Astronomie

Si l'univers est en expansion, pourquoi la distance entre les planètes n'augmente-t-elle pas ?

Si l'univers est en expansion, pourquoi la distance entre les planètes n'augmente-t-elle pas ?

La relativité générale nous dit que l'espace s'étend. Alors pourquoi la distance entre les planètes et les corps célestes augmente-t-elle ?


Les distances entre les planètes et les étoiles ne s'étendent pas tant qu'elles sont suffisamment liées par la gravité. Cela est vrai même à l'échelle d'une galaxie entière.


Combien de temps avant que l'expansion de l'univers ne fasse dériver notre terre du soleil ?

L'expansion de l'univers n'affecte pas la position relative des corps astronomiques au sein des galaxies. Il est vrai que l'univers est en expansion, mais cela ne modifie pas la distance entre la terre et le soleil. Il n'affecte pas non plus la distance entre les atomes. L'expansion de l'univers est en partie causée par le Big Bang et en partie par l'énergie noire. Cette expansion ne doit pas être considérée comme des étoiles s'éloignant les unes des autres dans un tissu spatio-temporel statique. Au lieu de cela, les étoiles sont plus ou moins statiques par rapport à un tissu espace-temps qui est lui-même en expansion. La question est souvent posée : « Où est le centre de l'expansion de l'univers ? Cette question n'a de sens que si toutes les étoiles s'envolaient d'un point central. Parce que l'expansion est l'espace lui-même, il n'y a pas de centre.

Le livre "Universe" de Martin Rees déclare,

Plusieurs caractéristiques notables ont été établies au sujet de l'expansion de l'univers. Premièrement, bien que toutes les galaxies lointaines s'éloignent, ni la Terre ni aucun autre point de l'espace n'est au centre de l'univers. Au contraire, tout s'éloigne de tout le reste, et il n'y a pas de centre. Deuxièmement, à une échelle locale, la gravité domine l'expansion cosmologique et maintient la matière ensemble. L'échelle à laquelle cela se produit est étonnamment grande - même des amas entiers de galaxies résistent à l'expansion et se maintiennent ensemble. Troisièmement, il est incorrect de penser que les galaxies et les amas de galaxies s'éloignent les uns des autres "à travers" l'espace. Une image plus précise est celle de l'espace lui-même en expansion et transportant des objets avec lui.

Pensez à une feuille de papier infinie avec une grille de carrés d'un pouce dessinés sur sa surface, et une autre feuille infinie avec une grille de carrés de deux pouces. La deuxième feuille est expansée par rapport à la première, mais il n'y a pas de centre d'expansion. Les systèmes solaires ne s'étendent pas bien qu'ils existent dans un univers en expansion en raison de la force de liaison de la gravité. En fait, même les galaxies ont suffisamment de gravité pour résister à l'expansion. Ce n'est que lorsque vous atteignez le niveau où l'attraction gravitationnelle mutuelle est négligeable, le niveau intergalactique, que l'expansion de l'univers devient évidente. De même, les électrons dans les atomes ne se séparent pas malgré l'expansion de l'univers. Tout sur terre, de votre main à une règle, ne s'étend pas. Ce fait est la raison pour laquelle nous pouvons détecter l'expansion de l'univers en premier lieu. Si nos dirigeants se développaient au même rythme que les galaxies se séparent, nous n'aurions jamais découvert l'expansion de l'univers.

Cette expression selon laquelle la gravité surmonte localement l'expansion de l'univers est quelque peu simpliste. L'espace-temps à l'échelle cosmologique est assez compliqué. Une déclaration plus précise serait que n'importe où près de la matière (dans les groupes de galaxies), l'espace-temps se courbe de manière à attirer les objets, et nous appelons cette attraction gravité mais loin de la matière (entre les groupes de galaxies), l'espace-temps se dilate naturellement de lui-même. accord.


Si l'univers est en constante expansion, alors nous et toutes les autres planètes sommes-nous également en expansion ?

Semblable à mettre un dessin sur un ballon et à le faire gonfler ?

C'est un peu différent. Cela ressemble plus à penser au dessin comme à une galaxie qu'à une planète. Si vous dessinez un chat, lorsque le ballon grandit, le chat cherchera à se dilater. Cependant, les points d'encres qui composent le chat restent en place et restent de la même taille.

La distance du point sur l'oreille du chat et du point sur la bouche du chat augmente mais la taille du point reste la même. Le chat peut s'estomper à mesure que les points s'étalent, devenant moins denses, mais les points eux-mêmes restent les mêmes. L'espace entre les points s'agrandit, c'est pourquoi ils s'éloignent les uns des autres, mais les points eux-mêmes restent les mêmes.

Mais cela ne signifie-t-il pas que l'espace entre les molécules s'agrandit, et donc que nous nous étendons ?

Si vous considérez des objets ordinaires, la taille de l'objet a vraiment à voir avec les liaisons chimiques entre eux. Qui a à voir avec la dynamique électrique quantique. Je pense que sur la base d'observations astronomiques d'objets distants, il semble que rien de tout cela ne change du tout.

Je pense que ce que vous essayez de comprendre, c'est la différence entre mesurer l'espace et l'espace lui-même. Ce ne sont pas les unités qui changent, mais la distance réelle entre deux points augmente avec le temps.

Je pense qu'il est important d'imaginer toutes les forces en jeu ici. La gravité maintient les choses ensemble à des tailles moyennes. Une force nucléaire puissante maintient les choses ensemble à des tailles minuscules. Cela devient étrange quand on pense à l'espace entre des tailles énormes comme les galaxies et les amas de galaxies parce que nous ne savons pas ce qui pousse l'expansion. La gravité devrait rassembler les choses, mais ce n'est pas le cas. Nous savons juste qu'il est en expansion, nous constituons donc cette force appelée énergie noire. C'est en train de tout séparer, du moins c'est ce que nous pensons.

Ce qui se passe vraiment, c'est que nous créons plus d'espace entre tout. Nous ne comprenons pas l'énergie noire, nous ne pouvons donc pas savoir avec certitude comment elle affectera l'univers dans des milliers de milliards d'années ou plus.


Si la lumière ne se dissipe pas avec la distance parcourue et que l'univers est infini, pourquoi le ciel nocturne n'est-il pas brillant ?

J'ai lu que dans le vide, la lumière ne se dissipe pas, donc elle voyage à l'infini. Si l'univers est également infini, bien qu'il devrait y avoir une quantité infinie d'étoiles visibles dans le ciel nocturne ou si vous voulez calculer la pollution lumineuse, il devrait y en avoir lorsque vous regardez depuis l'espace.

J'ai quelques théories pour lesquelles cela pourrait être (quantité finie de lumière trop fine, quantité infinie de planètes/astéroïdes gênants. ) mais entendons-le de quelqu'un qui s'en fout :)

Il se passe deux choses ici, toutes deux liées à l'expansion universelle.

L'univers est peut-être infini, mais au fur et à mesure qu'il s'étend, la distance entre nous et tout ce qui se trouve à plus de 14 milliards d'années augmente à plus de c, de sorte que leur lumière ne peut jamais nous atteindre. le observable l'univers - ce que nous pouvons voir - a un rayon d'environ 46 milliards d'al, donc toutes les galaxies au-delà sont invisibles.

En raison de l'expansion, le rayonnement électromagnétique est décalé vers le rouge lorsqu'il se déplace (en gros, sa longueur d'onde augmente d'un facteur d'environ 2 x 10 -18 chaque seconde). Donc, les choses qui ont été émises sous forme de lumière visible il y a longtemps deviendront progressivement des IR, puis des micro-ondes, puis des ondes radio et ainsi de suite.

Cela ne signifie pas pour autant qu'il n'y est pas. Cela signifie simplement que nous avons besoin de radiotélescopes plutôt que de télescopes à lumière visible pour le voir.

En pratique, il est "light" tout autour de nous, comme le montre cette image remarquable. C'est une image du fond diffus cosmologique (basé sur des années de collecte de données) en gros c'est une image du ciel dans toutes les directions, montrant l'intensité du rayonnement électromagnétique en arrière-plan (donc les restes des tout premiers jours du univers). Ce rayonnement a une fréquence dans le GHz élevé (donc un rayonnement micro-ondes) et est une bonne preuve que l'univers est à peu près le même dans toutes les directions - sur cette image, la température effective du rayonnement est d'environ 2,7K, mais la plage de températures ( du plus clair au plus foncé) est d'environ ± 0,2 mK.

Donc, en théorie, le ciel nocturne est lumineux - en ce sens qu'il y a un rayonnement dans toutes les directions. C'est juste très haut faible-la fréquence (grande longueur d'onde), et très froid, donc on ne peut pas le voir.

[Edit : Je reçois quelques questions de suivi courantes, alors voici quelques réponses approximatives :

Avis de non-responsabilité : j'ai étudié ce sujet il y a longtemps. Je fais des erreurs. Veuillez les signaler lorsque vous les voyez.]


Le ciel nocturne finira-t-il par devenir complètement noir parce que l'univers est en expansion ?

Non, le ciel nocturne ne finira pas par devenir complètement noir. Il est vrai que l'univers est en expansion, ce qui fait que de nombreuses étoiles s'éloignent de plus en plus de la Terre, et donc les assombrissent. Mais l'expansion de l'univers n'affecte que la distance entre les groupes de galaxies. Cela n'affecte pas la distance entre les étoiles à l'intérieur d'une galaxie, ni même la distance entre les galaxies d'un groupe. Aux échelles des groupes de galaxies et plus petites, la gravité locale domine l'expansion de l'univers. Les étoiles de notre galaxie de la Voie lactée et des galaxies voisines n'augmentent pas leur distance de la terre, malgré l'expansion de l'univers. En conséquence, les étoiles de notre galaxie et des galaxies voisines ne s'assombrissent pas avec le temps. Fait intéressant, presque toutes les étoiles que vous pouvez voir dans le ciel nocturne à l'œil nu sont dans notre galaxie. Cela signifie que l'expansion de l'univers n'aura essentiellement aucun effet sur l'apparence du ciel nocturne à l'œil nu, peu importe combien de temps nous attendons. Le ciel nocturne ne s'obscurcira pas complètement à cause de l'expansion de l'univers.

Cependant, de puissants télescopes peuvent voir d'autres galaxies en dehors de notre groupe. Si nous attendons assez longtemps, l'expansion de l'univers fera qu'il y aura moins de galaxies pour les télescopes puissants à regarder. Au fur et à mesure que la distance d'une galaxie à la Terre augmente considérablement, sa lumière se propage sur une plus grande surface avant de nous atteindre, et est donc plus faible. Au fil du temps, de plus en plus de galaxies deviendront tout simplement trop éloignées pour que de puissants télescopes puissent les voir. Augmenter la sensibilité de nos télescopes peut aider, mais cela ne peut pas faire grand-chose. La lumière des galaxies en recul n'est pas seulement plus faible, elle est également décalée vers le rouge. Cela signifie que toutes les différentes couleurs de la lumière sont décalées par effet Doppler vers des fréquences plus basses en raison du mouvement de recul de la galaxie. Au fil du temps, la vitesse à laquelle une certaine galaxie en dehors de notre groupe recule augmente en raison de l'expansion de l'univers, et donc sa lumière devient de plus en plus décalée vers le rouge. La lumière qui était verte ou rouge se transforme en ondes radio. Finalement, le décalage vers le rouge devient si extrême que la lumière est effectivement réduite vers le néant. Aucun progrès technologique ne permettra aux télescopes de voir la lumière qui n'est pas là. En conséquence, dans un avenir très lointain, l'univers se sera tellement étendu que la lumière de toutes les étoiles et galaxies en dehors de notre groupe de galaxies n'atteindra jamais la Terre. Les astronomes du futur lointain devront se contenter d'étudier uniquement notre groupe local de galaxies. Mais, encore une fois, le ciel nocturne sera toujours le même à l'œil nu.


L'univers en expansion : comment l'univers s'est agrandi au fur et à mesure que nous l'avons mesuré

Depuis avant le début de l'histoire, nous avons essayé de comprendre notre monde et notre place dans celui-ci. Pour les premières tribus de chasseurs-cueilleurs, cela signifiait un peu plus que connaître le territoire de la tribu. Mais au fur et à mesure que les gens ont commencé à s'installer et à commercer, la connaissance du monde dans son ensemble est devenue plus importante et les gens se sont intéressés à sa taille réelle. Aristarque de Samos (310-230 av. J.-C.) a effectué les premières mesures de la distance entre les objets dans l'espace. En mesurant soigneusement la taille apparente du Soleil et de la Lune et en observant attentivement le terminateur de la Lune à moitié plein, il a conclu que le Soleil était 18 à 20 fois plus loin que la Lune. La valeur réelle est de 400, mais il était sur la bonne voie, il n'avait tout simplement pas de mesures suffisamment précises.


Un diagramme du travail d'Aristarque, "Sur la taille et les distances", décrivant comment calculer les distances relatives.

Pendant ce temps, Eratosthène de Cyrène (276-195 av. J.-C.) travaillait sur la taille de la Terre. Il est tombé sur une lettre déclarant qu'à midi à Syène (aujourd'hui Assouan) au solstice d'été, on pouvait regarder en bas d'un puits et voir jusqu'au fond parce que le Soleil était précisément au-dessus. Eratosthène connaissait déjà la distance entre Alexandrie et Syène, alors tout ce qu'il avait à faire était d'observer l'angle du Soleil au solstice d'été là-bas, puis de faire un peu de calcul. En supposant une Terre sphérique, il a calculé que la circonférence était de 252 000 stades, ce qui équivaut à 39 690 km, ce qui représente une erreur inférieure à 2 % par rapport à la valeur réelle. Une taille directement mesurée existait désormais pour le monde. Mais qu'en est-il des cieux ? Le travail d'Aristarque n'était pas assez précis. Après avoir trouvé comment prédire de manière fiable les éclipses, Hipparque (190-120 av. J.-C.) les a utilisées pour obtenir une meilleure estimation du rapport de distance entre la Lune et le Soleil. Il a conclu que la Lune était à 60,5 rayons de la Terre et le Soleil à 2 550 rayons de la Terre. Sa distance lunaire était assez précise - cela correspond à 385 445 km jusqu'à la Lune, ce qui est assez proche de la distance réelle, une moyenne de 384 400 km - mais pour le Soleil, cela correspond à 16 millions de km, environ 136 millions de km en deçà de la distance réelle.

En haut à gauche : Une dioptre, prédécesseur à la fois de l'astrolabe et du théodolite, d'un type similaire à celui qu'Hipparque utilisait pour ses mesures.

Lorsque Ptolémée (90-168) est arrivé, l'Univers s'est rétréci pendant un certain temps.

En utilisant les épicycles qu'il supposait exister dans son univers géocentrique, il a estimé la distance au Soleil à 1 210 rayons de la Terre et la distance aux étoiles fixes à 20 000 rayons de la Terre en utilisant les valeurs modernes pour le rayon moyen de la Terre, ce qui nous donne 7 708 910 km jusqu'au Soleil et 127 420 000 km vers les étoiles fixes. Les deux sont terriblement petits (l'univers de Ptolémée tiendrait dans l'orbite de la Terre), mais ils deviennent encore plus petits si nous utilisons sa plus petite estimation pour la circonférence de la Terre - il a estimé que la Terre était d'environ 1/6 de la taille qu'elle est réellement . (Et il y a là une histoire, car Christophe Colomb essaierait d'utiliser la figure de Ptolémée pour tracer son voyage vers l'ouest vers l'Orient, plutôt que les plus précises qui avaient été développées en Perse depuis lors.)


Le monde de Ptolémée à l'époque, la meilleure carte qui existait du monde connu.

À la fin du 16ème siècle, la taille de la Terre était assez bien définie, mais la taille de l'Univers restait difficile. Johannes Kepler a résolu le casse-tête du mouvement orbital et calculé le rapport de la distance entre le Soleil et diverses planètes, permettant des prédictions précises des transits. En 1639, Jeremiah Horrocks fit la première observation connue d'un transit de Vénus. Il a estimé la distance entre la Terre et le Soleil à 95,6 millions de km, l'estimation la plus précise à ce jour (et environ les 2/3 de la distance réelle). En 1676, Edmund Halley tenta de mesurer la parallaxe solaire lors d'un transit de Mercure, mais n'était pas satisfait de la seule autre observation faite. Il proposa que d'autres observations soient faites lors du prochain transit de Vénus, en 1761. Malheureusement, il ne vécut pas aussi longtemps.

Jeremiah Horrocks, observant le transit de Vénus par la méthode de projection télescopique.

En 1761, suivant les recommandations de feu Edmund Halley, des expéditions scientifiques ont entrepris d'observer le transit de Vénus depuis le plus d'endroits possible. D'autres expéditions ont été lancées en 1769 pour le deuxième transit du couple, y compris un célèbre voyage du capitaine James Cook à Tahiti, et en 1771, Jérôme Lalande a utilisé les données pour calculer la distance moyenne du Soleil à 153 millions de km, bien plus que prévu. , et la première fois, la mesure était proche de la droite. D'autres transits en 1874 et 1882 ont affiné la distance à 149,59 millions de km. Au 20e siècle, il a été affiné davantage à l'aide de la radiotélémétrie et des observations radar des planètes intérieures, mais il ne s'est pas beaucoup éloigné de cette valeur. La taille du système solaire était désormais connue.

En haut à gauche : Croquis illustrant les circonstances du transit, tel que rapporté par James Ferguson, un scientifique et inventeur autodidacte écossais qui a participé aux observations du transit.

Mais l'univers est plus grand que le système solaire. Dans les années 1780, William Herschel a cartographié les étoiles visibles dans le but de trouver des étoiles binaires. Il en a trouvé un certain nombre, mais il a également découvert que le système solaire se déplaçait réellement dans l'espace et que la Voie lactée était en forme de disque. La galaxie, qui était à l'époque synonyme d'Univers, a finalement été estimée à environ 30 000 années-lumière de diamètre - une distance inconcevablement grande, mais encore beaucoup trop petite.

La carte de la galaxie de Hershel ne pouvait pas dire à quelle distance des étoiles les étoiles s'assombrissent lorsqu'elles s'éloignent, mais vous ne pouvez l'utiliser pour calculer leur distance que si vous savez à quel point elles sont brillantes au départ, et comment pouvez-vous savoir cette? En 1908, Henrietta Leavitt a trouvé la réponse : elle a remarqué que les étoiles variables céphéides avaient une relation directe entre leur luminosité et la période de leur variation, permettant aux astronomes de déduire exactement à quel point elles sont brillantes au départ. Harlow Shapley a immédiatement appliqué cette découverte et a trouvé trois choses étonnantes lorsqu'il a cartographié toutes les Céphéides visibles : le Soleil est en fait loin du centre de la galaxie, le centre de la galaxie est obscurci par de grandes quantités de poussière, et la galaxie est au moins dix fois plus grand que quiconque ne l'avait jamais soupçonné - si vaste qu'il faudrait 300 000 ans à la lumière pour le traverser. (Shapley surestimait un peu qu'il s'agit en fait plutôt de 100 000 années-lumière environ.)

En haut à gauche : Henrietta Leavitt, l'une des rares femmes en astronomie et la seule sur cette liste à avoir été peu reconnue pour sa découverte à l'époque.

En 1924, Edwin Hubble a produit la prochaine grande révolution. À l'aide du nouveau télescope de 100 pouces de l'observatoire du mont Wilson, il a localisé les Céphéides dans la nébuleuse d'Andromède, une nébuleuse en spirale dans laquelle aucune étoile n'avait été résolue auparavant. Il a calculé que ces Céphéides se trouvaient à 1,2 million d'années-lumière, les plaçant bien au-delà de l'estimation la plus folle de Shapley pour la taille de la galaxie. Par conséquent, Andromède ne faisait pas du tout partie de notre galaxie, c'était un "univers insulaire" entièrement séparé, et il en va probablement de même pour les autres nébuleuses spirales. Cela signifiait que l'Univers était très probablement beaucoup plus grand que quiconque pouvait espérer mesurer. Il peut même être infini.

À gauche : le télescope de 100 pouces de l'observatoire du mont Wilson, où Hubble a fait son travail. C'était le plus grand télescope du monde jusqu'en 1948.

Et puis Hubble a trouvé quelque chose d'encore plus étonnant. En 1929, Hubble a comparé les spectres des galaxies proches et lointaines, en se basant sur des distances déjà connues par les observations de variables céphéides. Les spectres des plus éloignés étaient systématiquement plus rouges, et pour presque tous, il y avait une relation linéaire entre le décalage vers le rouge et la distance. En raison de l'effet Doppler, cela signifiait qu'ils reculaient. Il ne savait pas trop quoi penser de cette observation à l'époque, mais en 1930, Georges Lemaître indiqua une solution possible : il suggéra que l'univers était en expansion, entraînant avec lui des galaxies, et qu'à un moment tout cela avait dû être compacté incroyablement serré. Hubble est allé avec cela et a calibré l'expansion apparente par rapport à la distance aux bougies standard connues, calculant l'âge des objets les plus éloignés à 1,8 milliard d'années-lumière.

À gauche : Georges Lemaître, qui était aussi prêtre catholique. Il est décédé en 1966, peu de temps après avoir appris l'existence du rayonnement du fond diffus cosmologique, ce qui a encore renforcé sa théorie du Big Bang.

C'était beaucoup trop petit, et en 1952, Walter Baade a compris pourquoi : il y a en fait deux sortes de Céphéides, et Hubble avait observé celles que Leavitt n'avait pas établies. Après avoir caractérisé cette nouvelle population de Céphéides, il recalcule à partir des observations de Hubble et porte l'âge minimum de l'Univers à 3,6 milliards d'années. En 1958, Allan Sandage l'a encore amélioré, jusqu'à environ 5,5 milliards d'années.

Les astronomes ont commencé à augmenter leurs observations d'objets de plus en plus éloignés. En 1998, des études de supernovae de type 1A très éloignées ont révélé une nouvelle surprise : non seulement l'univers est en expansion, mais le taux d'expansion augmente. Aujourd'hui, l'Univers est généralement estimé à 13,7 milliards d'années - ou, plus précisément, les choses les plus lointaines que nous pouvons observer semblent être aussi lointaines. Le hic, bien sûr, c'est que nous les observons dans le passé. Ils sont en fait plus loin maintenant - en supposant, bien sûr, qu'ils existent encore. Beaucoup de choses peuvent arriver en 13,75 milliards d'années. Et maintenant que nous savons que l'expansion de l'univers s'accélère, ils sont encore plus loin maintenant. L'estimation actuelle de la taille réelle de l'univers observable est de 93 milliards d'années-lumière de diamètre, une taille énorme que le cerveau humain ne peut pas commencer à comprendre par lui-même, écrasant considérablement le petit univers des anciens Grecs.


Concept d'artiste de la NASA sur l'ancêtre d'une supernova de type 1a - une étoile à neutrons volant de la matière à un compagnon supergéant jusqu'à ce que suffisamment de matière soit finalement collectée pour déclencher une supernova

La compréhension de la taille de l'Univers est passée de la distance au Soleil, à la taille du système solaire, à l'immensité de la galaxie, à la distance stupéfiante des galaxies voisines, aux distances incroyablement compliquées des choses. que nous pouvons seulement voir car ils étaient il y a une période incroyablement longue. Que découvrirons-nous en mesurant l'Univers demain ?


L'échelle des superamas de galaxies en perspective

Faisons un zoom arrière encore plus loin et examinons les superamas de galaxies. Un superamas de galaxies est une structure gigantesque qui contient généralement des milliers de galaxies. (Chacune contenant des milliards à des milliards d'étoiles).

Notre groupe local fait partie du Superamas de la Vierge, un superamas galactique dont on estime qu'il contient plus de 47 000 galaxies ! Ce n'est pas là que cela se termine cependant, en 2014, les astronomes ont déterminé que le superamas de la Vierge est en fait un composant d'un superamas encore plus grand appelé Laniakea.

Laniakea est hawaïen pour un ciel ouvert ou un paradis immense, un nom qui sied à cette structure incroyablement grande. On estime que le superamas de Laniakea contient 100 000 à 150 000 galaxies. La recherche indique que le superamas de Laniakea n'est pas connecté gravitationnellement, il se dispersera probablement plutôt que de continuer à se maintenir.

Le superamas de Laniakea avec notre groupe local au centre - Crédit d'image : Andrew Z. Colvin via Wikimedia Commons / Edité par Universal-Sci pour mettre l'accent sur le groupe local (CC BY-SA 4.0) - (Clique sur l'image pour l'agrandir)

Avec un diamètre estimé à 500 000 000 d'années-lumière ou 153 mégaparsecs, il est presque impossible à comprendre. Essayons néanmoins de tracer une certaine forme de perspective. Si nous devions découvrir la vie intelligente dans les confins de notre propre superamas, une tentative de les connecter prendrait des millions d'années (au moins avec les méthodes de communication contemporaines, liées par les lois de la physique). Lorsque notre signal atteindrait enfin sa destination, nous pourrions même ne plus exister.

Naturellement, le « décalage de la vitesse de la lumière » fonctionne dans les deux sens. Par exemple, la lumière de notre système solaire mettrait près de 70 millions d'années pour atteindre la galaxie NGC 2525, une autre magnifique galaxie spirale barrée située dans la constellation de Puppis. Si la vie intelligente existait dans NGC 2525, elle verrait par conséquent la Terre telle qu'elle était il y a 70 millions d'années. Il n'y aurait aucun signe de vie humaine à la place, ils observeraient les dernières étapes de l'époque crétacée avec des dinosaures errant toujours sur la planète.


Pourquoi les opéras spatiaux ne se réaliseront jamais

En tant qu'astrophysicien, je suis toujours frappé par le fait que même les histoires de science-fiction les plus folles ont tendance à avoir un caractère nettement humain. Peu importe à quel point le lieu est exotique ou les concepts scientifiques inhabituels, la plupart de la science-fiction finit par porter sur des interactions, des problèmes, des faiblesses et des défis essentiellement humains (ou quasi humains). C'est ce à quoi nous répondons, c'est ce que nous pouvons le mieux comprendre. En pratique, cela signifie que la plupart des films de science-fiction se déroulent dans des contextes relativement proches, sur une planète ou un vaisseau spatial. Le vrai défi est de lier l'histoire aux émotions humaines, aux tailles et aux échelles de temps humaines, tout en capturant les énormes échelles de l'univers lui-même.

La taille réelle de l'univers ne manque jamais de stupéfier l'esprit. Nous disons que l'univers observable s'étend sur des dizaines de milliards d'années-lumière, mais la seule façon de vraiment comprendre cela, en tant qu'êtres humains, est de décomposer les choses en une série d'étapes, en commençant par notre compréhension viscérale de la taille de la Terre. Un vol sans escale de Dubaï à San Francisco couvre une distance d'environ 8 000 milles, à peu près égale au diamètre de la Terre. Le Soleil est beaucoup plus gros, son diamètre est un peu plus de 100 fois celui de la Terre. Et la distance entre la Terre et le Soleil est environ 100 fois plus grande que cette, près de 100 millions de milles. Cette distance, le rayon de l'orbite de la Terre autour du Soleil, est une mesure fondamentale en astronomie, l'Unité Astronomique, ou UA. Le vaisseau spatial Voyageur 1, par exemple, lancé en 1977 et, voyageant à 11 miles par seconde, est maintenant à 137 UA du Soleil.

Mais les étoiles sont loin plus éloigné que cela. Le plus proche, Proxima Centauri, est à environ 270 000 UA, soit 4,25 années-lumière. Il faudrait aligner 30 millions de Soleils pour combler l'écart entre le Soleil et Proxima Centauri. Les Vogon chez Douglas Adams Le Guide du voyageur galactique (1979) sont choqués que les humains ne se soient pas rendus dans le système Proxima Centauri pour voir la démolition de la Terre remarquer que la blague est à quel point la distance est incroyablement grande.

Quatre années-lumière s'avèrent être à peu près la distance moyenne entre les étoiles de la Voie lactée, dont le Soleil est membre. C'est beaucoup d'espace vide! La Voie lactée contient environ 300 milliards d'étoiles, dans une vaste structure d'environ 100 000 années-lumière de diamètre. L'une des découvertes vraiment passionnantes des deux dernières décennies est que notre Soleil est loin d'être unique en ce qu'il héberge une suite de planètes : les preuves montrent que la majorité des étoiles semblables au Soleil dans la Voie lactée ont des planètes en orbite autour d'elles, dont beaucoup ont une taille et distance de leur étoile mère leur permettant d'accueillir la vie telle que nous la connaissons.

Pourtant, se rendre sur ces planètes est une tout autre affaire : Voyageur 1 arriverait à Proxima Centauri dans 75 000 ans s'il voyageait dans la bonne direction, ce qui n'est pas le cas. Les écrivains de science-fiction utilisent diverses astuces pour couvrir ces distances interstellaires : mettre leurs passagers dans des états d'animation suspendus pendant les longs voyages, ou voyager près de la vitesse de la lumière (pour profiter de la dilatation du temps prédite dans la théorie d'Albert Einstein de relativité restreinte). Ou ils invoquent des moteurs de distorsion, des trous de ver ou d'autres phénomènes non encore découverts.

Lorsque les astronomes ont effectué les premières mesures définitives de l'échelle de notre Galaxie il y a un siècle, ils ont été submergés par la taille de l'univers qu'ils avaient cartographié. Au départ, il y avait un grand scepticisme quant au fait que les soi-disant « nébuleuses en spirale » vues dans les photographies profondes du ciel étaient en fait des « univers insulaires » – des structures aussi grandes que la Voie lactée, mais à des distances encore plus grandes. Alors que la grande majorité des histoires de science-fiction restent dans notre Voie lactée, une grande partie de l'histoire des 100 dernières années d'astronomie a été la découverte de combien plus grand que cela est l'univers. Notre voisin galactique le plus proche se trouve à environ 2 millions d'années-lumière, tandis que la lumière des galaxies les plus éloignées que nos télescopes peuvent voir a voyagé jusqu'à nous pendant la majeure partie de l'âge de l'univers, environ 13 milliards d'années.

Nous avons découvert dans les années 1920 que l'univers était en expansion depuis le Big Bang. Mais il y a environ 20 ans, les astronomes ont constaté que cette expansion s'accélérait, poussée par une force dont nous ne comprenons pas la nature physique, mais à laquelle nous donnons le nom palliatif d'« énergie noire ». L'énergie noire opère sur des échelles de longueur et de temps de l'univers dans son ensemble : comment pourrions-nous capturer un tel concept dans un morceau de fiction ?

L'histoire ne s'arrête pas là. Nous ne pouvons pas voir les galaxies de ces parties de l'univers pour lesquelles il n'y a pas eu assez de temps depuis le Big Bang pour que la lumière nous atteigne. Qu'est-ce qui se trouve au-delà des limites observables de l'univers ? Nos modèles cosmologiques les plus simples suggèrent que l'univers est uniforme dans ses propriétés aux plus grandes échelles, et s'étend pour toujours. Une variante de l'idée dit que le Big Bang qui a donné naissance à notre univers n'est que l'une d'un nombre (peut-être infini) de telles explosions, et que le « multivers » qui en résulte a une étendue qui dépasse totalement notre compréhension.


Non. Accélérer l'expansion ne signifie pas que la grande déchirure se produit.

Parce que ce n'est pas ce que fait l'accélération de l'expansion. Pour une grosse déchirure, vous avez besoin de quelque chose de plus qu'une simple accélération de l'expansion.

Le terme "énergie noire" signifie ##p = - ho##, c'est-à-dire que la pression est moins la densité d'énergie. C'est ce que vous donne une constante cosmologique lorsqu'elle est exprimée en termes parfaitement fluides. (Je suppose que ## ho > 0##.)

L'expansion accélérée se produit pour toute pression comprise dans la plage ##- ho le p < - frac<1> <3> ho##.

Le terme pour ##p < - ho##, ce dont vous avez besoin pour une grosse déchirure, est "énergie fantôme".

Certaines sources utilisent la forme générale ##p = w ho##, puis l'énergie noire est ##w = -1##, une expansion accélérée se produit pour ##-1 le w < - frac<1><3 >##, et l'énergie fantôme/grande déchirure est ##w < -1##.

Notez que rien de tout cela n'a rien à voir avec comment, ou si, ## ho## change avec le temps. C'est une question distincte, qui est pertinente si vous essayez de comprendre de quoi est réellement fait l'étoffe, et pour les détails quantitatifs de la dynamique (exactement à quelle vitesse l'expansion s'accélère, ou combien de temps il faut pour que la grande déchirure se produire s'il y a une grosse déchirure), mais pas pour la dynamique qualitative globale.

Très poli - merci Peter.

Ainsi, dans une situation ##-1leq w <-1/3##, une expansion accélérée se produit. Mais les observateurs en mouvement qui sont séparés d'une distance finie à un moment donné le sont également à une distance finie à tous les temps finis. Analogie approximative - si je pars au repos à côté de vous sur un plan euclidien et que je m'éloigne de vous avec une certaine accélération ##a=Jt## (##J## est une constante positive, donc mon accélération augmente) alors ma distance par rapport à vous est ##Jt^3/6##, qui est toujours fini malgré mon accélération toujours croissante.

Mais une situation ##w<-1## a un effet désagréable sur les équations de Friedmann, de sorte que même les objets liés comme les galaxies sont détruits à des temps finis, ce qui est très différent de l'autre situation où les galaxies se séparent mais ne sont pas détruites ?

Un homme d'âge moyen : L'espace entre les objets stellaires non liés par la gravité commune (co-mouvement) s'agrandit. Ainsi, des choses comme les amas de galaxies ont suffisamment de gravité pour rester ensemble et contrer l'effet de toute expansion. Pensez à l'espace vide comme à l'expansion, pas à l'expansion de tout.

S'il ne s'agit que d'un espace vide qui s'agrandit, il pointe vers le scénario "The Big Freeze" / "The Big Chill".

If everything was expanding everywhere then that would lead to "The Big Rip" scenario.

All the evidence is poiting to The Big Freeze scenario at the moment, not The Big Rip. The Big Rip is far more dramatic and makes for great popular science video's which is why it recieve's so much coverage in places like YouTube.

So - paraphrasing for the benefit of @A Middle Aged Man, in a dark energy universe the distance between unbound objects (like us and a distant galaxy) grows. But because of the way the curvature of spacetime evolves it never starts pulling bound objects (like your body or the galaxy) apart. However, in a phantom energy universe you get a situation at a finite time where the expansion must pull apart bound objects. Both models feature increasing acceleration at large scales, but only the phantom energy model leads to infinitely rapid expansion even between arbitrarily close together points at finite time - the Big Rip. The underlying reason is that dark energy and phantom energy have different properties (specifically, different ranges of ratios between the pressure they exert and their densities), and there's relatively little you can say beyond that without going into details of maths.


The Big-Bang Theory notes for UPSC / Civil Services

Big bang theory is the modern theory in terms of the origin of earth. If you remember how nebular hypothesis is the early theory and in that we read about the formation of sun, stars, planets, asteroids etc, in Big Bang theory scientists decided – “let’s look at the larger picture, let’s find out how the universe came into existence” . So whenever you hear the word Big Bang, you must immediately recollect that it is about the expanding universe hypothesis. So basically it is an effort to explain what happened at the very beginning of our universe.

Many discoveries in astronomy and physics have shown beyond a reasonable doubt that our universe did in fact have a beginning. Prior to that moment there was nothing during and after that moment there was something that is our universe. The big bang theory is an effort to explain what happened during and after that moment.

So how did we come to this conclusion? In 1920, Edwin Hubble, provided evidence that the universe is expanding. Edwin Hubble is the same guy after whom the famous Hubble space telescope is named. He said, As time passes, galaxies move further and further apart.

There is an experiment associated with it. Take a balloon and mark some points on it to represent the galaxies. Now, if you start inflating the balloon, the points marked on the balloon will appear to be moving away from each other as the balloon expands. Similarly, the distance between the galaxies is also found to be increasing and thereby, the universe is considered to be expanding. But i want you to also notice this, besides the increase in the distances between the points on the balloon, the points themselves are expanding. But in reality the scientists had no real evidence about the expansion of galaxies, but they do believe that the distances between galaxies is increasing. Hence we can say that the balloon example is only partially correct.

The Big Bang Theory considers the following stages in the development of the universe. In the beginning, all matter forming the universe existed in one place in the form of a “tiny ball” that is singular atom with an unimaginably small volume, infinite temperature and infinite density. Well to be honest, Where did it come from? We don’t know. Why did it appear? We don’t know. It is thought to exist at the core of “black holes”. Black holes are areas of intense gravitational pressure. The pressure is thought to be so intense that finite matter is actually squashed into infinite density (it’s a mathematical concept which truly boggles the mind).

After that, this “tiny ball” exploded violently. This led to a huge expansion. The Universe that we know was born. Time, space and matter all began with the Big Bang. In a fraction of a second, the Universe grew from smaller than a single atom to bigger than a galaxy. And it kept on growing at a fantastic rate. It is still expanding today. It is now generally accepted that the event of big bang took place 13.7 billion years before the present. Now within the 1st second of the big bang some energy was converted in to matter and antimatter. These two opposite types of particles largely destroyed each other. But some matter survived. More stable particles called protons and neutrons started to form. Protons are positively charged and electrons are negatively charged particles.

Over the next three minutes, the temperature dropped below 1 billion degrees Celsius. It was now cool enough for the protons and neutrons to come together, basically attract to form hydrogen and helium nuclei.

After 300 000 years, the Universe had cooled to about 4000 degrees. Atomic nuclei could finally capture electrons to form a fully fledged atoms. Then the Universe became transparent and got filled with clouds of hydrogen and helium gas. So this is the story of the universe, otherwise known as the big bang theory.