Astronomie

Le décalage vers le rouge des photons de l'expansion de l'Univers viole-t-il la conservation de la quantité de mouvement ?

Le décalage vers le rouge des photons de l'expansion de l'Univers viole-t-il la conservation de la quantité de mouvement ?

La relation énergie-impulsion,

$$E^2 = m^2c^4 +p^2c^2,$$

dérivons la quantité de mouvement d'une particule sans masse :

$$p = frac{E}{c} = frac{h u}{c}$$

Cependant, l'expansion de l'Univers déplace la lumière vers le rouge. Cela devrait diminuer la quantité de mouvement des photons. Où irait la quantité de mouvement pour que la conservation de la quantité de mouvement se maintienne ?


En relativité, vous pouvez penser à une seule loi de conservation qui unit la conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement - la conservation de quatre quantités de mouvement. L'énergie et la quantité de mouvement sont respectivement le zéro et la première à troisième composantes du quatre-impulsion. De telles lois de conservation découlent de l'invariance du lagrangien par rapport à une translation en coordonnées spatio-temporelles.

En relativité générale, ces lois de conservation sont des concepts locaux qui (la plupart des gens pensent) ne peuvent être appliqués que dans des cadres de référence locaux, inertiels (plats). En particulier, ils ne peuvent pas être appliqués dans des espaces-temps changeants et ne peuvent donc pas être appliqués à des situations impliquant l'expansion de l'univers.


Redshift et expansion de l'univers

Donc, IIRC, le gros problème avec l'énergie noire est que l'univers semble être en expansion.
Comment savons-nous que l'univers est en expansion ?
Pour autant que je sache (et ce n'est pas grand-chose), nous le savons à cause du décalage vers le rouge de la lumière sur le spectre lorsqu'elle s'éloigne, selon l'effet Doppler, qui a été observé dans les galaxies et les étoiles lointaines.

Si je ne me trompe pas, alors, la seule preuve que nous avons de l'expansion de l'univers est ce phénomène physique. Mais que se passe-t-il si la lumière se déplace vers le rouge au fur et à mesure qu'elle se déplace ?

La lumière naturellement décalée vers le rouge lorsqu'elle se déplace dans le vide violerait-elle des lois ou des observations connues, et expliquerait-elle la mystérieuse accélération apparente de l'expansion de l'univers ?


Où l'énergie disparaît-elle lorsque la lumière est décalée vers le rouge

Non cela ne s'applique pas. Sean Carroll, un cosmologue, a fait valoir ce point. Une fois que vous passez de Special Rel (géométrie plate non extensible) à General Rel, vous perdez la conservation de la quantité de mouvement et la conservation de l'énergie.
En faisant des hypothèses spéciales, vous pouvez récupérer partiellement dans certains cas mais en règle générale "l'énergie n'est pas conservée dans la géométrie en expansion"

Les gens essaient d'amortir le choc en parlant de « l'énergie du champ gravitationnel », mais ce n'est pas toujours défini globalement. Le plus simple est juste d'y faire face. L'ancienne lumière CMB est décalée vers le rouge de z=1100. Par conséquent, il a perdu 99,9% de son énergie et personne ne peut dire où "it est allé".

Il y a probablement quelque chose à ce sujet dans la FAQ. Il y a aussi un peu dans la FAQ de John Baez.

La géométrie plate et non extensible de Special Rel n'est qu'ENVIRONMENT juste. Soyez reconnaissant pour cela. Ce n'est pas parfaitement réaliste. Le général Rel est un peu plus proche de la nature, et certaines des choses auxquelles vous vous attendez ne sont qu'approximativement correctes.

Le retour dans le vide a tendance à jaillir dans mon esprit. L'énergie du vide constant doit venir de quelque part, et c'est d'abord l'origine du photon. Il peut être trop évident de relier les deux, mais je suppose que des calculs mathématiques relativement simples révéleraient si l'un peut expliquer l'autre. Nous avons des estimations pour l'énergie totale, la contribution des photons et la quantité d'expansion depuis la dernière diffusion.

Le rétablissement de la conservation de l'énergie à l'échelle universelle est-il vraiment souhaité dans la physique actuelle ?

J'ai joué avec ça comme une conjecture en 2004 environ. l'appelant en plaisantant la "conjecture de marcus". l'énergie CMB disparue est entrée dans "l'énergie sombre" du nouvel espace.
Cela ne s'additionne pas. Aucun math de niveau professionnel ne relie l'un à l'autre AFAIK. C'est juste une idée attrayante qui n'a abouti à rien (AFAIK!)

Vous voudrez peut-être lire cet article (beaucoup n'est pas technique) :
Google "bianchi préjugés contre constante".

les cosmologistes Lambda semble très probablement juste une constante (une courbure pas une énergie) et n'a pas nécessairement de relation simple avec le QFT "énergie du vide". Ce ne sont que les personnes QFT qui insistent pour penser à leur « énergie du vide » comme étant liée à Lambda. Lambda peut simplement être une constante naturelle comme le newton G, pas vraiment quelque chose qui doit être appelé « énergie noire ».

Je vous suggère d'essayer l'idée, si elle ne vous est pas déjà familière. Quand tu google
"bianchi préjugés contre constant" vous obtenez http://arxiv.org/abs/1002.3966.
Le titre de l'article est « Pourquoi tous ces préjugés contre une constante ? » Lecture intéressante.

C'est la première fois que je pose ce genre de question et quelqu'un a dit : "oui, j'ai essayé. n'a pas fonctionné". <3 Marcus. Je lis le journal en ce moment.

Oh, à quel point étiez-vous court? Ou l'énergie photonique perdue était-elle en fait trop importante pour expliquer l'"énergie sombre" ?

C'est une belle question. J'ai l'impression que vous connaissez très bien ce sujet et j'aimerais savoir ce que vous pensez de cet exemple.

J'ai aussi l'impression qu'on devrait pouvoir traiter cet exemple dans un espace asymptotiquement plat (espace ordinaire non expansible à la limite loin de l'effondrement). Mon intuition n'est pas fiable mais mon intuition est qu'il faut s'attendre à une conservation d'énergie ordinaire dans ce cas. Quelle est votre intuition ?

Si nous partons de mon soupçon naïf que la conservation tient avec cet être asymptotiquement plat (là où se trouve votre observateur), alors il me semble que cela conduit à un paradoxe. Existe-t-il de la littérature pertinente ?

Je ne pense pas. Si nous étions dans un vaisseau spatial se déplaçant à une fraction substantielle de c, alors même la lumière lointaine des galaxies lointaines situées devant nous serait décalée vers le bleu. De là, je conclus que le photon ne libère pas d'énergie en cours de route, mais que le décalage Doppler est proportionnel à la différence de vitesse de l'émetteur de lumière et du récepteur de lumière.

J'ai moi aussi du mal avec l'idée de non-conservation de l'énergie en relativité générale. Au fur et à mesure que l'univers s'étend, bien sûr, la densité d'énergie va diminuer, mais l'intégrale de la densité d'énergie (c'est-à-dire l'énergie totale) de l'univers doit être constante. Du moins je l'imagine ainsi.

Les cosmologistes disent-ils donc que dans un univers ouvert, alors que nous approchons de la mort thermique, la densité d'énergie et l'énergie s'approchent de zéro ?

Chronos a le point clé : Redshift est une mesure dépendante de l'image.

Cela signifie que différents observateurs enregistreront des valeurs différentes. Mais certaines interprétations du redshift sont utilisées et peuvent offrir des perspectives. Lorsque les distances changent, comme en cosmologie, les interprétations deviennent moins « intuitives ».


Le problème de l'expansion et du redshift persiste. et est intéressant.

Ma discussion préférée dans ces forums est ici :
[J'aime celui-ci en partie parce que l'auteur est un cosmologue !]

Voici quelques points de vue clés :

Le standard La convention est celle de la conservation de l'énergie-impulsion, (GR), qui se traduit par des particules fondamentales ayant une masse constante. Par conséquent, les atomes sont définis pour fournir des horloges régulières et des règles fixes par lesquelles l'univers peut être mesuré. [Wikipédia]

Les photons sont mesurés par ces atomes, car la fréquence d'émission, déterminée en laboratoire, est comparée à la fréquence d'absorption, le résultat est qu'ils perdent de l'énergie, c'est-à-dire décalés vers le rouge.

Si une autre convention est choisie, comme la conservation de l'énergie, c'est le photon qui reste constant en énergie et donc en fréquence et les masses des atomes, et donc des horloges atomiques et des règles d'acier qui changent au cours du temps cosmologique. Il existe des théories qui adoptent une telle approche, telles que

".
"L'étirement du photon en étendant l'espace" est une autre de ces phrases absurdes. Qu'un émetteur et un absorbeur d'un photon mesurent une fréquence différente est parfaitement valable en relativité mais cela n'a rien à voir avec un changement d'état du photon. "

« … nous ne pouvons pas prouver que quoi que ce soit reste constant dans l'espace-temps cosmologique. Tout ce que nous pouvons faire, c'est définir un principe de conservation et le tester. Au cœur de la RG se trouve la conservation de l'énergie impulsionnelle, ce qui conduit à l'atome, aux horloges atomiques « régulières » et aux règles « rigides » en acier, étant la norme par laquelle mesurer l'univers. "
////////////

Ce que tout cela signifie, je pense, c'est que [a] Notre intuition quotidienne est à peu près aussi utile en cosmologie qu'en mécanique quantique et
même après avoir choisi un modèle et ses principes sous-jacents [FLRW Lambda-CDM, basé sur la relativité générale], nous devons toujours interpréter ce que signifient les mathématiques. et il y a place pour plus d'une interprétation.

On peut trouver un aperçu de la question de la conservation de l'énergie des spectres électromagnétiques décalés vers le rouge en étendant l'approche d'Einstein en considérant un "volume" sphérique contenant un "complexe lumineux" dont il discute dans son article désormais célèbre de 1905 "Sur l'électrodynamique des corps en mouvement".

Si nous considérons un volume à quatre dimensions dans l'espace-temps qui est défini comme contenant l'énergie d'un seul cycle d'onde EM monochromatique au moment/lieu de propagation, ce même volume contiendra la même énergie du même cycle d'onde au point où il est observée (en supposant que le trajet lumineux est par ailleurs sans champ, etc.). Cependant, si l'observateur se déplace par rapport à la source lumineuse, le volume semblera être comprimé ou agrandi en fonction de la direction du mouvement relatif de l'observateur.

Pour l'astronome, il s'agit de compter les photons. Une onde lumineuse monochromatique dont la longueur d'onde est décalée de deux fois sa longueur d'origine sera comprise comme ayant la moitié de l'énergie par rapport au signal d'origine.

Si l'on comprend que la métrique de l'espace-temps dans laquelle la lumière se propage est régie par un paramètre isomorphe à la constante de Hubble, il n'y a pas d'"énergie perdue". Pour compenser, l'observateur local recalibrerait simplement son instrument pour tenir compte de l'écart entre les observations faites dans l'espace-temps minkowskien local et l'espace-temps physique dans lequel la lumière se propage. Cela permettrait d'analyser l'existence d'autres sources de décalage vers le rouge associées à l'objet observé, y compris un véritable décalage doppler, un décalage cosmologique. etc. (On suppose que la contribution de ces autres sources de décalage rouge (ou bleu) aux spectres observés pourrait être difficile à résoudre.)

Pour les besoins de ce fil, le principe directeur est une conséquence quelque peu élémentaire (sinon une reformulation triviale) de l'analyse d'Einstein dans la section 8 "Transformation de l'énergie des rayons lumineux". ", de son papier de 1905. Là, il fait l'observation intrigante qu'"il est remarquable que l'énergie et la fréquence d'un complexe lumineux varient avec le mouvement de l'observateur conformément à la même loi."

@surajt: C'est-à-dire qu'un observateur local en mouvement relatif par rapport à la source détectera un décalage de fréquence (et un changement d'énergie du photon), qui est fonction de la vitesse relative de l'observateur par rapport à la source. Il est probablement intéressant de noter ici qu'en concluant son analyse de la "théorie du principe de Doppler" dans la section 7 du même article, Einstein fait l'observation qu'il s'ensuit que "à un observateur s'approchant d'une source de lumière avec la vitesse c, la source de la lumière doit apparaître d'une intensité infinie." [C'est peut-être de là que vient le terme "vitesse aveuglante" !]

L'approche d'Einstein en ce qui concerne l'application des équations de Maxwell aux corps en mouvement est simple (pour ses besoins). Cependant, les implications qui peuvent en être tirées ne le sont pas, et aucune autre mention n'apparaît dans le document. Traiter l'énergie d'un « complexe lumineux » comme contenue dans un volume informe l'interprétation des spectres observés à partir d'ondes planes dans l'espace de Minkowski, ainsi que dans des espaces-temps définis par d'autres métriques, dont la pertinence a été presque négligée. [Mais voir Francis, et al., Expanding Space: the Root of all Evil? arXiv : 0707.0380v1 à la p.7].

Dans ce dernier cas, si la valeur du paramètre métrique est équivalente à la valeur de la constante de Hubble, les décalages vers le rouge dans les spectres observés localement seraient interprétés comme dépendant de la vitesse, alors que les phénomènes seraient mieux compris comme reflétant une dépendance temps/distance ( au second ordre), permis par les équations de Maxwell. Ceci est important et n'est pas bien compris principalement parce que peu d'astrophysiciens et de cosmologistes connaissent la pertinence du groupe conforme de Bateman-Cunningham pour le comportement physique de la lumière. Quel que soit le nombre de livres, traités, monographies et articles que l'on lit sur la cosmologie moderne, il apparaît qu'il y a totalement absent de la littérature tout traitement fondamental qui examine les équations de Maxwell pour déterminer si elles excluent la possibilité que, pour utiliser Humason/Hubble et Milne termes, le décalage vers le rouge observé est une caractéristique intrinsèque du rayonnement EM.

Néanmoins, l'astronomie, l'astrophysique et la cosmologie seraient bien servies si l'hypothèse a priori selon laquelle la métrique de Minkowski est la métrique de l'espace-temps physique sans gravitation recevait une vérification expérimentale sur une échelle de, disons, 80 UA (+/-). En l'absence d'une telle expérience (dans la mesure de ma compréhension du sujet), la question du décalage vers le rouge cosmologique restera en suspens et reposera sur rien de plus qu'une hypothèse basée sur ce que notre modèle nous dit, informé uniquement par ce que nous connaissons le comportement de la lumière sur, en termes cosmologiques, une échelle nano.


Pourquoi les photons qui se plient avec la gravité ne violent-ils pas la conservation de la quantité de mouvement ?

Les photons ont un élan, les corps gravitationnels peuvent plier la lumière, donc leur élan change. Cela ne viole-t-il pas la conservation de la quantité de mouvement ?

Vous auriez tout aussi bien pu demander si les corps gravitationnels courbant les trajectoires des particules massives ordinaires violent la conservation de la quantité de mouvement. Après tout, l'élan de la Terre ne change-t-il pas tout au long de l'année lorsqu'elle orbite autour du Soleil ? (Oui, c'est le cas.) La réponse à la question de savoir si la quantité de mouvement est conservée ou non est " cela dépend de votre système ".

Si votre système n'est que la particule (que ce soit une particule massive ou un photon), alors la quantité de mouvement n'est PAS conservée. Mais nous ne nous attendons pas à ce qu'il soit conservé de toute façon, car il existe une force externe au système (la gravité) qui est responsable du changement de la quantité de mouvement. (Ou, de façon plus fantaisiste, la présence d'une source externe de gravité brise l'invariance de la translation spatiale, de sorte que le théorème de Noether ne promet plus la conservation de la quantité de mouvement.)

Si votre système est (particule + corps massif), alors en mécanique newtonienne la quantité de mouvement est maintenant conservée puisque la force est maintenant interne (fantasy : l'invariance translationnelle est restaurée donc il y a maintenant une quantité de mouvement conservée). Une autre affiche l'a souligné ici.

En relativité générale, vous devez aller plus loin et inclure l'élan de la particule, le corps massif ET l'élan de l'espace-temps lui-même (qui peut être emporté par les ondes gravitationnelles) avant que l'élan ne soit conservé. (Note technique : définir les densités d'énergie et de quantité de mouvement dans GR est difficile et compliqué et je passe en revue pratiquement tout.)


Demandez à Ethan #39 : Pourquoi la lumière s'étire-t-elle lorsque l'Univers s'étend ?

« Ils disent que l'univers est en expansion. Cela devrait aider avec le trafic.
-
Steven Wright

Chaque semaine sur Ask Ethan, je plonge dans les questions et suggestions que vous avez envoyées, et je choisis celle que je préfère pour y répondre pour vous et le monde entier. La question de cette semaine est un doozy, et elle vient de Mikko, qui demande :

La lecture de votre dernier article sur l'inflation cosmique m'a fait réfléchir à une question qui m'est venue à l'esprit plusieurs fois lorsque j'essaie de comprendre des sujets similaires - la relation entre la longueur d'onde de la lumière et l'expansion de l'espace. Nous avons ici l'analogie avec le ballon, ou la bande de caoutchouc avec la vague dessinée dessus, s'étendant à mesure que la bande de caoutchouc s'étire. Mais cela doit-il en être ainsi ? La lumière ne peut-elle pas s'allumer, maintenant sa fréquence et sa longueur d'onde, que l'espace autour d'elle se dilate ou se contracte ou quoi que ce soit ?

C'est un grand, gros question, alors commençons par le début pour un certain contexte.

Ce n'est un secret pour personne que notre Univers observable a commencé avec le Big Bang : un ensemble de conditions initiales qui nous indiquent que notre Univers était plus chaud, plus dense, plus compact et en expansion rapide dans le passé. L'Univers continue de s'étendre aujourd'hui, tout ce qui n'est pas lié gravitationnellement continue de s'étendre indéfiniment.

En moyenne, on peut imaginer dessiner une sphère autour d'un volume donné de l'Univers aujourd'hui, enfermant toute la matière et l'énergie à l'intérieur. Et si nous extrapolons en arrière dans le passé, ce même nombre de particules sera enfermé dans un plus petit sphère.

Maintenant, vous devez vous rappeler que ce n'est pas l'espace de votre arrière-arrière-grand-père, avec l'idée que les coordonnées sont fixes, que les distances sont bien définies entre deux points et que les observateurs à différents endroits s'entendent sur ce qu'ils ' re voir (et quand). Il s'agit d'un univers régi par la relativité générale, où l'espace et le temps sont relatifs à l'énergie, à la quantité de mouvement et à la position de tout observateur à l'intérieur.

Si nous nous considérions comme un observateur particulier, mais arbitrairement de longue durée dans cet Univers, et que nous regardions les positions des galaxies telles qu'elles étaient il y a plusieurs milliards d'années et puis encore aujourd'hui, que verrions-nous ?

Nous verrions que les positions des galaxies changeaient de manière très similaire à la façon dont les graines changeaient de position dans une miche de pain en train de lever. Notez cependant que les graines eux-mêmes ne s'étendent pas, car ils sont liés gravitationnellement. L'Univers s'étend autour d'eux, augmentant la distance entre eux, mais des choses comme les planètes individuelles, les étoiles, les galaxies, même les groupes et les amas de galaxies ne s'étendent pas avec l'Univers, elles s'étendent seulement à partir d'autres structures liées qu'elles ne sont pas également lié à.

En d'autres termes, votre tour de taille peut augmenter, mais vous ne pouvez pas blâmer l'Univers !

Qu'est-ce qui provoque cela ?

Le coupable dans tout cela, comme vous vous en doutez peut-être, est la nature de l'espace-temps lui-même. La façon dont l'Univers évolue - la façon dont les distances s'étendent ou se contractent pour un observateur dans n'importe quel cadre de référence - est régie par la quantité de matière et d'énergie dans l'Univers. C'est le révélation clé de la Relativité Générale telle qu'elle s'applique à la cosmologie : la matière et l'énergie dans toutes ses formes présent dans l'Univers détermine l'évolution de l'espace et du temps. Et il l'a fait pendant toute l'histoire de l'Univers connu, et pour autant que nous puissions en juger, Continuez de le faire arbitrairement loin dans le futur.

Alors, enfin, qu'en est-il de la lumière? Vous pouvez visualiser quelque chose comme Mikko l'a décrit - la surface d'un ballon en expansion - et imaginer que vous avez dessiné des lignes de quadrillage dessus. Étant donné que l'énergie des photons (lumière) est définie par leur longueur d'onde, il va de soi qu'à mesure que l'Univers s'étend (ou, en théorie, se contracte), la longueur d'onde s'étire avec l'Univers en expansion (ou se comprime, dans le cas de un Univers en contraction), l'amenant à se déplacer vers le rouge (ou vers le bleu, en conséquence).

Maintenant, vous pouvez vous demander Pourquoi cela se produit, et comment pouvons-nous être sûrs que cette l'effet est-il en jeu ? Après tout, l'Univers est peut-être en expansion, mais ce n'est pas la seule chose qui peut provoquer un décalage vers le rouge.

En particulier, vous avez également entendu parler de l'effet Doppler, qui fait qu'une sirène de police / ambulance sonne plus haut lorsqu'elle se déplace vers vous et plus grave lorsqu'elle s'éloigne de vous.

Tout comme les crêtes des ondes sonores sont comprimées dans la direction du mouvement et s'étendent loin de la direction du mouvement, la lumière se comporte exactement de la même manière ! Si une source émettrice de lumière s'éloigne de vous, cette lumière apparaît décalée vers le rouge, tandis que si cette source se déplace vers vous, la lumière apparaît décalée vers le bleu.

Mais vous devez aussi vous rappeler que selon la Relativité Générale, la gravitation également impacte l'énergie des photons. (Rappelez-vous que l'espace-temps et la matière/l'énergie sont intimement liés !) Pensez à la façon dont l'espace est courbé en raison de la présence de masse, et réfléchissez à ce à quoi cela doit ressembler environ la Terre, si vous essayez de la visualiser.

Lorsque nous envoyons des signaux dans l'espace et redescendons sur Terre, comme pour le GPS, nous besoin pour tenir compte des effets relativistes non seulement du mouvement, qui est la relativité restreinte, mais aussi du champ gravitationnel de la Terre.

Imaginez ce qui se passerait si j'avais un électron et un positron, une paire de particules de matière/antimatière, bien au-dessus de la Terre. Quand je les annihile, ils vont produire de l'énergie sous forme de deux photons d'une énergie bien particulière : d'une énergie équivalente aux masses au repos des particules !

Maintenant, et si je laissais tomber ces particules au-dessus de la Terre, les annihilais là-haut, puis je laissais les photons atteindre la surface de la Terre ? Auraient-ils la même énergie à la surface de la Terre que dans l'espace ?

Toi force serait tenté de dire oui, mais cela violerait la conservation de l'énergie. Pensez à ce qui se passerait si je laissais tomber ces particules à la place. Alors qu'ils descendaient à la surface de la Terre, ils capturaient de l'énergie cinétique, se déplaçant de plus en plus vite au fur et à mesure qu'ils tombaient. Juste avant de toucher la surface de la Terre, ils se retrouvent et s'annihilent.

Peu importe que les particules s'annihilent puis tombent, ou tombent puis s'annihilent par la conservation de l'énergie, il doit y avoir un changement gravitationnel dans l'énergie des photons à mesure que les propriétés gravitationnelles de l'espace changent !

J'en parle pour que vous reconnaissiez qu'il y a deux possibilités pour que le redshift se produise. Et maintenant, nous arrivons aux galaxies trouvées de près et de loin dans notre Univers en expansion.

Ce décalage vers le rouge se produit-il parce que l'espace s'étend (c'est-à-dire la raison gravitationnelle), ou ce décalage vers le rouge se produit-il parce que les galaxies émettant le rayonnement s'éloignent de nous ?

Ce qui est fantastique dans cette notion, c'est que, si c'est ce dernier, car il y a une limite de vitesse cosmique - la vitesse de la lumière - les galaxies que nous voyons à de grandes distances devraient avoir une différent rapport décalage vers le rouge/distance que ne le prédit la Relativité Générale ! L'ancienne prédiction (GR) est illustrée en noir ci-dessous, tandis que la prédiction non-GR, selon laquelle le décalage vers le rouge n'est pas lié à l'espace-temps (étant simplement définie par la vitesse de la lumière multipliée par le temps d'analyse), est affichée en rouge.

Il s'agit d'un test cosmique important à effectuer, car si la longueur d'onde de la lumière pas s'étendent à mesure que l'Univers s'étend, le fond cosmique des micro-ondes ne peut pas être expliqué, et donc le Big Bang serait faux !

Heureusement, la relativité générale réussit ce test avec brio, et la fréquence/longueur d'onde Est-ce que changer à mesure que l'Univers s'étend, quelque chose que nous avons directement mesuré de diverses manières, y compris en mesurant la température à différentes époques de l'histoire de l'Univers.

Et c'est pourquoi - dans un Univers régi par la Relativité Générale, qui semble être notre Univers — lumière doit redshift ou blueshift lorsque l'Univers s'étend ou se contracte, ou lorsque les propriétés gravitationnelles de l'espace évoluent en général.

Merci pour cette excellente question et j'espère que vous avez apprécié cette édition de Ask Ethan. Envoyez vos questions et suggestions ici, et la prochaine colonne pourrait être tout ce que vous choisissez !


Le décalage vers le rouge des photons de l'expansion de l'Univers viole-t-il la conservation de la quantité de mouvement ? - Astronomie

Disons qu'une étoile émet un photon bleu. Ce photon bleu subit un décalage vers le rouge lorsqu'il voyage à travers un univers en expansion, et le photon bleu devient un photon rouge.

Nous savons que les photons bleus transportent plus d'énergie que les photons rouges. Qu'est-il arrivé à la différence d'énergie ? :pensez :

Il faut une certaine quantité d'énergie pour créer un photon d'une certaine fréquence, oui, mais la quantité d'énergie qu'une particule transporte est relative. C'est comme dire, si je tire sur un avion mais que la balle ne perce pas la coque, qu'est-il arrivé à l'énergie manquante. Il n'y a pas d'énergie manquante, vous n'êtes tout simplement pas immobile comme le ferait une bonne cible.

L'énergie manquante est passée en relativité pour conserver l'énergie totale dans un univers où la vitesse de la lumière est finie.

Sujet populaire. Par exemple, voir :

Redshifting - l'énergie va quelque part (http://www.bautforum.com/questions-answers/53668-redshifting-energy-goes-somewhere.html) (février 2007)
où va l'énergie perdue ? (http://www.bautforum.com/questions-answers/74169-where-does-lost-energy-go.html) (mai 2008)

Et, il semble que tout sujet de redshift qui va très loin soulève souvent cette question. Mais, je ne vais pas énumérer tous ceux-là.

Oh, et bienvenue sur le forum BAUT.

Disons (en inventant des chiffres pour l'illustration) qu'un électron chute de 10eV d'un niveau supérieur à un autre niveau inférieur dans un atome stationnaire d'une étoile lointaine. Il émet, disons, un photon de 10 eV, qui a une longueur d'onde et une couleur correspondantes.

Ce photon, après avoir voyagé de l'étoile lointaine jusqu'à nous, a maintenant une nouvelle longueur d'onde plus longue et une nouvelle couleur correspondante "plus rouge" et une énergie plus faible, disons 8eV. Lorsque ce photon frappe un atome, il peut cogner un électron, mais il ne l'augmentera pas de 10 eV, seulement 8.

L'énergie des photons n'est pas relative, elle est donnée par E=hc/lambda

Si je regarde la photo avant et après, il y a un déséquilibre de 2eV. La "relativité" n'est pas une forme d'énergie.

Merci pour l'entrée cependant.

L'énergie des photons n'est pas relative, elle est donnée par E=hc/lambda. Et lambda est relative dans différents cadres, ce qui rend E relatif dans différents cadres. L'énergie est conservée dans votre propre référentiel inertiel, mais les quantités dépendent du référentiel, comme le montre clairement l'exemple de la balle et de l'avion d'Alainprice. C'est là que l'énergie "va" dans le décalage Doppler conventionnel. Dans le jargon, l'énergie est conservée, mais n'est pas invariante.

Mais en ce qui concerne l'espace en expansion : si l'Univers était une boîte en expansion contenant un gaz de photons, alors il serait évident que l'énergie perdue en raison du décalage vers le rouge cosmologique est entrée dans le changement de volume de la boîte, car les photons exercent une pression sur l'espace. murs en mouvement et rebondi avec un décalage vers le rouge.
Mais dans l'Univers illimité, il n'y a nulle part où notre gaz photonique puisse fonctionner. Ainsi, comme le dit Edward Harrison dans son livre Cosmology : The Science of the Universe :
Le principe de conservation de l'énergie nous sert bien dans toutes les sciences sauf la cosmologie. Dans des régions délimitées qui ne s'étendent pas avec l'univers. nous pouvons retracer la cascade et l'interaction de l'énergie sous ses formes innombrables et prétendre qu'elle est conservée. Mais dans l'univers dans son ensemble, il n'est pas conservé. L'énergie totale diminue dans un univers en expansion et augmente dans un univers en contraction. Où va l'énergie dans un univers en expansion ? Et d'où vient-elle dans un univers qui se contracte ? La réponse est nulle part, car dans le cosmos, l'énergie n'est pas conservée.Grant Hutchison

Premièrement, je ne pense PAS à cela comme à un problème de cosmologie à grande échelle. Un seul photon voyageant peut-être 200 millions d'années-lumière, donc toujours bien dans notre univers visible. Au moins dans ce contexte, il n'y a pas d'exception connue à la loi de conservation de l'énergie.

Deux. Oui, c'est vrai que la longueur d'onde dépend du référentiel. Plus je "trouve" rapidement un photon, plus sa longueur d'onde est courte.

Encore. Imaginez la galaxie A et la galaxie B (s'éloignant l'une de l'autre comme le font toutes les galaxies lointaines.)
Etat initial : il y a un atome excité au repos dans la galaxie A

Ledit atome fait passer son électron excité de son état excité à un autre état inférieur de 10eV, émettant un photon de 10eV. Le photon se rend dans la galaxie B et s'étire au cours du processus. Le photon frappe un atome au repos dans la galaxie B. Cet atome verra un photon de 8eV et l'un de ses électrons sera poussé vers le haut de 8eV

État final : l'atome de la galaxie A est maintenant désexcité, et l'atome de la galaxie B est maintenant excité de 8eV.

En comparant l'énoncé initial et final, il y a une perte nette de 2 eV.

Il est important que cette différence d'énergie entre les états initial et final ne se produise pas si l'espace entre les galaxies n'était pas en expansion.

:confused: C'est l'expansion de l'espace entre les deux galaxies (indépendamment de ce que fait l'univers dans son ensemble) qui est la cause directe de cette perte d'énergie.

Désolé d'être persistant, mais cela semble être une question évidente et il doit y avoir une réponse simple. Ça me rend fou!:)

Je ne vois pas cela comme une perte d'énergie. Le photon a une énergie par rapport à
l'atome par lequel il est émis, et une énergie différente par rapport à l'atome dont il est
absorbé par. Si les atomes s'éloignent les uns des autres, le photon
l'énergie à l'atome absorbant est plus faible. Si les atomes se dirigent vers
l'un par rapport à l'autre, l'énergie du photon au niveau de l'atome absorbant est plus élevée. Cela fait
pas besoin de distances cosmiques pour produire ces différences d'énergie. Juste
mouvement relatif entre l'émetteur et le récepteur.

eh bien, cette sommation est fausse ^^^ lol eh bien :pense: :doh:

en même temps, l'univers entier n'a que 13 milliards d'années. Je me demande si ce phénomène pourrait être détecté.
nous n'avons pas encore vu un photon parcourir un trillion d'années-lumière.

Il est important que cette différence d'énergie entre les états initial et final ne se produise pas si l'espace entre les galaxies n'était pas en expansion.
Pourquoi pas? Vous voulez dire que si j'ai un atome se déplaçant à une vitesse d'environ c/5, il n'émettra pas un photon de 10 eV dans son propre cadre, mais un photon de 8 eV dans le cadre d'un atome stationnaire absorbant le photon ? Notez qu'il n'y a pas d'espace en expansion dans cette situation, et bien sûr, vous n'obtiendrez que 8 eV d'excitation dans l'atome stationnaire. Où sont passés les 2 eV dans ce cas ? Il est entré dans l'atome en mouvement ! L'acte d'émettre le photon produit un "recul" qui accélère légèrement l'atome c/5. Si vous faites le calcul, vous découvrirez, comme par magie, que toute l'énergie manquante se trouve dans l'atome en mouvement (ainsi qu'une très petite quantité dans le recul de l'atome stationnaire, mais vous pouvez le négliger).

Notez que cette réponse est différente si vous parlez d'un décalage vers le rouge gravitationnel ou d'un décalage vers le rouge cosmologique. Je pense que vous essayez de vous en tenir au cas le plus simple ici. Je ne comprends pas pourquoi vous dites que vous ne voulez pas considérer les décalages vers le rouge cosmologiques, puis commencez immédiatement à parler de la destination de l'énergie pour les décalages vers le rouge cosmologiques. Comme l'a dit Grant, dans ce cas, vous ne pouvez pas vous attendre à une conservation de l'énergie, car un traitement relativiste de la gravité complique les choses.

Désolé d'être persistant, mais cela semble être une question évidente et il doit y avoir une réponse simple.
Il y a une réponse simple dans la situation simple de deux atomes en mouvement relatif.

Je vois enfin son point de vue. La réponse dont je doute réside dans les chiffres, mais dans la perception.

Parallèlement au « changement » d'énergie, il y a un changement de « temps ». En raison de la vitesse relative (ou de l'expansion de l'espace), il y a aussi un décalage dans le temps. Le photon, bien qu'étant une particule, vous semble agir dans un système « plus lent ». Si vous le souhaitez, imaginez qu'il faut simplement plus de temps pour que le photon soit émis lorsqu'un objet se déplace/s'éloigne et que tout a du sens. Le photon est toujours émis en tant que « particule », de sorte que l'horloge plus lente décale tout vers le rouge avant même que le photon ne soit émis.

En tant qu'observateur, c'est à vous de vous en rendre compte et de corriger les données pour voir que c'est bien une goutte de 10eV qui a émis le photon.

En passant, vous êtes français(europ en/autrement) ?

Parallèlement au « changement » d'énergie, il y a un changement de « temps ». En raison de la vitesse relative (ou de l'expansion de l'espace), il y a aussi un décalage dans le temps. Le photon, bien qu'étant une particule, vous semble agir dans un système « plus lent ». Si vous le souhaitez, imaginez qu'il faut simplement plus de temps pour que le photon soit émis lorsqu'un objet se déplace/s'éloigne et que tout a du sens. Le photon est toujours émis en tant que « particule », de sorte que l'horloge plus lente décale tout vers le rouge avant même que le photon ne soit émis.

Vous n'avez pas à ralentir le « temps » des étoiles ou des galaxies lointaines.

Vous pouvez penser aux décalages vers le rouge et vers le bleu que la terre mesure à la lumière d'étoiles lointaines alors que la terre tourne autour du soleil chaque année. Pour les étoiles qui sont approximativement fixes par rapport au soleil, lorsque la terre se déplace vers elles, leur lumière se déplace vers le bleu. Six mois plus tard, alors que la terre s'éloigne d'eux, leur lumière vire au rouge. Ces étoiles ne voient pas leur horloge ralentir et accélérer juste pour notre bien ici sur terre.

Une vue décalée vers le bleu d'un événement jouerait en effet plus rapidement tandis qu'une vue décalée vers le rouge jouerait plus lentement. Comme un exercice de pensée rapide et sale. Si vous voyagez à la vitesse de la lumière, le temps s'arrête. Donc, si nous pouvons aller très vite, nous pouvons aller loin en un rien de temps. Supposons qu'une supernova se déclenche en ce moment à Andromède. Nous décollons comme par magie et instantanément à 99% de la vitesse de la lumière vers elle. Disons qu'il nous faut quelques semaines pour y arriver. D'ici là, l'événement de supernova est révolu depuis longtemps. En fait, nous avons vu tout cela se produire dès notre premier jour de voyage. Sur terre, ce jour-là a duré des milliers d'années. Ces mêmes « quelques semaines » sur Terre signifieraient que la supernova est toujours bien vivante et visible.

Je doute vraiment que nous mesurions un décalage dû au mouvement de la terre. C'est inutile dans les barres d'erreur de la vitesse de l'objet mesuré. Par rapport aux satellites à l'intérieur du système solaire (mesures/expérience Cassini GR), ok.

Une vue décalée vers le bleu d'un événement jouerait en effet plus rapidement tandis qu'une vue décalée vers le rouge jouerait plus lentement.

Maintenant, qu'est-ce que ça vous dit? Il vous indique que les messages arrivent plus rapidement et plus lentement, et qu'est-ce que cela vous dit ?

Notre temps terrestre ne change certainement pas lorsque nous tournons autour du soleil. Puisque les étoiles dans une direction ont été décalées vers le rouge il y a six mois et maintenant elles sont décalées vers le bleu, tandis que les étoiles dans l'autre direction ont été décalées vers le bleu il y a six mois et maintenant elles sont décalées vers le rouge. Qu'est-ce que ça te dis? Réfléchissez bien.


Je doute vraiment que nous mesurions un décalage dû au mouvement de la terre.

Non, nous le faisons, cela a été confirmé à plusieurs reprises. Observé et écrit pour la première fois par William Huggins en 1868. Si vous voulez discuter de ce sujet, vous devriez déjà le savoir et vous devriez déjà avoir lu les articles de Huggins à ce sujet. Cela a été prédit pour la première fois par Doppler en 1842.

Je suis d'accord que le décalage Doppler dû au mouvement de la Terre est observé dans les spectres stellaires,
mais pas d'accord avec vous sur le temps relatif qu'alainprice a décrit. Toi
dire que "Notre temps terrestre ne change certainement pas", mais c'est notre propre
temps. Ce qu'alainprice dit qui est pertinent, c'est le changement apparent dans le
passage du temps au niveau de l'émetteur de lumière en raison du mouvement relatif entre les
émetteur et observateur.

Je suis d'accord que le décalage Doppler dû au mouvement de la Terre est observé dans les spectres stellaires,
mais pas d'accord avec vous sur le temps relatif qu'alainprice a décrit. Toi
dire que "Notre temps terrestre ne change certainement pas", mais c'est notre propre
temps. Ce qu'alainprice dit qui est pertinent, c'est le changement apparent dans le
passage du temps dû au mouvement entre l'émetteur de lumière et l'observateur.


C'est ce qu'on appelle "L'effet Doppler".

Le sifflement du train qui s'éloigne ne semble pas seulement avoir une fréquence plus faible à l'observateur arrière stationnaire, mais la durée du son du sifflet à l'observateur est également prolongée dans le temps. Un coup de sifflet d'une seconde au sifflet en mouvement durera plus d'une seconde lorsqu'il est reçu par l'observateur stationnaire. La même chose si nous avons un train à l'arrêt et un observateur qui s'éloigne. La même chose si nous avons une étoile stationnaire et une terre qui recule. Cela est connu depuis les années 1840. (édité pour ajouter) Mais apparemment, les principes de base des effets Doppler ne sont pas enseignés dans les écoles ou les universités aujourd'hui.

Supposons qu'une supernova se déclenche en ce moment à Andromède.

En ce moment où. en ce moment ici et nous ne verrons pas la lumière de cela pour

Si cela se produit maintenant à Andromède, nous ne saurons même pas que cet événement s'est produit jusqu'à ce que cette lumière nous atteigne

dans 2,2 millions d'années.

Si (HST) le télescope spatial Hubble "détecte simplement" (en regardant Andromède et en voyant la "première lumière" de l'événement SN) la lumière d'un SN à Andromède, alors cet événement a eu lieu à Andromède

Maintenant, si c'est ATM. quelque chose ne va pas du tout !

Tu n'étais pas en désaccord avec ce que j'ai dit, et ce que tu as dit à alainprice était
tort.

Cependant, la lumière ne se déplace pas tout à fait de la même manière que le son Doppler,
et les photons individuels n'ont pas de longueur mesurable, c'est donc comme s'ils étaient
tous de la même longueur.

Tu n'étais pas en désaccord avec ce que j'ai dit, et ce que tu as dit à alainprice était
tort.

Cependant, la lumière ne se déplace pas tout à fait de la même manière que le son Doppler,
et les photons individuels n'ont pas de longueur mesurable, c'est donc comme s'ils étaient
tous de la même longueur.

La lumière a des longueurs d'onde et des fréquences. On observe que les longueurs d'onde de la lumière sont décalées et que les fréquences sont décalées. Cela pourrait être perçu comme un ralentissement et une accélération de la « fréquence d'horloge », mais ce n'est qu'une illusion. Le temps et les fréquences « perdus » pendant la phase de décalage vers le rouge sont récupérés pendant la phase de décalage vers le bleu. Mais les fréquences d'horloge de la terre et des étoiles ne changent pas et aucun temps n'est perdu ou gagné. Tout cela a été prédit, observé et rapporté au 19ème siècle et confirmé maintes et maintes fois.

Tu n'étais pas en désaccord avec ce que j'ai dit, et ce que tu as dit à alainprice était
tort.

Cependant, la lumière ne se déplace pas tout à fait de la même manière que le son Doppler,
et les photons individuels n'ont pas de longueur mesurable, c'est donc comme s'ils étaient
tous de la même longueur.
La lumière a des longueurs d'onde et des fréquences. Les longueurs d'onde lumineuses sont observées
être décalée et on observe que les fréquences sont décalées. Cela pourrait être
perçu comme un ralentissement et une accélération de la fréquence d'horloge, mais ce n'est qu'une illusion.
Le temps et les fréquences “perdu” pendant la phase de décalage vers le rouge sont regagnés pendant
la phase de décalage vers le bleu.
Phase de décalage vers le rouge ? Phase de décalage bleu ? D'où as-tu eu ça ?
Il n'y a rien comme ça.

Dans le cas d'un atome émettant un photon et d'un autre atome absorbant
ce photon, lorsqu'il y a une vitesse relative de séparation entre le
l'atome émetteur au moment de l'émission et l'atome absorbant au moment de l'émission
temps d'absorption, le photon sera décalé vers le rouge. Il n'y a pas de décalage bleu
impliqué.

La lumière a des longueurs d'onde et des fréquences. On observe que les longueurs d'onde de la lumière sont décalées et que les fréquences sont décalées. Cela pourrait être perçu comme un ralentissement et une accélération de la « fréquence d'horloge », mais ce n'est qu'une illusion. Le temps et les fréquences « perdus » pendant la phase de décalage vers le rouge sont récupérés pendant la phase de décalage vers le bleu. Mais les fréquences d'horloge de la terre et des étoiles ne changent pas et aucun temps n'est perdu ou gagné. Tout cela a été prédit, observé et rapporté au 19ème siècle et confirmé maintes et maintes fois.
Sam5, arrêtez de promouvoir les guichets automatiques dans Q&A

Je n'ai pas la moindre idée de quoi tu parles ici Sam5,

Ken, fais une recherche sur Sam5 comme auteur avec mon nom, Normandy6644, Tassel, Fortis, Sean, Eroica, gris dans le mot-clé. Vous obtiendrez plus que vous ne voulez. Ou regardez le fil de discussion récent dans lequel Richard a été impliqué pour un petit avant-goût.

(couper)
Notez que cette réponse est différente si vous parlez d'un décalage vers le rouge gravitationnel ou d'un décalage vers le rouge cosmologique. (couper)

Si le décalage vers le rouge cosmologique était dû à l'expansion de l'espace, il devrait alors s'agir d'une valeur absolue pour toutes les longueurs d'onde, d'un "étirement" absolu, car l'espace ne serait pas en mesure d'ajuster son expansion (entre deux atomes/galaxie donnés) à différentes longueurs d'onde individuellement. Est-ce que je rate quelque chose ?


Il y a une réponse simple dans la situation simple de deux atomes en mouvement relatif.

Oui, et je pense que la même réponse vaut pour la situation d'expansion de deux atomes dans l'espace.

Edit pour ajouter : ce que je voulais dire, c'est que je pense que le redshift cosmologique est simplement un redshift Doppler

Si le décalage vers le rouge cosmologique était dû à l'expansion de l'espace, il devrait alors s'agir d'une valeur absolue pour toutes les longueurs d'onde, d'un "étirement" absolu, car l'espace ne serait pas en mesure d'ajuster son expansion (entre deux atomes/galaxie donnés) à différentes longueurs d'onde individuellement. Est-ce que je manque quelque chose ? Le décalage vers le rouge cosmologique est constant avec toutes les longueurs d'onde : si nous avons un certain spectre de photons émis ensemble, alors le décalage vers le rouge cosmologique les affecte tous dans la même proportion : si l'énergie est divisée par deux pour un, elle est divisée par deux pour tous.
Ce qui fait la différence, c'est le temps de vol du photon : s'il voyage plus longtemps (parcourant une plus longue distance), il est plus fortement décalé vers le rouge. C'est simplement parce que l'Univers change son facteur d'échelle au fil du temps, donc plus le photon voyage longtemps, plus la différence de facteur d'échelle entre le moment d'émission et le moment de réception est grande, et donc plus le décalage vers le rouge est important.

La lumière a des longueurs d'onde et des fréquences. On observe que les longueurs d'onde de la lumière sont décalées et que les fréquences sont décalées.

salut sam5,
Quelle est la différence entre les fréquences et la longueur d'onde ?

Je sais que lorsque les fréquences augmentent, la longueur d'onde diminue et elles sont directement proportionnelles les unes aux autres.
mais en réalité, la longueur d'onde et la fréquence ne sont-elles pas les mêmes ?

Oui, ils le sont, mais ils sont inversement proportionnels. La fréquence augmente, la longueur d'onde diminue. La même chose cependant, se réfère à l'énergie mesurée de la particule.

Un sujet si populaire à débattre. Je m'en sors pourtant.

Le décalage vers le rouge cosmologique est constant avec toutes les longueurs d'onde : si nous avons un certain spectre de photons émis ensemble, alors le décalage vers le rouge cosmologique les affecte tous dans la même proportion : si l'énergie est divisée par deux pour un, elle est divisée par deux pour tous.


Mais c'est exactement mon propos : le décalage vers le rouge cosmologique les affecte tous dans la même proportion.

Si l'espace s'étend de, disons, 50 nm, alors TOUTES les longueurs d'onde doivent être "étirées" de 50 nm, c'est-à-dire 300 nm -> 350 nm, 500 nm -> 550 nm, 700 nm -> 750 nm, etc., et non dans le même proportion. Mais la réalité montre que ce n'est pas vrai (exactement ce que vous dites).
Par conséquent, le redshift cosmologique (ou blueshift) n'est rien d'autre qu'un redshift Doppler. Juste "vitesse"-déplacement de fréquence dû à l'expansion de l'espace.
Pas de contradictions avec SR, GR, physique newtonienne, .

Si l'espace s'étend de, disons, 50 nm, alors TOUTES les longueurs d'onde doivent être " étirées " de 50 nm. Cela ne fonctionne pas de cette façon, car vous devez spécifier la distance qui augmente sa longueur de 50 nm (dans une certaine période de temps): l'expansion est une dimension sans dimension rapport des distances, pas une distance en soi. D'où l'idée d'un "facteur d'échelle", dont les changements provoquent le redshift cosmologique.
Donc, si un micromètre s'étend de 50 nm (dans un intervalle de temps spécifié), alors il s'étend de 5%, tout l'espace s'étend de 5% et toutes les longueurs d'onde seront affectées de 5%.

Allez-y d'une autre manière. Nous pouvons étirer une bande élastique, de longueur finie connue, de (disons) un centimètre. C'est un étirement d'un centimètre par <longueur de la bande>. Chaque moitié de la bande augmentera en longueur d'un demi-centimètre, chaque quart de la bande augmentera d'un quart de centimètre et ainsi de suite. Mais nous ne pouvons pas étirer l'ensemble de l'espace d'une longueur mesurée de cette manière, car l'espace est de longueur inconnue, peut-être infinie. C'est donc comme si on regardait l'élastique sans pouvoir en voir les extrémités. Tout ce que nous pouvons faire pour mesurer son étirement dans ces circonstances est de marquer la bande en deux points et de mesurer le changement proportionnel de la distance entre eux dans une certaine période de temps.
De même, l'Univers.

Cela ne fonctionne pas de cette façon, car vous devez spécifier la distance qui augmente sa longueur de 50 nm (dans une certaine période de temps) : l'expansion est un rapport sans dimension de distances, pas une distance en soi.
Cela je ne comprends pas. De mon point de vue profane, une expansion de 50 nm ne dépend pas de la distance (longueur). Que la distance soit de 1 m ou de 1 année-lumière, l'expansion à 50 nm est exactement la même pour les deux, n'est-ce pas ?


Allez-y d'une autre manière. Nous pouvons étirer une bande élastique, de longueur finie connue, de (disons) un centimètre. Nous ne pouvons pas faire cela avec l'espace, car l'espace est de longueur inconnue, peut-être infinie. C'est comme si on regardait l'élastique sans pouvoir en voir les extrémités. Tout ce que nous pouvons faire pour mesurer son étirement dans ces circonstances est de marquer la bande en deux points et de mesurer le changement proportionnel de la distance entre eux dans une certaine période de temps.
De même, l'Univers.

Hmmm, je vais devoir y réfléchir un moment. En fait, je pensais à la fameuse anologie du ballon. Si vous dessinez deux fonctions sinusoïdales différentes (en longueur d'onde) sur la surface d'un ballon, puis que vous le faites exploser, l'étirement des deux longueurs d'onde serait-il "proportionnel" ou "absolu" ?

Hmmm, je vais devoir y réfléchir un moment. En fait, je pensais à la fameuse anologie du ballon. Si vous dessinez deux fonctions sinusoïdales différentes (en longueur d'onde) sur la surface d'un ballon, puis faites-le gonfler, l'étirement des deux longueurs d'onde serait-il "proportionnel" ou "absolu" proportionnel. Si la surface du ballon est doublée, chaque petit patch est également doublé de surface. Tout ce que vous dessinez sur ce petit patch est doublé en surface. Tout ce que vous dessinez sur n'importe quel patch de n'importe quelle taille est doublé en surface. Imaginez dessiner deux vagues, côte à côte, l'une ayant le double de la longueur d'onde de l'autre. Gonflez le ballon pour que sa surface double. Les ondes s'étirent en proportion, chacune doublant sa longueur d'onde.

(J'ai en fait ajouté un peu plus à mon texte original sur l'élastique pendant que vous répondiez, plus ou moins à cet effet.)

Je pense que le post #35 était une excellente explication.

Munissez-vous d'un gros élastique ou d'une bande d'élastique, marquez-le et observez
ce qui leur arrive quand vous l'étirez. Il se passe exactement la même chose
sur un ballon quand on le gonfle, bien sûr, mais en 2D au lieu d'en 1D.

Désolé, je voulais répondre à ceci :
Cela je ne comprends pas. De mon point de vue profane, une expansion de 50 nm ne dépend pas de la distance (longueur). Que la distance soit de 1 m ou 1 année-lumière, l'expansion de 50 nm est exactement la même pour les deux, n'est-ce pas ? Imaginez que le mètre en expansion est intégré dans l'année-lumière en expansion (qui fait environ 1016 mètres).
Si l'année-lumière s'étend de 50 nm (= 5 x 10-8 mètres), alors chaque mètre à l'intérieur s'étend de seulement 5 yoctomètres (= 5 x 10-24 mètres).
Si le mètre s'étend de 50 nm et que chaque mètre autour de lui s'étend de la même quantité, alors l'année-lumière s'étend de 500 mégamètres (5 x 108 mètres).
C'est ainsi que fonctionne l'expansion uniforme (telle qu'observée dans l'Univers réel), et vous pouvez voir que l'une n'est pas équivalente à l'autre.

J'y ai pensé pendant la nuit, et c'est peut-être ça. En particulier, cela est similaire à ce qui est fait avec de la mélasse optique (dans laquelle je sais que l'énergie est conservée): ajustez un laser de sorte que les photons soient un cheveu en dessous d'un niveau d'énergie d'un atome - laissez cet atome se déplacer dans le faisceau et le photon apparaît en bleu décalé vers l'atome, qui peut maintenant absorber le photon, et est ralenti.

Je n'ai aucun doute que les maths fonctionnent, je ne suis tout simplement pas sûr des parties qui me manquent - et je pense qu'il me manque encore quelque chose.

Si je regarde les raies d'absorption H d'une galaxie lointaine. H émet des photons de 10 eV (disons) dans le cadre de cette galaxie. H émet également des photons de 10 eV dans ma galaxie. Ce photon de la galaxie lointaine est maintenant un photon de 8 eV au moment où il arrive ici, mesuré dans le cadre de ma galaxie - même si nous ne prenons pas la peine de le détecter, donc pas de recul.

Alors : l'énergie du photon est-elle encore de 10 eV si elle est mesurée dans le cadre de la galaxie lointaine ? Si la réponse est un oui catégorique, alors tout va bien.

Quant à l'aspect cosmologique, ce que je voulais dire c'est que oui, l'expansion de l'univers est de la cosmologie, mais la question n'est pas liée à la conservation de l'énergie de l'univers dans son ensemble.


Pourquoi pas? Vous voulez dire que si j'ai un atome se déplaçant à une vitesse d'environ c/5, il n'émettra pas un photon de 10 eV dans son propre cadre, mais un photon de 8 eV dans le cadre d'un atome stationnaire absorbant le photon ? Notez qu'il n'y a pas d'espace en expansion dans cette situation, et bien sûr, vous n'obtiendrez que 8 eV d'excitation dans l'atome stationnaire. Où sont passés les 2 eV dans ce cas ? Il est entré dans l'atome en mouvement ! L'acte d'émettre le photon produit un "recul" qui accélère légèrement l'atome c/5. Si vous faites le calcul, vous découvrirez, comme par magie, que toute l'énergie manquante se trouve dans l'atome en mouvement (ainsi qu'une très petite quantité dans le recul de l'atome stationnaire, mais vous pouvez le négliger).

Notez que cette réponse est différente si vous parlez d'un décalage vers le rouge gravitationnel ou d'un décalage vers le rouge cosmologique. Je pense que vous essayez de vous en tenir au cas le plus simple ici. Je ne comprends pas pourquoi vous dites que vous ne voulez pas considérer les décalages vers le rouge cosmologiques, puis commencez immédiatement à parler de la destination de l'énergie pour les décalages vers le rouge cosmologiques. Comme l'a dit Grant, dans ce cas, vous ne pouvez pas vous attendre à une conservation de l'énergie, car un traitement relativiste de la gravité complique les choses.

Il y a une réponse simple dans la situation simple de deux atomes en mouvement relatif.

H émet des photons de 10 eV (disons) dans le cadre de cette galaxie. H émet également des photons de 10 eV dans ma galaxie. Ce photon de la galaxie lointaine est maintenant un photon de 8 eV au moment où il arrive ici, mesuré dans le cadre de ma galaxie - même si nous ne prenons pas la peine de le détecter, donc pas de recul. Le recul pertinent dans votre scénario n'est pas le nôtre, c'est le recul dans l'atome émetteur, qui est certainement toujours là. Un point subtil est que le recul dans un atome en mouvement (comptabilisation de l'énergie dans notre propre référentiel stationnaire) correspondra à beaucoup plus d'énergie que dans le référentiel où l'émetteur est stationnaire. C'est ainsi que fonctionne l'énergie - elle s'additionne dans n'importe quelle image, mais elle est différente dans différentes images. Cela mérite réflexion.


Alors : l'énergie du photon est-elle encore de 10 eV si elle est mesurée dans le cadre de la galaxie lointaine ? Si la réponse est un oui catégorique, alors tout va bien.
Si nous imaginons que ce décalage vers le rouge est un décalage Doppler, et non un décalage vers le rouge cosmologique (qui est fortement affecté par la gravité et nécessite une relativité générale pour comprendre - en fait, je le considère comme un décalage vers le rouge gravitationnel), alors la réponse est "oui". Mais le vrai point ici est que vous ne pouvez jamais vraiment dire "quand" ou "pourquoi" un décalage vers le rouge s'est produit de manière absolue, le seul absolu est l'observable, que le photon ne peut pas être absorbé dans la ligne 10eV. La raison en est énoncée de bien des manières différentes selon le référentiel choisi. Restons simplement avec les décalages Doppler ordinaires du premier ordre et disons que dans le cadre de l'émetteur, le photon de 10 eV ne peut pas être absorbé car l'atome absorbant aurait besoin de capter 2 eV d'énergie cinétique du recul de son absorption, alors que dans le cadre de l'atome absorbant, le photon ne peut pas être absorbé car il a déjà perdu 2 eV dans le recul de l'atome émetteur. C'est ainsi que l'énergie fonctionne dans différents cadres (Grant Hutchison a dit qu'elle était conservée mais pas invariante).

Oui, l'atome émetteur reculera. Mais le redshift ne se produit qu'après :
L'atome émet un photon de 10 eV, le photon est capturé immédiatement et est observé à 10 eV.
Comparer avec:
L'atome émet un photon de 10 eV, le photon parcourt quelques 100 millions d'al et est observé à 8 eV (dans le cadre de l'autre galaxie).

Dans les deux cas, le recul est le même
(si mesuré dans le même cadre), cela ne peut donc pas être l'explication.

Tout serait trouvé si je savais que si l'énergie du photon à l'emplacement de la galaxie détectrice, mais dans le référentiel de la galaxie émettrice était encore de 10 eV. C'est peut-être - je ne connais tout simplement pas la réponse à cette question.


Le recul pertinent dans votre scénario n'est pas le nôtre, c'est le recul de l'atome émetteur, qui est certainement toujours là. Un point subtil est que le recul dans un atome en mouvement (comptabilisation de l'énergie dans notre propre référentiel stationnaire) correspondra à beaucoup plus d'énergie que dans le référentiel où l'émetteur est stationnaire. C'est ainsi que fonctionne l'énergie - elle s'additionne dans n'importe quelle image, mais elle est différente dans différentes images. Cela mérite réflexion.

Oui, l'atome émetteur reculera. Mais le redshift ne se produit qu'après :
L'atome émet un photon de 10 eV, le photon est capturé immédiatement et est observé à 10 eV.
Comparer avec:
L'atome émet un photon de 10 eV, le photon parcourt quelques 100 millions d'al et est observé à 8 eV (dans le cadre de l'autre galaxie).

Dans les deux cas, le recul est le même
(si mesuré dans le même cadre), cela ne peut donc pas être l'explication.

Tout serait trouvé si je savais que si l'énergie du photon à l'emplacement de la galaxie détectrice, mais dans le référentiel de la galaxie émettrice était encore de 10 eV. C'est peut-être - je ne connais tout simplement pas la réponse à cette question.


Je vous suggère de passer par la relativité restreinte de A à Z pour la rendre solide comme un roc.

Un photon de 10 eV est émis et absorbé 2 cm plus tard, toujours

De ma galaxie, un photon de 10 eV n'a jamais été émis, il était de 8 eV au départ et le reste. Pourquoi serait-il incorrect de dire que le redshift se produit sur la distance et non sur le temps ? N'oubliez pas que les photons ne connaissent pas le temps, ce n'est donc pas comme si le photon changeait intérieurement.

Pour moi, on dirait que vous cherchez un cadre de repos absolu.

Oui, l'atome émetteur reculera. Mais le redshift ne se produit qu'après : Encore une fois : il est toujours impossible de dire "quand le redhift se produit" - c'est toujours une question de référentiel ou de système de coordonnées. Les décalages vers le rouge cosmologiques ne sont pas différents, ils ne violent pas la relativité.


Dans les deux cas, le recul est le même
(si mesuré dans le même cadre), cela ne peut donc pas être l'explication.
C'est l'explication de la direction de l'énergie dans le décalage Doppler ordinaire (du premier ordre), comme je l'ai dit. Plus tôt, vous avez dit que vous ne vouliez pas savoir où va l'énergie pour les décalages vers le rouge cosmologiques, parce que Grant Hutchison y a déjà répondu tout de suite - les décalages vers le rouge cosmologiques ne conservent pas l'énergie. (En effet, le CMB contient beaucoup moins d'énergie aujourd'hui que par le passé.) Des efforts pour récupérer la conservation de l'énergie sont également possibles, impliquant généralement de l'énergie potentielle gravitationnelle sous une forme ou une autre. Cela vous rendrait-il plus heureux de dire que les décalages vers le rouge cosmologiques perdent de l'énergie au profit du potentiel gravitationnel ? Aucune de ces images n'est unique, vous demandez des réponses à des pédagogies (c'est-à-dire des images), pas de véritables théories scientifiques.


Tout serait trouvé si je savais que si l'énergie du photon à l'emplacement de la galaxie détectrice, mais dans le référentiel de la galaxie émettrice était encore de 10 eV. C'est peut-être - je ne connais tout simplement pas la réponse à cette question. Il n'y a aucune signification physique à l'énergie du photon ailleurs que là où elle se trouve, dans la galaxie détectrice et par rapport à un observateur particulier à cet endroit. Tout le reste est un système de coordonnées pur, c'est ainsi que fonctionne l'énergie.

(couper) nous n'avons aucune idée de ce que fait l'espace, nous n'avons donc aucun moyen de dire comment la lumière "interagira" avec lui. (snip) Si vous demandez "pourquoi la longueur d'onde de la lumière s'étend-elle comme l'univers le fait", vous ne trouverez jamais de réponse satisfaisante (snip)

C'est une très bonne et une triste nouvelle à la fois.

La bonne nouvelle est que je ne suis pas seul. Cela m'éloignera (pour un temps ?) des cauchemars inutiles
La triste nouvelle est :
personne ne sait pourquoi la théorie de la relativité générale fonctionne
D'un autre côté, personne ne sait POURQUOI la lumière se comporte comme elle le fait.
Mais je suis d'accord avec toi que

mais nous avons établi qu'elle (la théorie de la RG) unifie les observations d'une manière magnifiquement simple et mathématiquement élégante
bien que je n'y comprenne que très peu


Les violations de la conservation de l'énergie dans l'univers primitif peuvent expliquer l'énergie noire

Il s'agit de la région du « pilier sud » de la région de formation d'étoiles appelée la nébuleuse de la Carine. Comme pour ouvrir une pastèque et trouver ses graines, le télescope infrarouge a "ouvert" ce nuage trouble pour révéler des embryons d'étoiles nichés à l'intérieur de piliers de poussière épaisse en forme de doigts. Crédit : NASA

(Phys.org) - Les physiciens ont proposé que les violations de la conservation de l'énergie dans l'univers primitif, comme prédit par certaines théories modifiées de la mécanique quantique et de la gravité quantique, peuvent expliquer le problème de constante cosmologique, qui est parfois appelé « la pire prédiction théorique dans l'histoire de la physique."

Les physiciens Thibaut Josset et Alejandro Perez à l'Université d'Aix-Marseille, France, et Daniel Sudarsky à l'Université nationale autonome du Mexique, ont publié un article sur leur proposition dans un numéro récent Lettres d'examen physique.

"La principale réalisation du travail était la relation inattendue entre deux problèmes apparemment très distincts, à savoir l'expansion accélérée de l'univers et la physique microscopique", a déclaré Josset. Phys.org. "Cela offre un regard neuf sur le problème de la constante cosmologique, qui est encore loin d'être résolu."

Einstein a proposé à l'origine le concept de constante cosmologique en 1917 pour modifier sa théorie de la relativité générale afin d'empêcher l'univers de s'étendre, car à l'époque l'univers était considéré comme statique.

Maintenant que les observations modernes montrent que l'univers s'étend à un rythme accéléré, la constante cosmologique d'aujourd'hui peut être considérée comme la forme la plus simple d'énergie noire, offrant un moyen de rendre compte des observations actuelles.

Cependant, il existe un écart énorme - jusqu'à 120 ordres de grandeur - entre la grande valeur théorique prédite de la constante cosmologique et la petite valeur observée. Pour expliquer ce désaccord, certaines recherches ont suggéré que la constante cosmologique pourrait être une constante de la nature entièrement nouvelle qui doit être mesurée plus précisément, tandis qu'une autre possibilité est que le mécanisme sous-jacent supposé par la théorie soit incorrect. La nouvelle étude s'inscrit dans la deuxième ligne de pensée, suggérant que les scientifiques ne comprennent toujours pas pleinement les causes profondes de la constante cosmologique.

L'idée de base du nouvel article est que les violations de la conservation de l'énergie dans l'univers primitif auraient pu être si petites qu'elles auraient des effets négligeables à l'échelle locale et resteraient inaccessibles aux expériences modernes, mais en même temps, ces violations auraient pu apporter des contributions significatives. à la valeur actuelle de la constante cosmologique.

Pour la plupart des gens, l'idée que la conservation de l'énergie est violée va à l'encontre de tout ce qu'ils ont appris sur les lois les plus fondamentales de la physique. Mais à l'échelle cosmologique, la conservation de l'énergie n'est pas une loi aussi inébranlable qu'à des échelles plus petites. Dans cette étude, les physiciens ont spécifiquement étudié deux théories dans lesquelles des violations de la conservation de l'énergie surviennent naturellement.

Le premier scénario de violations implique des modifications de la théorie quantique qui ont déjà été proposées pour étudier des phénomènes tels que la création et l'évaporation de trous noirs, et qui apparaissent également dans les interprétations de la mécanique quantique dans lesquelles la fonction d'onde subit un effondrement spontané. Dans ces cas, l'énergie est créée dans une quantité proportionnelle à la masse de l'objet qui s'effondre.

Des violations de la conservation de l'énergie surviennent également dans certaines approches de la gravité quantique dans lesquelles l'espace-temps est considéré comme granulaire en raison de la limite fondamentale de longueur (la longueur de Planck, qui est de l'ordre de 10 -35 m). Cette discrétion de l'espace-temps pourrait avoir conduit à une augmentation ou à une diminution de l'énergie qui pourrait avoir commencé à contribuer à la constante cosmologique commençant lorsque les photons se sont découplés des électrons dans l'univers primitif, au cours de la période connue sous le nom de recombinaison.

Comme l'expliquent les chercheurs, leur proposition repose sur une modification de la relativité générale appelée gravité unimodulaire, proposée pour la première fois par Einstein en 1919.

"L'énergie des composants de la matière peut être cédée au champ gravitationnel, et cette" perte d'énergie " se comportera comme une constante cosmologique - elle ne sera pas diluée par l'expansion ultérieure de l'univers", a déclaré Josset. "Par conséquent, une petite perte ou création d'énergie dans un passé lointain peut avoir des conséquences importantes aujourd'hui à grande échelle."

Quelle que soit la source de la violation de la conservation de l'énergie, le résultat important est que l'énergie qui a été créée ou perdue a affecté la constante cosmologique de plus en plus au fil du temps, tandis que les effets sur la matière ont diminué au fil du temps en raison de l'expansion de la univers.

Une autre façon de le dire, comme l'expliquent les physiciens dans leur article, est que la constante cosmologique peut être considérée comme un enregistrement de la non-conservation de l'énergie au cours de l'histoire de l'univers.

Actuellement, il n'y a aucun moyen de dire si les violations de la conservation de l'énergie étudiées ici ont vraiment affecté la constante cosmologique, mais les physiciens prévoient d'étudier plus avant la possibilité à l'avenir.

"Notre proposition est très générale et toute violation de la conservation de l'énergie devrait contribuer à une constante cosmologique efficace", a déclaré Josset. « Cela pourrait permettre de poser de nouvelles contraintes sur les modèles phénoménologiques au-delà de la mécanique quantique standard.

"D'un autre côté, la preuve directe que l'énergie noire provient de la non-conservation de l'énergie semble largement hors de portée, car nous avons accès à la valeur de lambda [la constante cosmologique] aujourd'hui et aux contraintes sur son évolution à un moment tardif seulement. ."


Sujet : Redshift cosmique et énergie photonique

Lorsqu'un photon parcourt des distances cosmomogiques, il subit un décalage vers le rouge cosmologique. C'est facile à expliquer quand on y pense comme la longueur d'onde étirée par l'expansion de l'espace, mais que se passe-t-il si vous regardez cela d'un point de vue énergétique ? L'énergie nécessaire à la création du photon est inférieure à l'énergie gagnée en absorbant le photon.

Où est passée l'énergie ? Il me semble que le principe de conservation de l'énergie est violé, à moins que l'énergie perdue par le photon n'ait été utilisée pour étendre l'espace dans lequel il s'est déplacé.

Mais si c'est le cas, pourquoi tout l'espace ne s'agrandit-il pas ? Seul l'espace intergalaxtique semble s'étendre. (peut-être que l'espace galaxique interne est déjà étiré au maximum (une sorte de saturation), la gravité l'empêche de s'étendre)


Supposons un instant que la perte d'énergie contribue (dans une certaine mesure) à l'expansion de l'espace. Serait-ce un processus à double sens? Un photon de faible énergie pourrait-il gagner de l'énergie lorsqu'il se déplace dans un espace étendu et, ce faisant, le contracter un peu ? Dans ce cas, un décalage vers le bleu cosmologique est possible pour les photons de très basse énergie . Dans cette perspective, vous pourriez voir l'espace comme le moyen que la nature crée pour stocker une partie de son énergie.

C'est une idée complètement folle, je sais, mais (pour moi) c'est une idée amusante à laquelle penser. Je voulais juste le mettre sur la table pour une discussion ouverte, pas comme une idée de guichet automatique. Je ne le vois pas entrer en collision avec les théories traditionnelles (peut-être qu'il entre en collision avec GR, mais GR est hors de ma zone de confort).

Il n'y a pas de conservation globale de l'énergie dans les RG, il est en effet impossible de définir même sans ambiguïté un concept global de l'énergie. La conservation de l'énergie ne tient que localement.

Une autre façon de le remarquer est de penser à l'énergie noire, la densité d'énergie du vide. Si l'univers grandit et que la densité d'énergie reste constante, alors l'énergie totale augmente. Cela est lié au principe selon lequel l'énergie et la quantité de mouvement sont conservées séparément dans SR dans chaque référentiel, mais dans GR, ces référentiels n'ont qu'une étendue locale.

L'énergie peut-elle donc disparaître à l'échelle mondiale ? C'est curieux car l'énergie était conservée localement lorsqu'un photon est émis, mais elle se dissipe progressivement à cause de l'expansion ? Par contre lorsque le photon arrive et que la source était très loin, le photon a dû sacrifier de l'énergie cinétique pour nous parvenir d'une source s'éloignant si vite de nous. Est-ce une déclaration équivalente? Ou la source ne s'éloigne-t-elle pas vraiment ? GR est difficile à obtenir.

L'énergie peut-elle aussi apparaître de nulle part dans le monde ? Qu'en est-il de la matière puisqu'elle a un équivalent énergétique ?

Quand quelqu'un observe un photon décalé vers le rouge, il est
se déplaçant par rapport à l'objet qui a émis le photon.
S'il faisait correspondre la vitesse à l'objet, il n'y aurait pas
décalage vers le rouge. Le photon ne perd pas d'énergie. C'est juste
que tous les observateurs s'éloignent de tous les émetteurs,
en leur donnant à tous des cadres de référence différents, ce qui en fait
impossible de rendre compte de l'énergie de tous les photons
simultanément.

Il ne disparaît pas. C'est simplement que différents cadres de référence "voient" différentes quantités d'énergie. Vous pouvez également le voir expliqué comme un effet de dilatation du temps. Mais cela dépend aussi du cadre. Je peux vous indiquer plusieurs sources qui peuvent fournir les détails mathématiques sanglants, si vous le souhaitez.

Encore une fois, il s'agit simplement de différents cadres de référence qui mesurent différentes quantités d'énergie. C'est l'un des problèmes d'essayer d'expliquer les mathématiques, en utilisant des mots. Ou comment une analogie s'effondre lorsque vous essayez de la pousser trop loin.

Oui c'est le cas. Et vous ne l'obtiendrez jamais d'une explication de type "expliquez-moi avec des mots". Il m'a fallu quatre ans, à temps partiel, juste pour obtenir les prérequis pour arriver au point où je pourrais commencer à étudier les mathématiques nécessaires pour GR. Encore deux ans pour ces maths et puis je travaillais enfin sur GR. J'y ai travaillé pendant plusieurs années tout seul jusqu'à ce que les circonstances m'obligent à y renoncer. Et à ce moment-là, j'en savais juste assez pour être dangereux. Maintenant, après plusieurs années à ne pas l'étudier, j'ai oublié pas mal de choses et j'en sais encore moins et je suis encore plus dangereux. Vous pouvez vous en sortir plus rapidement si vous avez accès à une véritable université. De mon point de vue, Caveman semble avoir une bonne emprise dessus.

Cela dépendrait de ce que vous entendez par énergie apparaissant de nulle part. Dans le cas d'un univers Big Crunch, au fur et à mesure que l'univers s'effondrerait, il y aurait un décalage vers le bleu cosmologique. Est-ce ce dont vous parlez? Si c'est le cas, ce serait encore une fois simplement une mesure de différentes énergies dans différents cadres de référence.

salut Jeff, merci d'avoir rejoint la discussion.

Il y a plus d'une cause possible pour que les photons aient un décalage vers le rouge.
- redshift dû au mouvement (comme vous l'avez décrit)
- redshift gravitationnel (redshift du dépassement d'un champ gravitationnel)
- redshift cosmique. (décalage vers le rouge créé par l'expansion de l'espace)

Je sais et je suis d'accord mais considérez ceci :
Les galaxies se séparent en raison de l'expansion de l'espace, non pas parce qu'elles se séparent. En un sens, ils restent stationnaires 1 . Sinon, certaines galaxies s'éloigneraient de nous à des vitesses supérieures à la vitesse de la lumière. (le consensus général est qu'aucun cadre de référence ne permettrait à la vitesse d'être supérieure à "c", je crois).

S'il n'y a pas de vitesse significative entre nous et les galaxies lointaines, les photons ne devraient pas perdre d'énergie. Comme tu l'as dit.
(J'oserais dire que pour un redshift cosmique, l'énergie est déversée quelque part le long de la route que prend le photon).


1 quand je dis stationnaire, cela inclut le mouvement « mineur » des galaxies par rapport à chaque autre comme celui que nous pouvons détecter dans notre amas local de galaxies.

C'est le redshift cosmique dont je parlais. L'idée
que les galaxies ne bougent pas les unes par rapport aux autres est un
convention qui rend certaines techniques d'analyse plus
pratique. Les galaxies s'éloignent l'une de l'autre
autre, que la raison en soit l'expansion de l'espace ou non.
Je suppose ici que c'est le cas.

Je ne sais pas s'il y a un redshift gravitationnel dû
à la densité décroissante de l'Univers ou non. S'il y a
c'est-à-dire que cela devrait aussi être inclus, mais je pense que ce serait
un facteur assez faible (environ 1 ou 2 pour cent).

Afin de faire correspondre les vitesses avec un objet distant, il faudrait
tenir compte de l'expansion de l'espace entre
l'objet et l'observateur sur le chemin emprunté par la lumière.
Cela rend automatiquement compte de toutes les observations cosmiques
redshift sauf peut-être le petit peu dû à la gravité.

La dilatation du temps cosmologique observée sur les supernovas lointaines est une donnée très convaincante pour accepter que l'espace s'étend. (donc nous sommes sur la même ligne ici)

le décalage vers le rouge observé depuis des galaxies lointaines (zle total) est la somme de trois parties :

zle total = zgrave + zdopler relatif + zcomologique (EDIT: devrait être produit voir post12)


Si vous isolez le zcomologique et zoome dessus, ça me fascine

a = le facteur d'expansion de l'univers


Il est possible d'affirmer que l'expansion de l'espace a changé l'énergie électromagnétique du photon. C'est une situation de cause à effet. Mais peut-on être sûr qu'il s'agit de cause à effet ? Se pourrait-il que l'énergie quittant le photon soit la cause de l'expansion de l'espace. (ou que ce n'est qu'un processus qui se produit, que ce n'est pas non plus la cause préférée).

Le dire ainsi est légèrement trompeur, l'énergie ne peut pas être sans ambiguïté défini globalement en général.

Ce que nous considérons comme des « lois de conservation » sont en fait des symétries de l'espace-temps (le « tissu de l'univers » que nous considérons).

Le terme symétrie de l'espace-temps signifie essentiellement que l'univers se ressemble si je fais quelque chose. Par exemple, si je tourne autour de l'univers continue à se ressembler, nous appelons donc cela une symétrie de rotation (le long de l'axe de ma tête à mes pieds, il y a 3 axes de ce type dans un espace en 3 dimensions bien sûr). Un autre exemple serait si je vais dans une direction, l'univers continue également à se ressembler, nous appelons alors une symétrie translationnelle le long de cette direction (traductionnelle dans ce contexte signifie simplement se déplacer vers un point différent, il y a bien sûr aussi 3 directions dans lesquelles pour faire ça).

Chacune de ces symétries peut être représentée par un vecteur, qui est essentiellement une flèche pointant dans une certaine direction qui a une certaine longueur, appelée la norme du vecteur. Si ce vecteur représente une telle symétrie, nous l'appelons un vecteur de Killing.

Bon, tant pis pour la terminologie

Chacune de ces symétries correspond à une certaine loi de conservation, montrant que cela est assez intimidant mathématiquement, vous n'aurez donc qu'à me croire, ou vous pouvez rechercher le théorème de Noether qui est à la base de cela. Ce sont la conservation du moment dans 3 directions pour la symétrie de translation dans ces directions, la conservation du moment angulaire sur 3 axes pour la symétrie de rotation sur ces axes et la conservation de l'énergie pour la symétrie de translation dans la direction du temps. Ce dernier, la symétrie translationnelle dans la direction du temps peut sembler un peu étrange, mais cela signifie simplement que si j'avance/recule dans le temps, l'univers reste le même.

Représenter ces symétries avec des vecteurs de Killing permet de définir le concept associé. Par exemple, l'énergie est la norme du vecteur de Killing pointant dans la direction du temps, etc. Puisque ce vecteur représente une symétrie, sa norme est constante et peut être utilisée pour quantifier le concept utilisé. Ainsi, nous pouvons définir l'énergie comme la norme du vecteur Killing temporel, et puisque cela est constant, nous avons une conservation de l'énergie. De même pour toutes les autres lois de conservation.

Ayant cela, nous pouvons voir quelles lois de conservation existent pour l'univers. Si nous avançons / reculons dans le temps, l'univers a certainement un aspect différent (il s'est étendu ou s'est contracté), la symétrie temporelle et donc la conservation de l'énergie sont donc supprimées. Si nous nous retournons sur les 3 axes, l'univers continue à se ressembler, nous avons donc toutes les symétries de rotation et la conservation du moment angulaire sur tous les axes. Si nous nous déplaçons vers un autre endroit dans les 3 directions, l'univers garde le même aspect, nous avons donc toutes les symétries de translation spatiales et la conservation de la quantité de mouvement dans toutes les directions. Avec ce dernier, il convient de noter que la norme du vecteur de Killing translationnel est constante en coordonnées comobiles, pas en coordonnées propres, il semble donc y avoir une "perte de quantité de mouvement" liée à l'expansion de l'univers.

La raison pour laquelle nous avons toutes les lois de conservation localement, c'est parce que localement nous pouvons considérer l'univers comme plat. Comparez cela à une carte de la terre, si vous restez local (par exemple dans une seule ville), une carte plate est une représentation précise. Cependant, globalement, cela échoue, car toutes les cartes plates commenceront à avoir des distorsions à l'échelle mondiale. Ainsi, lorsque nous considérons une parcelle locale de l'univers, nous devons uniquement considérer un espace-temps plat sans cloches ni sifflets, connu sous le nom d'espace de Minkowski. Celui-ci a toutes les symétries, donc toutes les lois de conservation, et donc localement on aura la conservation de l'énergie.

Cela ne veut pas dire que c'est impossible pour avoir une conservation globale de l'énergie, cela dépend simplement de la "chose" que vous envisagez. Par exemple, considérons un trou noir (dans un univers autrement vide). Si nous avançons/reculons dans le temps, le trou noir reste exactement le même. Donc, dans ce cas, nous avons une conservation globale de l'énergie, même si l'espace-temps autour d'un trou noir est fortement déformé. L'ensemble de tous les espaces-temps qui ont une conservation globale de l'énergie est appelé espace-temps stationnaire, pour ajouter un peu plus de terminologie.

Vous pouvez même avoir des espaces-temps plus étranges. Prenons par exemple un trou noir en rotation, il "traîne" l'espace longtemps avec lui le long de sa région équatoriale. Cela signifie que vous avez une symétrie de rotation le long de l'axe de rotation du trou noir, mais pas le long des autres axes. Considérez-le simplement comme un sphéroïde aplati, il n'y a qu'un seul axe autour duquel vous pouvez le faire pivoter pour qu'il ait la même apparence. Cela signifie donc que nous avons une conservation du moment angulaire mais seulement le long d'un axe, pas le long des deux autres.

Bien sûr, tous les espaces-temps possibles auront des lois de conservation locales complètes, car peu importe à quel point l'espace-temps est déformé, si vous allez dans une zone suffisamment petite, il semblera plat là-bas, ce n'est qu'une question d'échelle. C'est ce que je voulais dire par le fait que les cadres de référence GR sont locaux.


Redshift gravitationnel et conservation de l'énergie

On sait que les photons qui se sont échappés d'un puits gravitationnel apparaîtront décalés vers le rouge pour un observateur situé loin à l'extérieur de ce puits. Si le nombre total de photons impliqués dans une telle interaction reste constant, mais que chaque longueur d'onde de photon est allongée, alors l'énergie totale du système doit avoir diminué.

Cela a conduit certains rédacteurs en chef à conclure (à la hâte) que « l'énergie totale de l'univers diminue », souvent à côté des affirmations sur le décalage vers le rouge vu de l'expansion cosmique, ou ce que vous avez.

Peut-être pas. L'énergie totale de l'univers peut être une constante, tandis que l'énergie d'un ensemble de photons est "perdue" d'une manière ou d'une autre à cause des effets gravitationnels. Mais cette énergie "perdue" peut toujours être expliquée en rajoutant l'énergie gravitationnelle dans les grands corps astronomiques impliqués dans les décalages vers le rouge. Plus généralement, si l'on dit qu'un effet gravitationnel viole la conservation de l'énergie, cette violation sera toujours et jamais exactement compensée par l'énergie gravitationnelle. Alors que la Relativité Générale permet des violations "locales" de la conservation de l'énergie, l'énergie totale de l'univers reste constante.

Il est difficile de séparer l'énergie de la masse et de la quantité de mouvement, en RS il n'y a pas vraiment de conservation de l'énergie mais plutôt une conservation de "4-momentum". Pour citer Wikipedia :

[l'énergie potentielle gravitationnelle] est parfois modélisée via le pseudotenseur de Landau-Lifshitz qui permet de conserver les lois de conservation énergie-impulsion de la mécanique classique.L'ajout du tenseur matière contrainte-énergie-impulsion au pseudotenseur de Landau-Lifshitz donne un pseudotenseur combiné matière plus énergie gravitationnelle qui a une divergence nulle de 4 dans tous les cadres, la divergence nulle assure la loi de conservation. [1]

La situation n'est pas très différente de celle de la masse. Prenez une fusée et envoyez-la dans l'espace à une vitesse de fuite de 6,9 ​​miles par seconde, et elle ne reviendra jamais, mais elle ne cessera jamais non plus de ralentir.

Son énergie cinétique est progressivement convertie en énergie potentielle. (Assez rapidement au début en fait, mais peu importe.) "A l'infini" sa vitesse approchera de zéro.

A l'inverse, si vous prenez une roche "à l'infini" (dans un univers vide de tout sauf de la roche et de la Terre, pour simplifier), elle démarre à vitesse nulle mais accélère progressivement vers la Terre, convertissant son énergie potentielle en énergie cinétique, finissant par frapper la Terre à 6,9 milles/seconde.

Dans l'ensemble, le système roche + Terre a (énergie potentielle + énergie cinétique) = constant, naturellement. Conservation de la masse-énergie, comme vous l'avez mentionné.

A cause du fameux E=mc 2 le même raisonnement s'applique aux photons. Lorsqu'ils quittent le voisinage de la Terre, ils sont décalés vers le rouge, oui, mais leur énergie de départ est convertie en énergie potentielle - elle ne se dissipe pas d'une manière obscure ou complexe.

Si vous placez un miroir (hypothétiquement parfait) à un milliard d'années-lumière de la Terre et réfléchissez à nouveau le photon, son énergie potentielle est reconvertie et le photon se déplace vers le bleu sur tout le chemin du retour.

L'énergie nette du système du photon et de la Terre reste constant dans cette expérience de pensée.

Que l'énergie totale de l'univers soit constante ou non est en soi une question intéressante, mais c'est une question différente qui n'est pas affectée par ce qui précède.


Conclusion

Alors que le modèle du Dr Gentry a apparemment échappé à la critique par n'importe quelle revue avant d'être publié dans MPLA, après un examen plus approfondi, il fait sérieusement défaut. Bien qu'il prétende être une solution statique aux équations de champ d'Einstein, le NRI, en fait, ne l'est pas. Même en supposant la simple relation de Hubble comme condition initiale, elle ne correspond pas à la linéarité observée dans la variation du décalage vers le rouge avec la distance. Alors que ses éléments peuvent persister pendant une courte période dans les configurations décrites par le Dr Gentry, la matière à l'intérieur de la coque d'hydrogène et la coque d'hydrogène insuffisamment massive divergeront considérablement de leurs positions initiales en moins d'un temps de Hubble. Enfin, le NRI ne tient absolument pas compte de l'abondance d'éléments légers observée. Tout cela rend sérieusement discutable la pré-publication du Dr Gentry selon laquelle la "pierre de rosette cosmique authentique" dans son NRI est sérieusement discutable. .