne.

Cette question est apparu à l'origine sur Quora. Posez une question, obtenez une excellente réponse. Apprenez des experts et accédez aux connaissances d'initiés. Vous pouvez suivre Quora sur Twitter, Facebook et Google+. Plus de questions:


Astronomie dans la vie kémétique

Au moment où la période dynastique historique a commencé au 3e millénaire avant notre ère, la période de 365 jours du calendrier égyptien était déjà utilisée et l'observation des étoiles était importante pour déterminer les crues annuelles du Nil.

Les pyramides égyptiennes étaient soigneusement alignées vers l'étoile polaire, et le temple d'Amon-Rê à Karnak était aligné au lever du soleil du milieu de l'hiver. L'astronomie a joué un rôle considérable dans la fixation des dates des fêtes religieuses et la détermination des heures de la nuit, et les astrologues des temples étaient particulièrement habiles à observer les étoiles et à observer les conjonctions et les levers du Soleil, de la Lune et des planètes, ainsi que les phases lunaires. .

Nout, déesse égyptienne du ciel, avec la carte du ciel dans la tombe de Ramsès VI

Dans l'Égypte ptolémaïque, la tradition égyptienne a fusionné avec l'astronomie grecque et l'astronomie babylonienne, la ville d'Alexandrie en Basse-Égypte devenant le centre de l'activité scientifique à travers le monde hellénistique. L'Egypte romaine a produit le plus grand astronome de l'époque, Ptolémée (90-168 EC). Ses ouvrages sur l'astronomie, dont l'Almageste, sont devenus les livres les plus influents de l'histoire de l'astronomie occidentale. Après la conquête musulmane de l'Égypte, la région est devenue dominée par la culture arabe et l'astronomie islamique.

L'astronomie égyptienne commence à l'époque préhistorique. La présence de cercles de pierres à Nabta Playa en Haute Egypte datant du 5ème millénaire avant notre ère montre l'importance de l'astronomie dans la vie religieuse de l'Egypte ancienne même à la période préhistorique. La crue annuelle du Nil signifiait que les levers héliaques, ou premières apparitions visibles d'étoiles à l'aube, étaient d'un intérêt particulier pour déterminer quand cela pourrait se produire, et il n'est pas surprenant que la période de 365 jours du calendrier égyptien soit déjà en utilisation au début de l'histoire égyptienne. Le système de constellation utilisé chez les Égyptiens semble également avoir été essentiellement d'origine indigène.

L'orientation précise des pyramides égyptiennes sert de démonstration durable du haut degré de compétence technique pour observer les cieux atteint au 3e millénaire avant notre ère. Il a été démontré que les pyramides étaient alignées vers l'étoile polaire, qui, en raison de la précession des équinoxes, était à cette époque Thuban, une étoile faible de la constellation de Draco. [2] L'évaluation du site du temple d'Amon-Rê à Karnak, prenant en compte l'évolution dans le temps de l'obliquité de l'écliptique, a montré que le Grand Temple était aligné au lever du Soleil du milieu de l'hiver. [3] La longueur du couloir dans lequel la lumière du soleil voyagerait aurait un éclairage limité à d'autres moments de l'année.

L'astronomie a joué un rôle considérable en matière religieuse pour fixer les dates des fêtes et déterminer les heures de la nuit. Les titres de plusieurs livres du temple sont conservés et enregistrent les mouvements et les phases du Soleil, de la Lune et des étoiles. Le lever de Sirius (égyptien : Sopdet, grec : Sothis) au début de l'inondation était un point particulièrement important à fixer dans le calendrier annuel. [4] L'un des textes astronomiques égyptiens les plus importants était le Livre de Nout, remontant au Moyen Empire ou avant.

La mort d'un roi avait un lien étroit avec les étoiles pour les anciens Égyptiens. Ils croyaient qu'une fois un roi décédé, leur âme s'élèverait vers les cieux et deviendrait une étoile. [5] Les textes pyramidaux traduits décrivent le roi montant et devenant l'Étoile du Matin parmi les Étoiles Impérissables des rois passés. [6]

Soulagement du plafond astronomique de Dendérah, Egypte

Les anciens Égyptiens dépendaient du Nil pour inonder leurs champs et permettre la culture. Ils sont devenus les premiers à utiliser un calendrier avec une année de 365 jours après que leurs prêtres ont découvert que les inondations revenaient environ tous les 365 jours.

Les anciens Égyptiens étaient très intéressés par le ciel nocturne. En particulier, ils étaient attirés par deux étoiles brillantes qui pouvaient toujours être vues en train de tourner autour du pôle Nord. Les Égyptiens appelaient ces étoiles "les indestructibles". Aujourd'hui, nous les connaissons sous le nom de Kochab, dans le bol de la Petite Ourse (Ursa Minor), et Mizar, au milieu du manche de la Grande Ourse (Ursa Major). ).

Les Égyptiens ont aligné leurs pyramides et leurs temples vers le nord parce qu'ils croyaient que leurs pharaons sont devenus des étoiles dans le ciel du nord après leur mort. Pour s'assurer qu'un roi rejoindrait les étoiles circumpolaires, les pyramides étaient disposées face au nord en direction des étoiles "indestructibles". Ils pensaient que l'alignement des pyramides vers le nord donnait aux pharaons décédés un accès direct au ciel du nord. Chacune des deux étoiles était à environ 10 degrés du pôle céleste qui se trouvait directement entre elles. Lorsqu'une étoile était exactement au-dessus de l'autre dans le ciel, les astronomes pouvaient trouver une ligne pointant plein nord. Cet alignement n'a été vrai que pendant quelques années vers 2500 avant JC. Un astronome égyptien aurait pu tenir un fil à plomb et attendre que le ciel nocturne pivote lentement autour du pôle non marqué pendant que la Terre tournait. Lorsque le fil à plomb coupait exactement les deux étoiles, l'une à environ 10 degrés au-dessus du pôle invisible et l'autre à 10 degrés en dessous, la ligne de visée vers l'horizon serait dirigée directement vers le nord. Cependant, l'axe de la Terre est instable. Notre planète oscille comme un gyroscope sur une période de 26 000 ans. Les astronomes modernes savent maintenant que le pôle nord céleste n'était exactement aligné entre Kochab et Mizar qu'en l'an 2467 av. Avant ou après cette date, les astronomes égyptiens auraient été moins précis en essayant de marquer le vrai nord. La grande pyramide de Gizeh est connue aujourd'hui comme l'une des sept merveilles du monde antique. Il y a près de 4 500 ans, en l'an 2467 av. J.-C., les étoiles "indestructibles" se trouvaient précisément le long d'une ligne droite qui comprenait le pôle céleste. Les recherches suggèrent que la Grande Pyramide de Gizeh a été construite dans les 10 ans de 2 480 av. J.-C. Les anciens Égyptiens dépendaient du Nil pour inonder leurs champs et permettre la culture. Ils sont devenus les premiers à utiliser un calendrier avec une année de 365 jours après que leurs prêtres ont découvert que les inondations revenaient environ tous les 365 jours.Ils croyaient que les étoiles étaient des dieux…
La culture égyptienne a été fortement influencée par l'astronomie. L'astronomie égyptienne antique était très sacrée. Des pyramides et des temples avaient été construits et positionnés par rapport aux étoiles. Le calendrier égyptien était également basé sur des indicateurs astronomiques. Par exemple, lorsque l'étoile la plus brillante de notre ciel, Sirius, s'est levée avant le Soleil, les Égyptiens savaient que leur inondation annuelle allait se produire.Star-StructuresDivers outils ont été utilisés lors de la planification de la conception et du placement d'une pyramide ou d'un temple. L'un de ces outils s'appelait « 8220merkhet », ce qui signifiait indicateur. C'était une petite planche de bois avec un trou à une extrémité. Les anciens astronomes regardaient à travers le trou et inclinaient l'appareil jusqu'à ce que leur étoile cible soit alignée avec précision.Calendrier du CosmosLe Nil était inondé chaque année à la même heure, lorsque Sirius se levait avant le Soleil le matin du solstice d'été. Cet événement a été marqué comme le jour 1 de leur année civile. Le calendrier égyptien avait 365 jours et 12 mois, avec 30 jours par mois et 5 jours de fête à la fin de chaque année.Astronomie et religionL'astronomie égyptienne antique était une tradition religieuse. Les Égyptiens n'avaient aucune véritable compréhension de l'univers, c'est pourquoi de nombreux mythes ont été créés pour expliquer les événements astronomiques. Pour eux, chaque étoile était une forme de Dieu ou de Déesse, ou une partie d'un. Le soleil était représenté par plusieurs dieux. Lorsque le soleil se levait le matin, il était connu sous le nom d'Horus, l'enfant renaissant d'Osiris et d'Isis, dieu et déesse de l'au-delà. Le soleil chaud de midi était connu comme le dieu solaire beaucoup plus puissant, Ra. Et le soleil du soir était le Dieu créateur, Atoum, le "finisseur du monde" qui a mis au repos tous les autres dieux du soleil, puis est mort chaque jour au coucher du soleil.Astronomie et PyramidesAstronomie égyptienne

Astronomie égyptienneL'astronomie égyptienne commence à l'époque préhistorique, à l'époque prédynastique. Au 5e millénaire avant notre ère, les cercles de pierres de Nabta Playa ont peut-être utilisé des alignements astronomiques. Au moment où la période dynastique historique a commencé au 3e millénaire avant notre ère, la période de 365 jours du calendrier égyptien était déjà utilisée, et l'observation des étoiles était importante pour déterminer les inondations annuelles du Nil.fr.wikipedia.orgÉgyptien ancien l'astronomie était très sacrée. Des pyramides et des temples avaient été construits et positionnés par rapport aux étoiles. Le calendrier égyptien était également basé sur des indicateurs astronomiques. Par exemple, lorsque l'étoile la plus brillante de notre ciel, Sirius, s'est levée avant le Soleil, les Égyptiens savaient que leur déluge annuel allait se produire. Calendrier égyptien L'ancien calendrier égyptien - un calendrier civil - était un calendrier solaire avec un 365 -jour année. L'année se composait de trois saisons de 120 jours chacune, plus un mois intercalaire de cinq jours épagomènes considérés comme hors de l'année proprement dite. Chaque saison était divisée en quatre mois de 30 jours. Ces douze mois étaient également basés sur des indicateurs astronomiques. Par exemple, lorsque l'étoile la plus brillante de notre ciel, Sirius, s'est levée avant le Soleil, les Égyptiens savaient que leur déluge annuel allait se produire.


L'univers est-il en forme de selle ?

La géométrie de l'univers est «ouverte» ou incurvée négativement comme une selle, selon un nouveau modèle proposé par des chercheurs européens qui ont étudié les anomalies du rayonnement de fond cosmique micro-ondes. Les anomalies ont été détectées pour la première fois par la sonde Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) de la NASA en 2004 et ont été confirmées plus tôt cette année par la mission spatiale Planck de l'Agence spatiale européenne.

Les cosmologistes pensent que lorsque l'univers était très jeune - à peine 10 ans après le Big Bang - il a connu une période d'expansion extrêmement rapide connue sous le nom d'"inflation". Environ 380 000 ans après le Big Bang, le fond diffus cosmologique (CMB) – le vestige thermique du Big Bang – a vu le jour. Les physiciens s'attendaient à ce que la température du CMB soit la même partout, mais depuis près de 10 ans, les preuves d'une anomalie déroutante du CMB se sont multipliées. Il devient clair que les fluctuations de température observées expérimentalement dans les deux hémisphères du ciel sont légèrement différentes. Cela signifie que la densité de matière et d'énergie semble varier plus fortement d'un côté du ciel que de l'autre.

Asymétrie à grande échelle

Lorsqu'elle a été repérée pour la première fois par WMAP, cette "asymétrie hémisphérique" a été mise en doute jusqu'à ce que la mission Planck la confirme de manière indépendante. Les observations montrent que si la température moyenne est la même dans les deux hémisphères, les fluctuations sont environ 10 % plus importantes d'un côté par rapport à l'autre. Bien que la signification statistique de l'anomalie soit discutable, le fait que WMAP et Planck l'aient détectée signifie qu'elle doit faire l'objet d'une enquête approfondie.

« Il semble y avoir une direction privilégiée dans l'espace ; les points chauds sont plus chauds et les points froids sont plus froids d'un côté du ciel. Bien que cela puisse être un hasard statistique, il pourrait aussi se passer quelque chose de plus », explique Andrew Liddle, physicien à l'Université d'Édimbourg. Liddle explique que l'ensemble de données CMB est complexe et que « l'œil est attiré par une chose inhabituelle et que vous vous concentrez dessus », de sorte que les anomalies et nos observations sur celles-ci comportent de nombreuses mises en garde.

En 2008, une équipe de chercheurs du California Institute of Technology aux États-Unis a proposé un modèle physique qui pourrait expliquer l'existence de l'asymétrie en termes de variation à très grande échelle de la densité de l'univers qui est observable sur un échelle de distance – qui est légèrement plus grande que la taille de l'univers observable.

Théories inflationnistes

Le modèle de l'équipe fonctionne en utilisant une version légèrement modifiée de la théorie actuelle de l'inflation, ce qui suppose que l'inflation a été causée par des fluctuations quantiques ou un champ scalaire quantique connu sous le nom d'"inflation". Au lieu de cela, la théorie modifiée inclut un champ scalaire supplémentaire qui entre en jeu sous la forme de la « curvaton ». Dans ce cas, l'inflaton contrôlerait le paramètre de densité de l'univers en expansion et garantirait qu'il reste homogène, tandis que la curvaton génère des perturbations de courbure. Ce sont ces perturbations qui expliquent l'asymétrie du CMB. Le problème avec cette théorie était que les chercheurs n'avaient aucune explication sur l'origine de la fluctuation de la courbure.

Aujourd'hui, Liddle et sa collègue Marina Corté du Lawrence Berkeley National Laboratory aux États-Unis ont publié un article dans lequel ils disent que la fluctuation de la courbure pourrait être intrinsèquement liée à la géométrie de notre univers. En particulier, ils supposent que notre univers pourrait avoir une géométrie “ouverte” ou négative. Il existe trois géométries possibles pour l'univers – ouvert, fermé ou plat – qui se produisent en fonction de la densité de l'univers. Dans un univers plat, la densité est exactement égale à la densité critique – la densité moyenne de matière requise pour que l'univers arrête simplement son expansion – et donc sa géométrie serait comme une feuille de papier et infinie dans son étendue . Un univers ouvert, en revanche, signifierait que la densité de l'univers est inférieure à la densité critique. Il peut être visualisé comme ayant une géométrie négative en forme de selle, où les lignes parallèles divergeraient.

Horizons courbes

Les preuves d'observation actuelles suggèrent que le nôtre est un univers plat. "Mais les mesures permettent toujours un univers où la densité est d'un tiers de la densité critique et où l'univers est toujours à moins de 1% d'être plat", explique Liddle. C'est le nœud de l'argument des chercheurs : il est possible que l'univers apparaisse plat mais qu'il soit en réalité courbé avec un rayon caractéristique à très grande échelle. Ce rayon de courbure du superhorizon détermine la longueur d'onde de la fluctuation de la courbure générant l'asymétrie. Ce rayon s'étend au-delà de notre horizon observable, mais pas plus d'un ordre de grandeur. "Donc, si l'univers est à moins de 1% d'être plat, alors l'échelle de courbure est trois fois plus grande que l'échelle observable, mais il pourrait y avoir des processus physiques qui y sont liés qui pourraient être mesurés", selon Liddle .

Pop la bulle

Les chercheurs soulignent ensuite que leurs fluctuations de curvaton pourraient apparaître dans un autre ensemble de théories de l'"inflation ouverte", proposées pour la première fois dans les années 1990, qui suggèrent que notre univers observable se forme comme une bulle dans un univers plus grand. Dans cette théorie, notre univers bulle est né grâce à un événement de tunnel quantique à partir d'un état de basse énergie et est piégé dans ce que Liddle décrit comme un "faux état de vide" (cliquez sur la figure ci-dessus). Les parois d'une telle bulle se dilateraient à une vitesse approchant celle de la lumière. "Donc, à l'intérieur, il nous semblerait que nous étions dans un univers ouvert, homogène et isotrope", explique Liddle, expliquant davantage qu'à l'intérieur de la bulle, le concept de temps est différent de l'extérieur. “La quantité d'inflation à l'intérieur de la bulle déterminerait à quel point elle sera ‘plat’&8230Sera-t-elle dominée par la matière noire ?…Est-ce qu'elle subira une mort thermique ?”

Il peut y avoir beaucoup d'autres univers de bulles de ce type dans le plus grand univers, mais notre bulle n'interagirait presque jamais avec eux et nous ne pourrions pas non plus voir de notre "bulle opaque" explique Liddle. Mais, l'événement initial qui a induit la naissance de notre univers bulle provoquerait également des fluctuations dans la paroi de la bulle, qui à leur tour s'impriment sur les fluctuations de la courbure.

Liddle et Cort's sont clairs sur le fait que leur théorie est actuellement "hautement spéculative" et que les données actuelles pourraient même l'exclure. Mais Liddle estime que les données de la mission Planck (d'autres seront publiées l'année prochaine) et les nouvelles données de la prochaine mission Euclid pourraient tester leur modèle. Bien que les chercheurs ne soient jamais en mesure de sonder l'univers plus vaste, ils pourraient mesurer avec succès la géométrie de notre univers à bulles et montrer son « ouverture » ​​dans les années à venir.


ɼrise cosmologique'

Les meilleurs indices sur la forme de l'univers sont incrustés dans le fond diffus cosmologique (CMB), la rémanence du Big Bang qui rayonne vers nous dans toutes les directions. Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont mesuré à plusieurs reprises les fluctuations de température dans le CMB - en effectuant essentiellement une trigonométrie à la plus grande échelle possible - et n'ont trouvé presque aucune courbure.

Un univers plat est un élément clé du modèle cosmologique standard, également connu sous le nom de modèle de matière noire froide Lambda (ΛCDM). ( Λ est la lettre grecque pour lambda, désignant l'énergie noire.) Mais, fin 2019, Alessandro Melchiorri de l'Université Sapienza de Rome et ses collègues ont publié un article concluant que les mesures du CMB par l'observatoire spatial Planck indiquent un univers fermé.

Ils ont analysé la quantité de lentilles gravitationnelles - combien la lumière du CMB a été déviée par la gravité de la matière sur son chemin - et ont trouvé un chiffre plus élevé que celui prédit par le modèle ΛCDM. Si vous supprimez l'hypothèse d'un univers plat, au lieu d'"essayer d'adapter les données au mauvais modèle", dit-il, l'écart disparaît.

La collaboration Planck (dont Melchiorri fait partie) a également détecté une anomalie de lentille mais ne l'a pas trouvée aussi significative. "C'est quelque chose avec lequel vous pouvez vivre assez facilement", explique Antony Lewis, cosmologue à l'Université du Sussex à Brighton, en Angleterre, et membre de l'équipe Planck. Comme la plupart des chercheurs, il attribue l'écart à un coup de chance statistique. "Si vous obtenez un grand ensemble de données et que vous recherchez des bizarreries", dit Lewis, "vous êtes obligé de le trouver."

Melchiorri admet qu'il « joue un peu l'avocat du diable », mais il pense que les scientifiques devraient rester humbles et ne pas rejeter purement et simplement les données de Planck. Son point n'est pas que l'univers est fermé, en soi, seulement que cette incohérence peut nous dire quelque chose d'important. Il reconnaît également les implications de cette déclaration. Lui et ses co-auteurs l'ont considéré comme une « crise cosmologique ». “Once you assume a closed universe it’s a bit of a catastrophe,” he says, “because there are many data sets that start to be in tension with [the Planck data].”


Is the shape of observable universe and shape of space same? - Astronomie

My question involves the Universe is flat theory. If there was a big bang why would the Universe be flat? I would think that the Big Bang would result in a sphere shape mass of energy, light, matter, heat, radiation, etc. and whatever else expanding outward while maintaining the shape of the sphere.

The meaning of the Big Bang has been very often misunderstood. It is thought that something exploded somewhere and then the exploded part expanded to where we are currently. This is not correct. Before the Big Bang, there was no space or time. So, there is nothing "outside" the Big Bang. The Universe simply expanded from a very small volume into a huge volume, and this expansion is occuring even today. So, the place where we are right now corresponds to some place in a very small volume in the very early Universe. Hence, the Big Bang occured EVERYWHERE in the Universe. It occured at all places including the place where we are right now.

Why does the Universe look flat? This was one of the perplexing questions in cosmology for a long time. Today, most astronomers believe in the theory of inflation (and there are pieces of evidence supporting this). According to this theory, the Universe underwent exponential expansion about 10 -30 seconds after the Big Bang. The result was that something of the size of an atom expanded to the size of the solar system by the end of the inflationary epoch.

If this were the case, irrespective of the original geometry of the Universe, it would appear flat to us. The analogy will be to take a balloon we can easily see it to be rounded now blow the balloon to a very large volume and then put a small ant on its surface. The ant will think that it is on a sheet it cannot detect the curvature. To put this in another way, the distances that we probe are way too small to detect any possible curvature in the Universe.

If as you say "the distances that we probe are way too small to detect any possible curvature in the Universe" . how can we accept recent "proofs" of a flat universe? Are all attempts to prove the flatness or otherwise of the universe limited to data collected from the observable universe? If so, and we suppose our view to be equivalent that of a short sighted ant on earth, surely it must be an impossibility to find such a proof, unless of course information can travel faster than light.

First, you have to distinguish between "universe" and "observable universe". Technically, "universe" constitutes everything that exists, while "observable universe" constitutes everything that exists within our horizon (that is, the volume of the universe within which light has had time to reach us). Every observation we can ever make is confined to the observable universe, and we have no way of knowing for sure what's happening beyond the horizon. But many people use "universe" as shorthand for "observable universe", which can create some confusion. So when we say "WMAP provides strong evidence that the universe is flat", we really mean "WMAP provides strong evidence that the observable universe is flat".

However, according to inflationary theory, even if the universe has some curvature, the observable universe should be flat at the level at which we're capable of measuring it. But we don't *know* that inflationary theory is correct. So yes, it is important to do experiments like the one performed by WMAP. If we were to detect deviations from flatness in the observable universe, then it would provide evidence against inflation.

Cette page a été mise à jour le 27 juin 2015.

A propos de l'auteur

Jagadheep D. Pandian

Jagadheep a construit un nouveau récepteur pour le radiotélescope d'Arecibo qui fonctionne entre 6 et 8 GHz. Il étudie les masers au méthanol à 6,7 GHz dans notre Galaxie. Ces masers se produisent sur des sites où naissent des étoiles massives. Il a obtenu son doctorat de Cornell en janvier 2007 et a été stagiaire postdoctoral à l'Institut Max Planck de radioastronomie en Allemagne. Après cela, il a travaillé à l'Institut d'astronomie de l'Université d'Hawaï en tant que boursier postdoctoral submillimétrique. Jagadheep est actuellement à l'Institut indien de science et de technologie spatiales.


The Universe is the Same, Everywhere We Look. Even More than Cosmologists Predicted

No matter which direction you look in the Universe, the view is basically the same if you look far enough. Our local neighborhood is populated with bright nebulae, star clusters, and dark clouds of gas and dust. There are more stars toward the center of the Milky Way than there are in other directions. But across millions, and billions, of light-years, galaxies cluster evenly in all directions, and everything starts to look the same. In astronomy, we say the Universe is homogeneous and isotropic. Put another way, the Universe is smooth.

The edge of the observable universe mapped onto a celestial sphere. Credit: Planck Collaboration

This doesn’t mean the Universe is perfectly smooth at large scales. Even at the most distant edge of the visible Universe, there are small fluctuations. Observation of the Cosmic Microwave Background (CMB) shows minor variations in temperature caused by areas of higher and lower density that existed in the early Universe. This is precisely what we would expect. In fact, the scale of CMB fluctuations allows us to measure dark matter and dark energy.

Large surveys of the cosmos show it is homogeneous. Credit: 2dF Galaxy Redshift Survey

The distribution of galaxies also isn’t perfectly smooth. They are grouped into superclusters separated by voids of mostly empty space. The small density fluctuations seen in the CMB laid the seeds for galaxy clusters to form. According to the LCDM model of cosmology, early galaxies were drawn toward more dense regions. As the Universe expanded over billions of years, the current structure of superclusters and voids formed. Since the scale of CMB clusters gave rise to galaxy clusters, measurements of the CMB allow us to predict the size of superclusters. In other words, the level of smoothness in the early Universe makes a prediction about the smoothness of galaxy clusters we should see.

But a new study of galaxies finds that our prediction doesn’t quite agree with what we observe. The Kilo-Degree Survey (or KiDS) has mapped more than 31 million galaxies within 10 billion light-years. The survey covers about half the age of the Universe and gives us the positions of these galaxies and their statistical “clumpiness.” Using the KiDS data, a team has found that galaxies are about 10% more homogeneous than predicted. The Universe is smoother than we thought, and it isn’t clear why.

Part of the KiDS map, showing variations in cosmic density. Credit: B.Giblin, K.Kuijken and the KiDS team

While the result is clear, it isn’t particularly strong by rigorous scientific standards. There is a small chance that galaxies just happened to be more evenly distributed by random chance. But this result could also hint at some kind of new physics or flaw in our current cosmological model. There have been a few hints like this. Enough that astronomers are starting to look at alternatives.

But for now, the best option is to keep gathering data. The answer is out there, and with careful observations like these, we will eventually find it.


Is Space Curved? Can We See The Milky Way In The Past?

Is it possible that space-time is curved in such a way that one (or many) of the galaxies we see in telescopes is actually our own Milky Way a few billion years earlier?

This infrared view reveals galaxies far, far away that existed long, long ago. Taken by the Near . [+] Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer aboard the NASA/ESA Hubble Space Telescope, the image is part of the Hubble Ultra Deep Field survey, the deepest portrait ever taken of the universe.

It is mathematically possible for a universe to be shaped this way, but not our Universe. Our Universe is as close to flat as we can measure right now, though it’s only possible for it to be très slightly curved, considering the wiggle room we have remaining on our measurements.

The universe that you describe could be round, donut-shaped or cylindrical some shape where at least in one direction, it connects back to itself. These aren’t your only options for a universe - you could also invent a saddle shaped or other, more exotic shape to place your universe in.

For now, let’s roll with a cylindrical universe. And let’s put a star somewhere on the surface. If the light from this star is going along the length of the cylinder, all it can ever do is go out, because the surface is flat in that direction there’s no curve or loop. This flat, uncurved behavior is how we believe our Universe behaves in every direction. Light in our Universe departs its star, and travels in a straight line forever (as far as we can tell) unless it is intercepted by another astrophysical object, another star, planet, or telescope detector.

However, the light that leaves our star in the cylindrical universe has one other option. The light that goes in the other direction - around the curve of the cylinder - will also travel in a straight path. But this path loops back on itself, and if the light doesn’t hit anything else, after it has completed its tour of the cylinder’s circumference, it will arrive back where it began, on the other side of the star, delayed by the length of time it took to do its loop.

The three possible geometries of space. At the top is a sphere, followed by a saddle-shaped . [+] universe, and then flat. Each geometry will affect the path of light traveling through it.

What happens if you make your universe spherical? It’s a very similar thing, except now every path that light can take will loop back onto itself, given enough time. There’s another curious thing about the light this time, though, which is that the beams of light, even though they’re all travelling “out”, will all cross each other at some other point on the sphere. If the star was on a flat surface, these beams of light would only ever get further apart there’s nothing that would ever curve the light back towards each other.

In our Universe, we know that there’s no bending of the light as it comes through space (this is from an analysis of the map of the oldest light in the Universe) beyond what you would expect from gravitational forces. This lack of a large scale-bending rules out the spherical and saddle-shaped options, and all that’s left are the ones which can be considered flat. While we can’t observe the entire universe to objectively figure out what the global shape of the entire thing is, we know that on the scales of the observable universe, our Universe is pretty darn flat.

This artist’s impression shows how photons in the Cosmic Microwave Background (CMB, as detected by . [+] ESA’s Planck space telescope) are deflected by the gravitational lensing effect of massive cosmic structures as they travel across the Universe.

ESA and the Planck Collaboration

How do we know that the Universe isn’t a tightly rolled cylinder? Well, we can’t rule out a gigantic cylinder, but it would have to be so large that we couldn’t ever detect a difference between light going “out” along the length of the cylinder and the light going “around”, because as far as we can observe, the Universe is the same in every direction. If there were a preferred direction, where the Universe appeared considerably younger than in the other direction, then we’d get suspicious of a cylindrical shape. But since there’s no evidence for that, we usually describe our Universe as an unwarped, three dimensional, grid. And with that kind of shape, we don’t expect any of the light from the distant universe to be taking a looping path to show us our own Milky Way.


Shape of the universe

The shape of the universe, is the local and global geometry of the universe. The local features of the geometry of the universe are primarily described by its curvature, whereas the topology of the universe describes general global properties of its shape as of a continuous object. The spatial curvature is related to general relativity, which describes how spacetime is curved and bent by mass and energy, while the spatial topology cannot be determined from its curvature locally indistinguishable spaces with different topologies exist mathematically.

The shape of the entire universe can be described with three attributes:

  • Finite or infinite
  • Flat (zero curvature), open (negative curvature), or closed (positive curvature)
  • Connectivity, how the universe is put together, i.e., simply connected space or multiply connected.

There are certain logical connections among these properties. For example, a universe with positive curvature is necessarily finite. Although it is usually assumed in the literature that a flat or negatively curved universe is infinite, this need not be the case if the topology is not the trivial one: for example, a three-torus is flat but finite.

The exact shape is still a matter of debate in physical cosmology, but experimental data from various independent sources (WMAP, BOOMERanG, and Planck for example) confirm that the universe is flat with only a 0.4% margin of error.

In formal terms, this is a 3-manifold model corresponding to the spatial section (in comoving coordinates) of the four-dimensional spacetime of the universe. The model most theorists currently use is the Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker (FLRW) model. Arguments have been put forward that the observational data best fit with the conclusion that the shape of the global universe is infinite and flat, but the data are also consistent with other possible shapes, such as the so-called Poincaré dodecahedral space and the Sokolov–Starobinskii space (quotient of the upper half-space model of hyperbolic space by 2-dimensional lattice).

The observable universe can be thought of as a sphere that extends outwards from any observation point for 46.5 billion light years, going farther back in time and more redshifted the more distant away one looks. Ideally, one can continue to look back all the way to the Big Bang in practice, however, the farthest away one can look using light and other electromagnetic radiation is the cosmic microwave background (CMB), as anything past that was opaque. Experimental investigations show that the observable universe is very close to isotropic and homogeneous.

Global structure covers the geometry and the topology of the whole universe—both the observable universe and beyond. While the local geometry does not determine the global geometry completely, it does limit the possibilities, particularly a geometry of a constant curvature.

The universe is often taken to be a geodesic manifold, free of topological defects relaxing either of these complicates the analysis considerably. A global geometry is a local geometry plus a topology. It follows that a topology alone does not give a global geometry: for instance, Euclidean 3-space and hyperbolic 3-space have the same topology but different global geometries. As stated in the introduction, investigations within the study of the global structure of the universe include:


Hyperbolic Geometry

Unlike the sphere, which curves in on itself, hyperbolic geometry opens outward. It’s the geometry of floppy hats, coral reefs and saddles. The basic model of hyperbolic geometry is an infinite expanse, just like flat Euclidean space. But because hyperbolic geometry expands outward much more quickly than flat geometry does, there’s no way to fit even a two-dimensional hyperbolic plane inside ordinary Euclidean space unless we’re willing to distort its geometry. Here, for example, is a distorted view of the hyperbolic plane known as the Poincaré disk:

From our perspective, the triangles near the boundary circle look much smaller than the ones near the center, but from the perspective of hyperbolic geometry all the triangles are the same size. If we tried to actually make the triangles the same size — maybe by using stretchy material for our disk and inflating each triangle in turn, working outward from the center — our disk would start to resemble a floppy hat and would buckle more and more as we worked our way outward. As we approached the boundary, this buckling would grow out of control.

From the point of view of hyperbolic geometry, the boundary circle is infinitely far from any interior point, since you have to cross infinitely many triangles to get there. So the hyperbolic plane stretches out to infinity in all directions, just like the Euclidean plane. But in terms of the local geometry, life in the hyperbolic plane is very different from what we’re used to.

In ordinary Euclidean geometry, the circumference of a circle is directly proportional to its radius, but in hyperbolic geometry, the circumference grows exponentially compared to the radius. We can see that exponential pileup in the masses of triangles near the boundary of the hyperbolic disk.

Because of this feature, mathematicians like to say that it’s easy to get lost in hyperbolic space. If your friend walks away from you in ordinary Euclidean space, they’ll start looking smaller, but slowly, because your visual circle isn’t growing so fast. But in hyperbolic space, your visual circle is growing exponentially, so your friend will soon appear to shrink to an exponentially small speck. If you haven’t tracked your friend’s route carefully, it will be nearly impossible to find your way to them later.

And in hyperbolic geometry, the angles of a triangle sum to less than 180 degrees — for example, the triangles in our tiling of the Poincaré disk have angles that sum to 165 degrees:

The sides of these triangles don’t look straight, but that’s because we’re looking at hyperbolic geometry through a distorted lens. To an inhabitant of the Poincaré disk these curves are the straight lines, because the quickest way to get from point A to point B is to take a shortcut toward the center:

There’s a natural way to make a three-dimensional analogue to the Poincaré disk — simply make a three-dimensional ball and fill it with three-dimensional shapes that grow smaller as they approach the boundary sphere, like the triangles in the Poincaré disk. And just as with flat and spherical geometries, we can make an assortment of other three-dimensional hyperbolic spaces by cutting out a suitable chunk of the three-dimensional hyperbolic ball and gluing together its faces.

Is Our Universe Hyperbolic?

Hyperbolic geometry, with its narrow triangles and exponentially growing circles, doesn’t feel as if it fits the geometry of the space around us. And indeed, as we’ve already seen, so far most cosmological measurements seem to favor a flat universe.

But we can’t rule out the possibility that we live in either a spherical or a hyperbolic world, because small pieces of both of these worlds look nearly flat. For example, small triangles in spherical geometry have angles that sum to only slightly more than 180 degrees, and small triangles in hyperbolic geometry have angles that sum to only slightly less than 180 degrees.

That’s why early people thought the Earth was flat — on the scales they were able to observe, the curvature of the Earth was too minuscule to detect. The larger the spherical or hyperbolic shape, the flatter each small piece of it is, so if our universe is an extremely large spherical or hyperbolic shape, the part we can observe may be so close to being flat that its curvature can only be detected by uber-precise instruments we have yet to invent.


Voir la vidéo: Syksy Räsänen - Näkymätön luuranko - pimeä aine maailmankaikkeudessa (Février 2023).