Astronomie

Le Big Crunch a-t-il été exclu ?

Le Big Crunch a-t-il été exclu ?

Si l'équation d'état de l'énergie noire $omega$ évolue avec le temps et devient plus grande, cela entraînerait une expansion ralentie et éventuellement un Big Crunch. Si $omega$ diminue avec le temps, devenant plus négatif, alors un Big Rip se produirait. Je comprends que le Big Rip n'a pas encore été exclu par les observations actuelles, mais j'entends souvent que le Big Crunch a été exclu puisque nous savons que l'univers est en expansion (et en accélération).

Si le Big Rip ne peut pas être exclu actuellement, alors comment le Big Crunch peut-il être exclu ? Ne devraient-ils pas encore être tous les deux sur la table, à moins que nous puissions en déduire dans quelle direction $omega$ évolue sous un modèle quintessence ?


Le Big Rip se produit si l'équation d'état de l'énergie noire a $p/ ho = w<-1$, et toutes les données empiriques nous donnent $wenviron -1$. Un Big Crunch nécessite une valeur assez élevée de $w$ (elle doit dépasser -1/3 pour simplement arrêter l'accélération), mais bien sûr, si l'énergie noire change avec le temps, cela pourrait le faire.

Donc, exclure provisoirement les Big Crunches est la chose raisonnable à faire étant donné les preuves d'observation et l'hypothèse que l'avenir ne sera pas très différent. Si l'on pense que nous devrions être plus ouverts au changement d'énergie noire (qui ne sera pas limité par l'observation dans un avenir prévisible), alors nous devrions également être plus ouverts à $w$ traversant la frontière de Big Rip.


Comment un « Big Crunch » est-il possible ?


Expérience de pensée simplifiée : Imaginez que l'univers soit rempli de particules de manière homogène. Nous pouvons calculer la force sur une particule donnée comme la force due à la gravité de toutes les autres particules dans une sphère de l'univers visible qui l'entoure. Puisque cette particule est au centre de cette sphère de visibilité, la force nette sera de 0. Appliquez cette même logique à toutes les autres particules de l'univers et vous continuerez à obtenir une force gravitationnelle nette de 0. Par conséquent, toute matière se comportera comme un état stable sans expansion ni contraction dans ce modèle simple.

Cela semble avoir un effet similaire pour un univers non homogène également. Au fur et à mesure que la sphère de visibilité s'étend, vous vous attendriez à obtenir un regroupement local, avec peut-être des touffes de plus en plus grosses à mesure que la visibilité augmente, mais il n'y aurait pas de Big Crunch.

Pensées? Cette simple affirmation me tracasse depuis plusieurs années. Quelqu'un peut-il indiquer où l'argument échoue, le cas échéant ?


La théorie du Big Crunch a-t-elle été réfutée ?

Je ne suis pas très doué en science, mais je connais les bases de la théorie du Big Crunch. Mon frère et moi nous sommes disputés pour savoir si la théorie a été réfutée. Je n'ai trouvé aucune preuve indiquant que cela avait été le cas, mais il dit que cela a été officiellement réfuté, alors je voulais un peu d'aide pour déterminer qui avait raison.

Cela a été fondamentalement exclu par la découverte en 1997 de l'accélération de l'expansion de l'univers, compte tenu de ce que nous savons de la physique. Si notre compréhension de la physique des hautes énergies change, cela pourrait aussi changer.

Alors, n'y a-t-il aucune preuve d'un ralentissement de l'élan d'expansion, c'est-à-dire que l'univers s'étend toujours au même rythme qu'au moment après le big bang ?

N'est-il pas possible que l'échelle de temps d'un quelconque ralentissement soit tout simplement trop grande pour l'observer ? Ou remarquerions-nous une petite réduction de la vitesse d'expansion ?

Tout ce que nous pouvons dire, c'est que l'expansion de l'univers s'accélère actuellement et devrait le faire à l'avenir avec nos modèles actuels. Si la théorie des cordes s'avère correcte, il est possible que l'univers finisse par décélérer et craquer.

Cela m'étonne toujours que j'aie vécu assez longtemps pour qu'un modèle évolutif de l'univers soit exclu.

Quand j'étais plus jeune, j'étais obsédé par l'univers et j'ai appris le big bang, le grand crunch ultérieur, supposé. Puis j'ai entendu parler de la grosse déchirure (trop d'accélération) et maintenant enfin, la mort par la chaleur. Environ 7 ans après que le grand resserrement ait été exclu, les livres sur l'espace pour les jeunes accusent un retard important.

Je connais les bases de la théorie du Big Crunch. Mon frère et moi nous sommes disputés pour savoir si la théorie a été réfutée

Le "Big Crunch" n'a jamais été une théorie scientifique, ce n'était qu'une proposition ou une hypothèse.

En cosmologie physique, le Big Crunch est un scénario possible pour le destin ultime de l'univers, dans lequel l'expansion métrique de l'espace finit par s'inverser et l'univers se réeffondre, se terminant finalement par une singularité de trou noir ou provoquant une reformation de l'univers commençant par un autre Big Bang.

En science, une théorie scientifique est une explication bien étayée de certains aspects du monde naturel, basée sur des connaissances qui ont été confirmées à plusieurs reprises par l'observation et l'expérimentation.

L'hypothèse du Big Crunch n'est pas basée sur la connaissance et n'a jamais été confirmée par des observations ou des expériences du tout.


Réponses et réponses

Je me souviens avoir lu il y a quelque temps qu'en 2001, ils ont découvert que la vitesse d'expansion de l'univers s'accélérait. Selon les modèles actuels, cela signifierait que l'univers pourrait s'étendre pour toujours et peut-être même se déchirer. Mais alors, il y a encore un débat pour savoir si cela va continuer ou non à s'accélérer.

Pour l'instant, voici à quoi ressemble l'avenir de l'Univers :

1) Les galaxies seront si éloignées qu'un jour nous ne pourrons plus voir d'autre que la nôtre.

2) Finalement, toutes les étoiles mourront, ne laissant que des naines brunes, des étoiles mortes et des trous noirs.

3) Toute matière finira par se désintégrer et se scinder en particules subatomiques.

4) Finalement, il ne restera plus que des trous noirs et la température de l'univers passera au zéro absolu, atteignant un état de désordre complet dans lequel tout est à la même température.

Je ne vois pas comment tout ira au zéro absolu ou sera à la même température. Si l'énergie noire continue d'accélérer l'expansion de l'univers, n'y aurait-il pas des régions locales de l'univers où il y aurait toujours des photons pour le chauffer.

Beaucoup ont suggéré un grand resserrement gravitationnel de l'univers si l'énergie noire diminue avec le temps et que l'expansion de l'univers est ralentie à un point tel que la gravité prend le relais en tant que force principale avec sa force d'attraction négative. Cela signifie que l'univers finirait par s'agréger en une masse géante qui deviendrait de plus en plus petite et donc extrêmement dense. Certains penseraient que cette masse extrêmement dense exploserait alors dans un nouveau big bang. Et ainsi va le cycle.

En tant que théorie, c'est un point de vue philosophique intéressant sur l'univers dans son ensemble, mais l'énergie noire ne montre aucun signe de déclin de son influence sur l'univers à l'heure actuelle, donc le gros problème sera difficile à prouver pour les scientifiques :)

La « grande déchirure » se produit dans les modèles cosmologiques dans lesquels le facteur d'échelle de l'univers atteint une taille infinie à un temps fini. Pour être technique, cela se produit si la limite de l'équation d'état de l'énergie noire lorsque t tend vers l'infini est inférieure à -1. C'est ce qu'on appelle souvent « l'énergie fantôme ».

La façon de penser à la grande déchirure est comme ceci. Les structures liées, comme les galaxies et les amas de galaxies, ne participent pas à l'expansion générale de l'univers, car le puits gravitationnel local dans lequel elles se trouvent domine l'expansion globale. Au fur et à mesure que l'expansion de l'univers s'accélère dans les cosmologies fantômes, l'influence de l'expansion globale augmente et la taille du potentiel local bien nécessaire pour surmonter cela augmente.

Par conséquent, d'abord les amas de galaxies deviennent déliés, puis les galaxies elles-mêmes, puis les systèmes solaires, les étoiles, les molécules, les atomes, les particules subatomiques.

Littéralement, tout dans l'univers est déchiré à un moment donné. Pour les modèles d'énergie fantôme qui n'ont pas été exclus d'une grande importance par les données actuelles, de mémoire ce point dans environ 30 milliards d'années, bien que cela dépende de nombreuses valeurs de paramètres différentes exactement quand ce sera.

Wallace, merci pour une excellente déclaration claire.
De nos jours, une bonne partie de la littérature sur la cosmologie semble concerner la réduction des barres d'erreur sur w

Mon impression est que mieux ils mesurent, plus il semble probable que w ne soit PAS inférieur à -1. Ainsi, les scénarios "d'énergie fantôme" avec w < -1 sont pris moins au sérieux maintenant AFAICS qu'ils ne l'étaient, disons il y a 3 ou 4 ans.

Je vais essayer de repêcher quelques liens vers des travaux d'observation récents contraignant w.
Si vous connaissez quelque chose de particulièrement bon désinvolte, je l'apprécierais.

Si je comprends bien, le modèle que les cosmologues privilégient de nos jours, à savoir le LambdaCDM plat, a w exactement égal à -1
comme ce serait le cas si l'énergie noire était un terme pur Lambda (constante cosmologique).

Voici une référence qui parle de contraintes sur w, et cite des travaux d'observation récents.
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0701584
Contraintes sur l'énergie noire des supernovae, les rafales de rayons gamma, les oscillations acoustiques, la nucléosynthèse et la structure à grande échelle et la constante de Hubble
Edward L. Wright (UCLA)
17 pages, 8 figures. Soumis à l'ApJ

La figure 7 à la page 11 est particulièrement intéressante.
Il semble que le meilleur ajustement soit autour de -0,9. donc on est susceptible soit de supposer qu'il est exactement -1 ou, sinon, alors supérieur à -1,
donc pas de grosse déchirure dans les deux cas.

"La distance de luminosité en fonction de la loi de décalage vers le rouge est maintenant mesurée à l'aide de sursauts de supernovae et de rayons gamma, et la distance de taille angulaire est mesurée à la surface de la dernière diffusion par le CMB et à z = 0,35 par les oscillations acoustiques baryoniques. Dans cet article, ces données sont adaptées aux modèles d'équation d'état avec w = -1, w = const et w(z) = w_0+w_a(1-a). Un modèle LambdaCDM plat est cohérent avec toutes les données."

Marcus, vous avez raison de suggérer qu'une grande partie de la cosmologie se concentre aujourd'hui sur la découverte de w, et oui, les contraintes se sont resserrées ces dernières années, bien que le prochain saut de contraintes devra attendre les enquêtes de la prochaine génération, dans environ 5 ans au mieux.

Il y a aussi beaucoup de problèmes théoriques avec l'énergie noire w <-1, car elle viole une série de principes physiques, donc ce ne sont pas seulement les observations qui la défavorisent.

Néanmoins, l'énergie fantôme n'est pas exclue par les données actuelles d'une signification significative, bien que peu de cosmologistes parient qu'elle s'avère être le candidat gagnant de l'énergie noire !

Le modèle LCDM est le modèle le plus privilégié compte tenu des données actuelles car il s'adapte bien aux données avec relativement peu de paramètres, 6 au total décrivant l'univers entier, plutôt chouette hein ! L'extension du modèle LCDM à 7 paramètres en permettant à w d'être libre de trouver sa meilleure valeur d'ajustement donne une valeur de meilleur ajustement de pas tout à fait -1. Cependant, à l'aide de tests statistiques, il est possible de juger si les données sont « assez bonnes » pour justifier le paramètre supplémentaire. Plus de paramètres vous donnent plus de liberté pour ajuster le modèle pour s'adapter aux données. Vous devez donc vous assurer que l'ajustement s'est suffisamment amélioré pour justifier l'inclusion du paramètre supplémentaire.

À l'heure actuelle, laisser w libre ne passe pas ce test, les données ne sont tout simplement pas assez bonnes pour le justifier, en disant essentiellement que nous ne pouvons pas encore dire avec certitude quelle valeur w a. w=-1 est un bon choix d'un point de vue théorique et comme il est à peu près cohérent avec les données, le modèle LCDM est la meilleure estimation actuelle. Ne soyez pas surpris si cela change à l'avenir cependant !

La « grande déchirure » se produit dans les modèles cosmologiques dans lesquels le facteur d'échelle de l'univers atteint une taille infinie à un temps fini. Pour être technique, cela se produit si la limite de l'équation d'état de l'énergie noire lorsque t tend vers l'infini est inférieure à -1. C'est ce qu'on appelle souvent « l'énergie fantôme ».

La façon de penser à la grande déchirure est comme ceci. Les structures liées, comme les galaxies et les amas de galaxies, ne participent pas à l'expansion générale de l'univers, car le puits gravitationnel local dans lequel elles se trouvent domine l'expansion globale. Au fur et à mesure que l'expansion de l'univers s'accélère dans les cosmologies fantômes, l'influence de l'expansion globale augmente et la taille du potentiel local bien nécessaire pour surmonter cela augmente.

Par conséquent, d'abord les amas de galaxies se délient, puis les galaxies elles-mêmes, puis les systèmes solaires, les étoiles, les molécules, les atomes, les particules subatomiques.

Littéralement, tout dans l'univers est déchiré à un point fini dans le temps. Pour les modèles d'énergie fantôme qui n'ont pas été exclus d'une grande importance par les données actuelles, de mémoire ce point dans environ 30 milliards d'années, bien que cela dépende de nombreuses valeurs de paramètres différentes exactement quand ce sera.

Très bel article, je vais voir si j'ai bien compris.

Êtes-vous en train de dire que l'expansion générale de l'Univers, guidée par l'accélération de l'énergie noire, déchirera un jour tous les objets de l'Univers, à savoir les amas, les galaxies, les systèmes solaires, et même la matière elle-même ?

Ainsi, les nucléons de liaison à la force nucléaire forte seraient-ils usurpés par la force d'expansion de l'ED ?

J'ai du mal à imaginer cela, si je comprends bien.

Très bel article, je vais voir si j'ai bien compris.

Êtes-vous en train de dire que l'expansion générale de l'Univers, guidée par l'accélération de l'énergie noire, déchirera un jour tous les objets de l'Univers, à savoir les amas, les galaxies, les systèmes solaires, et même la matière elle-même ?

Ainsi, les nucléons de liaison à la force nucléaire forte seraient-ils usurpés par la force d'expansion de l'ED ?

J'ai du mal à imaginer cela, si je comprends bien.

Pas tout à fait, rappelez-vous qu'un Big Rip ne se produira que si l'énergie noire a une propriété particulière, à savoir que son équation d'état est inférieure à -1. Ceci n'est pas exclu par les données actuelles, cependant une équation d'état supérieure à -1 est préféré par les données. Donc, le meilleur pari est qu'un Big Rip ne se produira pas, mais ce pari est loin d'être certain. De plus, il y a les problèmes théoriques liés à l'existence d'énergie avec un EOS inférieur à -1.

En ce qui concerne ce qui arrive aux particules maintenues ensemble par la force forte, rappelez-vous que nous n'avons pas de théorie quantique de la gravité, donc cela devient un peu trouble. Ce que nous pouvons dire, c'est que les équations de la relativité générale régissent l'expansion de l'univers, et elles prédisent qu'au moment de la Grande Déchirure, une Force Quatre infinie est nécessaire pour empêcher la distance entre deux objets de devenir infinie.

Maintenant, en relativité générale, nous pouvons décrire phénoménologiquement les autres forces sur la nature comme fournissant quatre forces. Par exemple, lorsque les forces de marée gravitationnelles vous déchirent lorsque vous plongez dans un trou noir, la force de marée doit vaincre les forces électrostatiques qui vous maintiennent ensemble (c'est-à-dire les liaisons chimiques entre les atomes de votre corps). La même chose se produit dans un Big Rip, essentiellement la Force qui vous déchire est une force de marée gravitationnelle qui devient infinie, surmontant toute force finie fournie par la force forte ou toute autre qui maintient les particules ensemble.

Maintenant, il y a en fait plusieurs problèmes avec cela. Le Big Rip est une singularité, et en tant que tel, nous devrions nous méfier de la solution. Tout comme les solutions de singularité plus connues de la relativité générale (le Big Bang et les trous noirs), nous savons que la relativité générale ne nous donne pas une image complète et nous avons besoin de la gravité quantique pour révéler tous les détails. La raison en est que GR traite bien des choses à grande échelle où la gravité domine et que les effets QM peuvent être traités en bloc plutôt qu'individuellement (c'est-à-dire traiter les autres forces et seulement quatre forces entre les particules) et QM traite des choses à petite échelle où la gravité joue essentiellement aucune partie. Lorsque la gravité est importante à petite échelle, aucune théorie n'est valide ! Ceci est vrai pour les trois solutions singulières mentionnées ci-dessus.

Ainsi, lorsqu'un cosmologiste (comme moi) dit que dans un Big Rip, tout est déchiré jusque dans les plus petites particules, sachez que nous n'avons pas la théorie complète pour décrire cette situation.


Demandez à Ethan : L'univers peut-il encore se terminer par un gros resserrement ?

Un « Big Bounce » nécessite une phase de repli (c'est-à-dire un Big Crunch) suivie d'une phase d'expansion . [+] (qui ressemble à un nouveau Big Bang).

E. Siegel, dérivé d'Ævar Arnfjörð Bjarmason

L'une des plus grandes avancées du 20e siècle a été d'identifier exactement à quel point notre Univers est riche, vaste et massif. Avec environ deux mille milliards de galaxies contenues dans un volume d'environ 46 milliards d'années-lumière de rayon centré sur nous, notre Univers Observable nous permet de reconstituer l'intégralité de notre histoire cosmique, remontant jusqu'au Big Bang et même, peut-être, légèrement avant que. Mais qu'en est-il de l'avenir ? Qu'en est-il du sort de l'Univers ? Est-ce une certitude ? C'est ce qu'Andy Moss veut savoir, comme il demande :

Vous [écrivez] que l'Univers s'étend à un rythme décroissant. Je pensais qu'un prix Nobel avait été décerné pour la « découverte » que l'Univers s'étendait à un rythme croissant. Pouvez-vous s'il vous plaît clarifier les principales théories? Le « Big Crunch » est-il encore une possibilité ?

Le meilleur prédicteur du comportement futur est le comportement passé, c'est vrai. Mais tout comme les gens peuvent parfois nous surprendre, l'Univers pourrait aussi nous surprendre.

Après le Big Bang, l'Univers était presque parfaitement uniforme et plein de matière, d'énergie et de . [+] rayonnement dans un état en expansion rapide. L'évolution de l'Univers à tout moment est déterminée par la densité énergétique de ce qu'il contient.

Le taux d'expansion de l'Univers, à tout moment dans le temps, ne dépend que de deux choses : la densité d'énergie totale présente dans l'espace-temps et la quantité de courbure spatiale présente. Si nous comprenons les lois de la gravitation et comment les différents types d'énergie évoluent dans le temps, nous pouvons reconstituer ce que le taux d'expansion aurait dû être à tout moment dans le passé. Nous pouvons également observer une variété d'objets distants à différentes distances et mesurer comment cette lumière a été étirée en raison de l'expansion de l'espace. Chaque galaxie, supernova, nuage de gaz moléculaire, etc. - tout ce qui absorbe ou émet de la lumière - racontera l'histoire cosmique de la façon dont l'expansion de l'espace l'a étiré depuis son émission jusqu'à ce que nous l'observions.

Plus une galaxie est éloignée, plus elle s'éloigne de nous rapidement et plus sa lumière se déplace vers le rouge, . [+] nécessitant que nous regardions des longueurs d'onde de plus en plus longues.

Larry McNish de RASC Calgary Centre

Nous avons pu conclure, à partir d'une variété de lignes d'observation indépendantes, exactement de quoi l'Univers est fait. Les trois grandes lignes d'observation indépendantes sont :

  • Les fluctuations de température présentes dans le fond diffus cosmologique, qui codent des informations sur la courbure de l'Univers, la matière normale, la matière noire, les neutrinos et la densité totale.
  • Les corrélations entre les galaxies aux plus grandes échelles - connues sous le nom d'oscillations acoustiques baryoniques - qui donnent des mesures très strictes de la densité de matière totale, du rapport matière normale/matière noire et du taux d'expansion dans le temps.
  • Et les bougies standard lumineuses les plus éloignées de l'Univers, la supernova de type Ia, qui nous renseignent sur le taux d'expansion et l'énergie noire au fil du temps.

Les bougies standard (L) et les règles standard (R) sont deux techniques différentes que les astronomes utilisent pour mesurer . [+] l'expansion de l'espace à divers moments/distances dans le passé.

Ces éléments de preuve, combinés, pointent tous vers une image cohérente de l'Univers. Ils nous disent ce qu'il y a dans l'Univers aujourd'hui, et nous donnent une cosmologie où :

  • 4,9% de l'énergie de l'Univers est dans la matière normale (comme les protons, les neutrons et les électrons),
  • 0,1% de l'énergie de l'Univers est sous forme de neutrinos massifs (qui agissent comme de la matière aux temps tardifs et des rayonnements aux temps anciens),
  • 0,01 % de l'énergie de l'Univers est sous forme de rayonnement (comme les photons),
  • 27% de l'énergie de l'Univers est sous forme de matière noire, et
  • 68% est sous forme d'énergie inhérente à l'espace lui-même : l'énergie noire.

Ils nous donnent un Univers plat (avec une courbure de 0%), un Univers sans défauts topologiques (monopoles magnétiques, cordes cosmiques, parois de domaine ou textures cosmiques), et un Univers dont l'histoire d'expansion passée est connue.

L'importance relative des différentes composantes énergétiques de l'Univers à divers moments du passé. . [+] À l'avenir, l'énergie noire approchera les 100% d'importance.

Les équations qui régissent la Relativité Générale sont très déterministes en ce sens : si nous savons de quoi est fait l'Univers aujourd'hui et les lois de la gravité, nous savons exactement à quel point chaque composant était important à chaque moment dans le passé. Très tôt, les radiations et les neutrinos ont dominé. Pendant des milliards d'années, la matière noire et la matière normale étaient les éléments les plus importants. Et depuis quelques milliards d'années - et cela s'aggravera avec le temps - l'énergie noire est le facteur dominant de l'expansion de l'Univers. Cela provoque une accélération de l'Univers, et c'est là que la confusion (pour la plupart des gens) commence.

Destins possibles de l'Univers en expansion. Remarquez les différences des différents modèles dans le passé.

La perspective cosmique / Jeffrey O. Bennett, Megan O. Donahue, Nicholas Schneider et Mark Voit

Il y a deux choses que nous pouvons mesurer en ce qui concerne l'expansion de l'Univers : le taux d'expansion et la vitesse à laquelle une galaxie individuelle semble reculer de notre point de vue. Ceux-ci sont liés, mais ils ne sont pas les mêmes. Le taux d'expansion, d'une part, parle de la façon dont le tissu de l'espace lui-même s'étire au fil du temps. Elle est toujours quantifiée en tant que vitesse par unité de distance, qui est généralement donnée en kilomètres par seconde (la vitesse) par mégaparsec (la distance), où un mégaparsec est d'environ 3,26 millions d'années-lumière.

Comment la matière (en haut), le rayonnement (au milieu) et une constante cosmologique (en bas) évoluent tous avec le temps dans . [+] un Univers en expansion.

E. Siegel / Au-delà de la Galaxie

S'il n'y avait pas d'énergie noire, le taux d'expansion chuterait avec le temps, s'approchant de zéro, car la densité de matière et de rayonnement chuterait à zéro à mesure que le volume se dilate. Mais avec l'énergie noire, ce taux d'expansion se rapproche de la densité d'énergie de l'énergie noire. Si l'énergie noire, par exemple, est une constante cosmologique, alors le taux d'expansion asymptote à une valeur constante. Mais si c'est ce que fait le taux d'expansion, alors les galaxies individuelles qui s'éloignent de nous verront leur vitesse s'accélérer.

Image optique de la lointaine galaxie Markarian 1018, avec une superposition de données VLT (radio).

Imaginez que le taux d'expansion ait une valeur : 50 km/s/Mpc. Si une galaxie est à 20 Mpc, alors elle semble s'éloigner de nous à 1 000 km/s. Mais donnez-lui du temps à mesure que le tissu de l'espace s'étend, cette galaxie finira par s'éloigner de nous. Avec le temps, il sera deux fois plus éloigné, à 40 Mpc de nous, il semblera reculer à 2 000 km/s. Sur encore plus de temps, il sera dix fois plus loin qu'il a commencé : 200 Mpc, là où il recule désormais à 10 000 km/s. Au moment où il atteint une distance de 6 000 Mpc de nous, il semblera reculer à 300 000 km/s, ce qui est plus rapide que la vitesse de la lumière. Mais cela continue et plus le temps passe, plus la galaxie semble s'éloigner de nous rapidement. C'est ce qui « accélère » dans l'Univers : le taux d'expansion diminue, mais la vitesse à laquelle une galaxie individuelle s'éloigne de nous augmente et augmente avec le temps.

Le composite entièrement UV-visible-IR du Hubble eXtreme Deep Field, la plus grande image jamais publiée. [+] de l'Univers lointain.

NASA, ESA, H. Teplitz et M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University) et Z. Levay (STScI)

Tout cela est cohérent avec nos meilleures mesures : cette énergie noire représente une densité d'énergie constante inhérente à l'espace lui-même. Au fur et à mesure que l'espace s'étend, la densité d'énergie noire reste constante et l'Univers se terminera par ce destin de "Big Freeze", où tout ce qui n'est pas lié gravitationnellement (comme notre groupe local, notre galaxie, notre système solaire, etc.) écartés les uns des autres. Si l'énergie noire est vraiment une constante cosmologique, alors l'expansion se poursuivra indéfiniment, donnant naissance à un Univers froid et vide.

Lorsque les astronomes ont réalisé pour la première fois que l'univers s'accélérait, la sagesse conventionnelle était que cela . [+] s'étendrait pour toujours. Cependant, jusqu'à ce que nous comprenions mieux la nature de l'énergie noire, d'autres scénarios pour le destin de l'univers sont possibles. Ce diagramme décrit ces destins possibles.

NASA/ESA et A. Riess (STScI)

Mais si l'énergie noire est dynamique - quelque chose de théoriquement possible mais d'un point de vue observationnel sans support - elle pourrait encore se terminer par un Big Crunch ou un Big Rip. Dans un Big Crunch, l'énergie noire s'affaiblirait et inverserait le signe, faisant en sorte que l'Univers atteigne une taille maximale, se retourne et se contracte. Cela pourrait même donner naissance à un Univers cyclique, où le "crunch" donne lieu à un autre Big Bang. Si l'énergie noire continue de se renforcer, cependant, le destin inverse se produit, où les structures liées finissent par être déchirées par le taux d'expansion croissant. Les preuves dont nous disposons aujourd'hui, cependant, soutiennent massivement un « Big Freeze », la condition d'expansion se poursuivant à un rythme constant pour toujours.

Les principaux objectifs scientifiques des prochains observatoires comme Euclid de l'ESA, WFIRST de la NASA et le LSST au sol incluent de mesurer si l'énergie noire est vraiment une constante cosmologique ou non. Bien que l'idée théorique dominante soit en fait en faveur d'une énergie noire constante, il est important d'envisager toutes les possibilités non exclues par nos mesures et observations. Aussi farfelu que cela puisse paraître, un Big Crunch n'est toujours pas exclu. Avec des données plus nombreuses et de meilleure qualité, nous pouvons encore trouver un indice convaincant que la réalité est encore plus étrange que la plupart d'entre nous ne l'ont imaginé !


Le Big Crunch a-t-il été exclu ? - Astronomie

Le destin ultime de l'univers est un sujet de cosmologie physique, dont les restrictions théoriques permettent de décrire et d'évaluer des scénarios possibles pour l'évolution et le destin ultime de l'univers. Sur la base des preuves d'observation disponibles, décider du destin et de l'évolution de l'univers est devenu une question cosmologique valable, dépassant les contraintes pour la plupart incontrôlables des croyances mythologiques ou théologiques. Plusieurs futurs possibles ont été prédits par différentes hypothèses scientifiques, notamment que l'univers aurait pu exister pendant une durée finie et infinie, ou pour expliquer la manière et les circonstances de son commencement.

Les observations faites par Edwin Hubble dans les années 1920-1950 ont révélé que les galaxies semblaient s'éloigner les unes des autres, conduisant à la théorie du Big Bang actuellement acceptée. Cela suggère que l'univers a commencé - très petit et très dense - il y a environ 13,82 milliards d'années, et il s'est étendu et (en moyenne) est devenu moins dense depuis. La confirmation du Big Bang dépend principalement de la connaissance du taux d'expansion, de la densité moyenne de la matière et des propriétés physiques de la masse-énergie dans l'univers.

Il existe un fort consensus parmi les cosmologues sur le fait que l'univers est considéré comme "plat" (voir Forme de l'univers) et qu'il continuera à s'étendre pour toujours.

Le destin de l'univers est déterminé par sa densité. La prépondérance des preuves à ce jour, basée sur des mesures du taux d'expansion et de la densité de masse, favorise un univers qui continuera à s'étendre indéfiniment, résultant en le scénario "Big Freeze" ci-dessous. Cependant, les observations ne sont pas concluantes et des modèles alternatifs sont encore possibles.

Le Big Freeze (ou Big Chill) est un scénario dans lequel une expansion continue se traduit par un univers qui approche asymptotiquement la température du zéro absolu. Ce scénario, combiné au scénario Big Rip, s'impose comme l'hypothèse la plus importante. Elle ne pourrait, en l'absence d'énergie noire, se produire que sous une géométrie plate ou hyperbolique. Avec une constante cosmologique positive, il pourrait également se produire dans un univers fermé. Dans ce scénario, les étoiles devraient se former normalement pendant 1012 à 1014 (1 à 100 trillions) d'années, mais finalement, l'approvisionnement en gaz nécessaire à la formation des étoiles sera épuisé. Alors que les étoiles existantes manquent de carburant et cessent de briller, l'univers s'assombrira lentement et inexorablement. Finalement, les trous noirs domineront l'univers, qui eux-mêmes disparaîtront avec le temps en émettant un rayonnement de Hawking. Sur un temps infini, il y aurait une diminution spontanée de l'entropie par le théorème de récurrence de Poincaré, les fluctuations thermiques et le théorème de fluctuation.

Un scénario connexe est la mort thermique, qui indique que l'univers passe à un état d'entropie maximale dans lequel tout est uniformément distribué et il n'y a pas de gradients, qui sont nécessaires pour soutenir le traitement de l'information, dont une forme est la vie. Le scénario de mort par la chaleur est compatible avec l'un des trois modèles spatiaux, mais nécessite que l'univers atteigne un éventuel minimum de température.

La constante de Hubble actuelle définit un taux d'accélération de l'univers pas assez grand pour détruire les structures locales comme les galaxies, qui sont maintenues ensemble par la gravité, mais assez grand pour augmenter l'espace entre elles. Une augmentation constante de la constante de Hubble à l'infini entraînerait la désintégration de tous les objets matériels de l'univers, à commencer par les galaxies et éventuellement (dans un temps fini) toutes les formes, aussi petites soient-elles, en particules élémentaires non liées, en rayonnement et au-delà. Au fur et à mesure que la densité d'énergie, le facteur d'échelle et le taux d'expansion deviennent infinis, l'univers se termine comme ce qui est effectivement une singularité.

Dans le cas particulier de l'énergie noire fantôme, qui a supposé une énergie cinétique négative qui entraînerait un taux d'accélération plus élevé que ce que d'autres constantes cosmologiques prédisent, une grande déchirure plus soudaine pourrait se produire.

L'hypothèse du Big Crunch est une vision symétrique du destin ultime de l'univers. Tout comme le Big Bang a commencé comme une expansion cosmologique, cette théorie suppose que la densité moyenne de l'univers sera suffisante pour arrêter son expansion et que l'univers commencera à se contracter. Le résultat final est inconnu, une estimation simple ferait s'effondrer toute la matière et l'espace-temps de l'univers en une singularité sans dimension dans la façon dont l'univers a commencé avec le Big Bang, mais à ces échelles, des effets quantiques inconnus doivent être pris en compte (voir Quantum la gravité). Des preuves récentes suggèrent que ce scénario est peu probable mais n'a pas été exclu, car les mesures n'ont été disponibles que sur une courte période de temps, relativement parlant, et pourraient s'inverser à l'avenir.

Ce scénario permet au Big Bang de se produire immédiatement après le Big Crunch d'un univers précédent. Si cela se produit à plusieurs reprises, cela crée un modèle cyclique, également connu sous le nom d'univers oscillatoire. L'univers pourrait alors consister en une séquence infinie d'univers finis, chaque univers fini se terminant par un Big Crunch qui est également le Big Bang de l'univers suivant. Un problème avec l'univers cyclique est qu'il ne se réconcilie pas avec la deuxième loi de la thermodynamique, car l'entropie s'accumulerait d'oscillation en oscillation et provoquerait la mort thermique éventuelle de l'univers. Les preuves actuelles indiquent également que l'univers n'est pas fermé. Cela a poussé les cosmologistes à abandonner le modèle de l'univers oscillant. A somewhat similar idea is embraced by the cyclic model, but this idea evades heat death because of an expansion of the branes that dilutes entropy accumulated in the previous cycle.

The Big Bounce is a theorized scientific model related to the beginning of the known universe. It derives from the oscillatory universe or cyclic repetition interpretation of the Big Bang where the first cosmological event was the result of the collapse of a previous universe.

According to one version of the Big Bang theory of cosmology, in the beginning the universe was infinitely dense. Such a description seems to be at odds with other more widely accepted theories, especially quantum mechanics and its uncertainty principle. It is not surprising, therefore, that quantum mechanics has given rise to an alternative version of the Big Bang theory. Also, if the universe is closed, this theory would predict that once this universe collapses it will spawn another universe in an event similar to the Big Bang after a universal singularity is reached or a repulsive quantum force causes re-expansion.

In simple terms, this theory states that the universe will continuously repeat the cycle of a Big Bang, followed up with a Big Crunch.

This theory posits that the universe currently exists in a false vacuum and that it could become a true vacuum at any moment.


Has the Big Crunch been ruled out? - Astronomie

From: "Al G"
Date: 16 Nov 2006

Q What is the difference between "the big Rip" vs "the big Crunch"?

UNE "Big Rip" and "Big Crunch" are colorful descriptions for possible ultimate fates for our universe.

We've known since Hubble's work in the 1920s that our universe is expanding, since we see the galaxies within it rushing apart from one another. One of the great questions of cosmology is whether this expansion will continue on forever or if the universe will eventually recollapse upon itself under its own gravity - a "Big Crunch" to match the "Big Bang".

To answer this question we need to know the amount (and kinds) of stuff there is in the universe. If the universe has enough matter in it the gravitational pull of that matter will eventually halt the expansion and draw space back in on itself. If not, the expansion will continue. Recent measurements of the microwave background and of distant supernovae have led us to believe that this will not happen - there is not enough matter in the universe to cause a recollapse, and the universe will indeed expand forever. Surprisingly, recent observations have also taught us that the universe's expansion is actually speeding up due to a repulsive force we call "dark energy". So the "Big Crunch" has mostly been ruled out as a fate for our universe.

The "Big Rip" is a much more speculative fate. The question here is just how strong the repulsive force of dark energy is, characterized by an "equation of state" parameter called w. If w is greater than or equal to -1, the universe's expansion will continue to accelerate but bound objects within the universe will remain bound. The stars in our own galaxy, for example, are bound to one another by their own gravity and so orbit the galactic center. As the expansion accelerates in the distant future, distant galaxies will zoom away from us but our own galaxy will always hang together. This is what happens in nearly all mainstream theories.

The Big Rip is an intriguing thought, but it's very speculative and there is no evidence that it will actually take place. Current observations suggest that w is fairly close to -1, the value expected from a cosmological constant. Cosmologists continue to work on measuring w more accurately (it's extremely difficult), and hopefully we can someday get a handle on how things will finally play out.


The Big Crunch, the Big Freeze and the Big Rip

Clearly, further advances in fundamental physics are required before it will be possible to know the ultimate fate of the universe with any level of certainty. However, scientists generally agree that this fate will depend on three things: the universe’s overall shape or geometry, on how much dark energy it contains, and on the so-called “equation of state” (which essentially determines how the density of the dark energy responds to the expansion of the universe).

If the geometry of the universe is “closed” (like the surface of a sphere), then there are two main possibilities, as has been mentioned in the section on Accelerating Universe and Dark Energy. If the universe has a large amount of dark energy (as recent findings suggest it may well have), then the expansion of the universe could theoretically continue forever. If, however, the universe lacks the repulsive effect of dark energy, then gravity will eventually stop the expansion of the universe and it will start to contract until all the matter in the universe collapses to a final singularity, a mirror image of the Big Bang known as the "Big Crunch”, somewhere in the region of a hundred billion years from now.


(Click for a larger version)
The expansion and contraction of a closed universe to a Big Crunch
(Source: How Stuff Works: http://science.howstuffworks.com/
big-crunch3.htm)

Models of a collapsing universe of this kind suggest that, at first, the universe would shrink more or less evenly, because, on a gross scale, matter is reasonably consistently distributed. At first, the rate of contraction would be slow, but the pace would gradually pick up. As the temperature begins to increase exponentially, stars would explode and vaporize, and eventually atoms and even nuclei would break apart in a reverse performance of the early stages after the Big Bang.

As the universe becomes compacted into a very small volume, any slight irregularities will become ever more magnified and, in the final stages, the collapse will probably be wildly chaotic, and gravity and the warping of space-time will vary immensely depending on the direction the singularity is approached by an in-falling body. According to some predictions, very close to the singularity, the warpage of space-time will become so violent and chaotic that space and time will actually “shatter” into “droplets” and all current concepts of time, distance and direction will become meaningless.

This model offers intriguing possibilities of an oscillating or cyclic universe (or “Big Bounce”), where the Big Crunch is succeeded by the Big Bang of a new universe, and so on, potentially ad infinitum. However, in the light of recent findings in the 1990s (such as the evidence for an accelerating universe described previously), this is no longer considered the most likely outcome.


(Click for a larger version)
Possible shapes of the universe (closed, open and flat)
(Source: Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/
Shape_of_the_universe)

If, on the other hand, the geometry of space is “open” (negatively curved like the surface of a saddle), or even “flat”, the possibilities are very different. Even without dark energy, a negatively curved universe would continue expanding forever, with gravity barely slowing the rate of expansion. With dark energy thrown into the equation, the expansion not only continues but accelerates, and just how things develop depends on the properties of the dark energy itself, which remain largely unknown to us.

One possibility is where the acceleration caused by dark energy increases without limit, with the dark energy eventually becoming so strong that it completely overwhelms the effects of the gravitational, electromagnetic and weak nuclear forces. Known as the “Big Rip”, this would result in galaxies, stars and eventually even atoms themselves being literally torn apart, with the universe as we know it ending dramatically in an unusual kind of gravitational singularity within the relatively short time horizon of just 35 - 50 billion years.

Perhaps the most likely possibility, however, based on current knowledge, is a long, slow decline known as the "Big Freeze" (or the “Big Chill” or “Heat Death”). In this scenario, the universe continues expanding and gradually “runs down” to a state of zero thermodynamic free energy in which it is unable to sustain motion or life. Eventually, over a time scale of 10 14 (a hundred trillion) years or more, it would reach a state of maximum entropy at a temperature of very close to absolute zero, where the universe simply becomes too cold to sustain life, and all that would remain are burned-out stars, cold dead planets and black holes.

What happens after that is even more speculative but, eventually, even the atoms making up the remaining matter would start to degrade and disintegrate, as protons and neutrons decay into positrons and electrons, which over time would collide and annihilate each other. Depending on the rate of expansion of the universe at that time, it is possible that some electrons and positrons may form bizarre atoms billions of light years in size, known as positronium, with the distant particles orbiting around each other so slowly it would take a million years for them to move a single centimeter. After perhaps 10 116 years, even the positronium will have collapsed and the particles annihilated each other.

In this way, all matter would slowly evaporate away as a feeble energy, leaving only black holes, ever more widely dispersed as the universe continues to expand. The black holes themselves would break down eventually, slowly leaking away "Hawking radiation", until, after 10 200 years, the universe will exist as just empty space and weak radiation at a temperature infinitesimally above absolute zero. At the end of the universe, time itself will lose all meaning as there will be no events of any kind, and therefore no frame of reference to indicate the passage of time or even its direction.

Interestingly, recent analyses from the WMAP satellite and the Cosmic Background Imager, seem to be confirming other recent observations indicating that the universe is in fact flat (as opposed to closed or open). These experiments have revealed hot and cold spots with a size range of approximately one degree across, which, according to current theory, would be indicative of a flat universe.


Ask Ethan: Can the Universe still end in a Big Crunch?

“It’s everywhere, really. It’s between the galaxies. It is in this room. We believe that everywhere that you have space, empty space, that you cannot avoid having some of this dark energy.” -Adam Riess

One of the biggest advances of the 20th century has been to identify exactly how rich, expansive, and massive our Universe actually is. With approximately two trillion galaxies contained in a volume some 46 billion light years in radius centered on us, our Observable Universe allows us to reconstruct the entire tale of our cosmic history, stretching all the way back to the Big Bang and even, perhaps, slightly before. But what about the future? What about the fate of the Universe? Is that a certainty? That’s what Andy Moss wants to know, as he asks:

You [wrote] that the Universe is expanding at a decreasing rate. I thought a Nobel Prize was awarded for the “discovery” that the Universe was expanding at an increasing rate. Can you please clarify the leading theories? Is the “Big Crunch” still a possibility?

The best predictor of future behavior is past behavior, it’s true. But just as people can sometimes surprise us, the Universe might, too.

The expansion rate of the Universe, at any moment in time, is only dependent on two things: the total energy density present within spacetime and the amount of spatial curvature present. If we understand the laws of gravitation and how the different types of energy evolve over time, we can reconstruct what the expansion rate should have been at any moment in the past. We can also look out at a variety of distant objects at various distances, and measure how that light has been stretched due to the expansion of space. Every galaxy, supernova, molecular gas cloud, etc. — everything that absorbs or emits light — will tell the cosmic history of how the expansion of space has stretched it from the moment it was emitted until we observe it.

We’ve been able to conclude, from a variety of independent lines of observation, exactly what the Universe is made out of. The three big, independent lines of observation are:

  • The temperature fluctuations present in the cosmic microwave background, which encode information about the Universe’s curvature, normal matter, dark matter, neutrino, and total density contents.
  • The correlations between galaxies on the largest scales — known as baryon acoustic oscillations — which give very strict measurements on the total matter density, the normal matter to dark matter ratio, and the expansion rate throughout time.
  • And the most distant, luminous standard candles in the Universe, type Ia supernova, which tell us about the expansion rate and dark energy as it evolved over time.

These lines of evidence, combined, all point to one consistent picture of the Universe. They tell us what’s in the Universe today, and give us a cosmology where:

  • 4.9% of the Universe’s energy is in normal matter (like protons, neutrons and electrons),
  • 0.1% of the Universe’s energy is in the form of massive neutrinos (which act like matter at late times and radiation at early times),
  • 0.01% of the Universe’s energy is in the form of radiation (like photons),
  • 27% of the Universe’s energy is in the form of dark matter, and
  • 68% is in the form of energy inherent to space itself: dark energy.

They give us a flat Universe (with 0% curvature), a Universe with no topological defects (magnetic monopoles, cosmic strings, domain walls, or cosmic textures), and a Universe whose past expansion history is known.

The equations governing General Relativity are very deterministic in this sense: if we know what the Universe is made of today and the laws of gravity, we know exactly how important each component was at every juncture in the past. Early on, radiation and neutrinos dominated. For billions of years, dark matter and normal matter were the most important pieces. And for the past few billion years — and this will get more severe as time goes on — dark energy is the dominant factor in the Universe’s expansion. It’s causing the Universe to accelerate, and this is where the confusion (for most people) begins.

There are two things we can measure when it comes to the Universe’s expansion: the expansion rate and the speed at which an individual galaxy appears to recede from our perspective. These are related, but they are not the same. The expansion rate, on one hand, talks about how the fabric of space itself stretches over time. It’s always quantified as a speed-per-unit-distance, which is typically given in kilometers-per-second (the speed) per Megaparsec (the distance), where a Megaparsec is about 3.26 million light years.

If there were no dark energy, the expansion rate would drop over time, approaching zero, since the matter-and-radiation density would drop to zero as the volume expands. But with dark energy, that expansion rate approaches whatever energy density dark energy has. If dark energy, for example, is a cosmological constant, then the expansion rate asymptotes to a constant value. But if that’s what the expansion rate does, then individual galaxies receding from us will see their speeds accelerate.

Imagine the expansion rate is some value: 50 km/s/Mpc. If a galaxy is 20 Mpc away, then it appears to recede from us at 1,000 km/s. But give it time as the fabric of space expands, this galaxy will eventually be farther from us. By time it’s twice as distant, 40 Mpc away from us, it will appear to recede at 2,000 km/s. Over even more time, it will be ten times as far as it began: 200 Mpc, where it now recedes at 10,000 km/s. By time it gets to a distance of 6,000 Mpc from us, it will appear to recede at 300,000 km/s, which is faster than the speed of light. But this goes on and on the more time passes, the faster the galaxy appears to move away from us. This is what’s “accelerating” about the Universe: the expansion rate goes down, but the speed an individual galaxy moves away from us just rises and rises over time.

All of this is consistent with our best measurements: that dark energy represents a constant energy density inherent to space itself. As space stretches, the dark energy density remains constant, and the Universe will end in this “Big Freeze” fate, where everything that isn’t gravitationally bound together (like our local group, galaxy, solar system, etc.) winds up being pushed apart from one another. If dark energy is truly a cosmological constant, then the expansion will continue indefinitely, giving rise to a cold, empty Universe.

But if dark energy is dynamical — something theoretically possible but observationally without support — it could yet end in a Big Crunch or a Big Rip. In a Big Crunch, dark energy would weaken and reverse sign, causing the Universe to reach a maximum size, turn around, and contract. It could even give rise to a cyclical Universe, where the “crunch” gives rise to another Big Bang. If dark energy continues to strengthen, however, the opposite fate occurs, where bound structures eventually get torn apart by the increasing expansion rate. The evidence we have today, however, overwhelmingly supports a “Big Freeze,” the condition of expansion continuing at a constant rate forever.

The major science goals of upcoming observatories like the ESA’s Euclid, NASA’s WFIRST, and the ground-based LSST include measuring whether dark energy is truly a cosmological constant or not. Although the leading theoretical idea is, in fact, in favor of constant dark energy, it’s important to entertain all the possibilities not ruled out by our measurements and observations. As far fetched as it may seem, a Big Crunch still isn’t ruled out. With more and better data, we may yet find a compelling hint that reality is even stranger than most of us have imagined!


What problems does it have?

According to this theory, the universe is an oscillating universe, in which, after the Great Implosion, un nouveau Great Explosion could take place but if this had happened several times, we would be faced an oscillating universe. However, the theory of an oscillating universe contradicts the second law of thermodynamics unless in each cycle a total destruction et redémarrer of the universe occurs, including the disappearance of physical laws and the creation of new physical laws.

In addition, the recent discovery of énergie noire has meant that many cosmologists no longer believe in the theory of the oscillating universe, nor do they believe that the universe is closed, although they do not completely rule out future s'effondrer.