Astronomie

Comment un univers infini peut-il s'étendre ?

Comment un univers infini peut-il s'étendre ?

Je comprends l'expansion de l'univers comme en fait une augmentation du rapport de l'espace à la matière. Est-ce une compréhension correcte? Sinon, je ne comprends pas comment une structure infinie peut s'étendre.


L'expansion signifie que les distances augmentent en fonction du temps. Disons que si la distance entre deux amas galactiques est $D$, alors dans un Univers en expansion, la distance est régie par une fonction strictement croissante du temps $a(t)$ appelée le facteur d'échelle où

$$D=a(t)D_0$$

où $D_0$ est la distance à l'instant présent et par définition $a(t_{0})=1$.

La cosmologie suppose que l'Univers est à grande échelle le même partout (homogène) et le même dans toutes les directions (isotrope), donc ce qui précède s'applique à toutes les distances au-dessus d'une certaine échelle. Le facteur d'échelle $a(t)$ peut être trouvé à partir des équations de Friedmann et des conditions initiales.

L'expansion est possible dans des univers d'étendue spatiale à la fois finie et infinie.

Comme le volume d'une région de l'espace (assez grande) augmente proportionnellement à $[a(t)]^3$, mais que la quantité de matière reste constante, la densité de matière change proportionnellement à $[a(t)]] ^{-3}$. Cependant, l'expansion diminue également l'énergie cinétique de son contenu, de sorte que la densité d'énergie diminue d'un facteur plus important si le contenu a de l'énergie cinétique.


Je comprends l'expansion de l'univers comme en fait une augmentation du rapport de l'espace à la matière. Est-ce une compréhension correcte ?

Ce n'est pas faux. Le rapport est en augmentant. Mais ce n'est pas une "compréhension correcte". C'est simplement une observation d'un des résultats de l'expansion de l'espace.

Si l'univers est infini, comment peut-il s'étendre ?

Je ne sais pas. Je ne sais pas non plus comment la cosmologie du big bang peut être réconciliée avec un univers infini. Si vous regardez sur Internet, vous pouvez trouver des articles comme celui-ci qui disent ceci :

"Les dimensions linéaires de l'univers primitif augmentent pendant cette période d'une infime fraction de seconde d'un facteur d'au moins 10$^{26}$ à environ 10 centimètres (environ la taille d'un pamplemousse)".

Cependant, en 2013, les résultats de la mission WMAP semblent confirmer que l'espace est plat. Ensuite, un non-sequitur s'est glissé. Consultez cet article et faites très attention à ceci :

"Nous savons maintenant (à partir de 2013) que l'univers est plat avec seulement une marge d'erreur de 0,4%. Cela suggère que l'Univers est infini; cependant, comme l'Univers a un âge fini, nous ne pouvons observer qu'un volume fini de l'Univers. Tout ce que nous pouvons vraiment conclure, c'est que l'Univers est beaucoup plus grand que le volume que nous pouvons observer directement."

C'est une énorme erreur. Cela ne suggère absolument pas que l'univers est d'étendue infinie. Ou que l'Univers est beaucoup plus grand que le volume que nous pouvons observer directement. Mais ce mythe a des jambes, et les gens le répètent à l'infini, même s'ils ne peuvent pas expliquer comment il s'intègre dans la cosmologie du Big Bang. Ce que vous avez tendance à entendre, c'est que le observable l'univers était de la taille d'un pamplemousse, mais il ne satisfait absolument pas. De plus, il y a un terrible défaut qui se cache dans l'ombre. Jetez un œil au tenseur contrainte-énergie-impulsion et notez la diagonale énergie-pression. Un champ gravitationnel est quelque chose comme un gradient de pression spatiale, et vous pouvez considérer l'espace comme ayant une "pression" innée. Vous pouvez donc raisonner que l'univers doit s'étendre. Quant à savoir pourquoi Einstein ne l'a pas fait, je ne sais tout simplement pas. Mais de toute façon, pour une analogie, serrez une balle anti-stress dans votre poing et lâchez prise. Il se dilate à cause de la pression. Cependant, si ce matériau était d'étendue infinie, la pression est contrebalancée à tous les endroits. Il ne peut donc pas s'étendre. Dans la même veine, à mon avis, un univers infini ne peut pas s'étendre.

Les gens prétendent que l'univers doit être infini à cause du principe cosmologique. Mais ce n'est qu'une supposition. Il y a un supposition que l'univers est homogène et isotrope, mais ce n'est pas un fait. Vous ne pouvez pas l'utiliser pour faire des déclarations radicales sur un univers infini qui a toujours été infini. Pour autant que nous sachions, un observateur à 50 milliards d'années-lumière pourrait regarder le ciel nocturne en se demandant pourquoi la moitié est noire. Ou une image miroir de l'autre. Ou une sorte de bord.

On dit qu'autrefois, les gens ne pouvaient pas concevoir un monde incurvé. Ils ne pouvaient concevoir qu'un monde avec un avantage. Aujourd'hui, j'ai plutôt l'impression qu'il y a des gens qui ne peuvent pas concevoir un monde qui soit ne pas incurvé. Ils ne peuvent pas concevoir un monde avec un avantage.

Éditer:

Voir Le Fondement de la Théorie Générale de la Relativité : « l'énergie du champ gravitationnel doit agir gravitationnellement de la même manière que tout autre type d'énergie ». L'énergie est la source du tenseur énergie-contrainte. La matière n'est une source qu'en raison de son contenu énergétique. Voir aussi Énergie du vide inhomogène et en interaction qui fait référence à l'énergie spatiale. Une lecture intéressante est l'article Univers de 156 milliards d'années-lumière avec Neil Cornish. Ce n'est pas tout à fait exact, mais les concepts d'intérêt composé et de salle des miroirs sont intéressants. Quant au non-sequitur, voir cette interview avec Joseph Silk :

"Nous ne savons pas si l'Univers est fini ou non."

J'espère que personne ne contestera cela. Lecture sur :

"Pour vous donner un exemple, imaginez la géométrie de l'Univers en deux dimensions comme un plan. Il est plat, et un plan est normalement infini. Mais vous pouvez prendre une feuille de papier [une feuille de papier 'infinie'] et vous pouvez l'enrouler et faire un cylindre, et vous pouvez rouler à nouveau le cylindre et faire un tore [comme la forme d'un beignet]. La surface du tore est également spatialement plate, mais elle est finie".

Cela ressemble à l'ancien jeu Asteroids. Mais la mission Planck n'a trouvé aucune preuve de tore. Lire la suite :

"Vous avez donc deux possibilités pour un Univers plat : une infini, comme un plan, et une finie, comme un tore, qui est également plat."

Je le conteste. Il existe une troisième possibilité. Un univers plat et fini sans courbure intrinsèque. Si quelqu'un peut citer des sources fiables qui soutiennent l'affirmation selon laquelle un univers plat doit être infini, j'aimerais les voir.


Il n'y a absolument pas de contradiction entre être infini et pouvoir s'étendre (contrairement à ce que semble suggérer votre question). Ce simple fait ne se limite pas à l'univers réel dans lequel nous vivons.

A titre d'illustration, prenons l'« univers » infini des nombres naturels $i=0dotsinfty$. Considérons maintenant les ensembles $2i$ et $2i+1$, chacun aussi infini que les nombres naturels, mais étirés. Maintenant, combinez ces deux ensembles pour obtenir un « univers » élargi et vous obtenez à nouveau les nombres naturels.


Comment décrivez-vous à quelle distance se trouvent deux points ? Vous devez avoir une façon de décrire le concept de distance.

Quand nous disons que l'univers est en expansion, ce que nous voulons dire en réalité, c'est que les distances à l'intérieur augmentent.

L'idée que l'univers en expansion est une sorte de bulle ou de ballon 3D que l'on peut voir s'étendre de l'extérieur n'a pas de sens, car il n'y a pas d'extérieur.

Une façon peut-être plus utile d'y penser est de dire que le concept de distance est une propriété de l'univers et que cette propriété évolue avec le temps.


Si votre univers est de taille finie, quelque chose (matière) devrait être présent pour remplir l'espace vide entourant l'univers entier, sinon ce serait juste un espace plus vide. Laissez-moi vous expliquer ce que je veux dire. Une pièce est de taille limitée car lorsque vous arrivez à un certain point, les murs, le sol et le plafond vous arrêtent. Donc si un univers est fini, il faudrait qu'il ait des équivalents aux murs, pour qu'il garde la même taille et fini et/ou pour constituer une fin. Si l'espace se termine à un moment donné parce que rien ne peut aller plus loin, comme si nous étions à l'intérieur d'une sphère creuse d'une taille incompréhensible et que nous voyagions jusqu'au bout de l'espace et trouvions la fin de l'univers, quelque chose serait toujours de l'autre côté de ce que le fin de l'été. L'infini n'est pas du tout un concept difficile et c'est vraiment la seule possibilité si vous y réfléchissez. L'infini ne peut pas s'étendre. C'est comme un enfant qui dit infini plus un. Seulement maintenant, ses hommes adultes ont été instruits à l'université et toute la logique du monde ne les empêchera pas d'essayer de lui donner un sens. L'univers est définitivement infini, n'importe qui peut l'observer en regardant le ciel nocturne. Nous ne vivons pas à l'intérieur d'un domicile cosmique avec un espace limité. Nous vivons dans un espace vide infini sur une masse de forme sphérique de taille finie d'une quantité finie de matière. un univers infini d'espace vide qui a des étoiles et des planètes, des lunes et tout le reste. Mais l'univers lui-même est déjà infini et ne peut donc pas s'agrandir. Son espace vide, dans toutes les directions, pour toujours (avec des étoiles et des planètes ici et là). Pourquoi est-ce si difficile à accepter pour la science ?


N'oubliez pas cette partie !! Les autres réponses expliquent simplement qu'un univers infini peut s'étendre continuellement parce que l'augmentation de la taille est remplie d'espace, pas de matière nouvelle. Ils confirment votre explication. Cependant, la réponse à « comment un univers infini peut-il s'étendre ? » nécessite une explication de « l'espace vide » et la mention du fait que l'expansion de l'univers est également accélérer.

Espace libre donne des maux de tête aux physiciens. Existe-t-il même un espace vide ? Ou simplement un espace rempli de matière que nous ne pouvons pas encore détecter ? Plus à ce sujet ci-dessous.

Accélération de l'expansion : L'univers n'est pas seulement en expansion, ça s'accélère. Cela garde certaines personnes très intelligentes éveillées la nuit. "Comment un univers infini peut-il s'étendre ?" Eh bien, le big bang l'expliquerait… s'il ralentissait. Ce n'est pas. Alors… il faut le pousser ou le tirer, non ?

Pourquoi cela se produit-il ?

Les théories d'Einstein ont d'abord prédit que la gravité de l'univers provoquerait l'effondrement de l'univers sur lui-même. Il a donc introduit ce qu'on appelle la "constante cosmologique" dans sa théorie de la relativité. Cette constante a permis aux équations de prédire un univers statique.

Extrait de wiki :

[La constante cosmologique] a été introduite à l'origine par Albert Einstein en 1917 en tant qu'ajout à sa théorie de la relativité générale pour « retenir la gravité » et réaliser un univers statique, ce qui était l'opinion acceptée à l'époque. Einstein a abandonné le concept après la découverte par Hubble en 1929 selon laquelle toutes les galaxies… s'éloignent les unes des autres, ce qui implique un univers global en expansion.

Compréhension moderne

Bien qu'Einstein appellera plus tard cette "constante cosmologique" sa "plus grande erreur", cela s'est avéré correct. Cependant, il pensait également que la valeur serait utilisée pour expliquer pourquoi les choses sont statiques. Il s'est avéré que la valeur expliquerait pourquoi les choses sont en constante expansion. Mais quelle est cette constante, à part un nombre dans une équation ? Aujourd'hui, la plupart des physiciens semblent penser qu'il s'agit de matière noire ou d'énergie noire. C'est une science très nouvelle, mais elle fait l'objet de nombreuses recherches.

Extrait wiki de « Accélération de l'univers » :

Différentes théories de l'énergie noire suggèrent différentes valeurs de w, avec w < -1/3 pour l'accélération cosmique… L'explication la plus simple de l'énergie noire est qu'il s'agit d'une constante cosmologique… cela conduit au modèle Lambda-CDM, qui est généralement connu en tant que modèle standard de la cosmologie de 2003 à nos jours…

Extrait Wiki de Dark Energy :

environ 70% de la densité masse-énergie de l'univers peut être attribué à l'énergie noire. Alors que l'énergie noire est mal comprise à un niveau fondamental, les principales propriétés requises de l'énergie noire sont qu'elle fonctionne comme un type d'anti-gravité, elle se dilue beaucoup plus lentement que la matière à mesure que l'univers s'étend… La constante cosmologique est la forme la plus simple possible d'énergie noire puisqu'elle est constante dans l'espace et dans le temps

Répondre à votre question

Je pense donc que la vraie réponse à votre question n'est pas qu'un univers infini est possible simplement parce que la quantité d'espace vide augmente. En fait, ce n'est peut-être même pas possible. Il n'y a peut-être pas d'espace vide. L'espace vide n'est peut-être qu'un type de matière que nous ne pouvons pas encore voir ou détecter.

Wiki :

La matière noire est un type de matière hypothétique qui ne peut pas être vu avec des télescopes, mais représente la majeure partie de la matière dans l'univers. L'existence et les propriétés de la matière noire sont déduites de ses effets gravitationnels sur la matière visible, sur le rayonnement et sur la structure à grande échelle de l'univers. La matière noire n'a pas été détectée directement, ce qui en fait l'un des plus grands mystères de l'astrophysique moderne.

Pour comprendre le infini l'expansion de l'univers, demandez d'abord comment une telle chose pourrait être possible. Demandez pourquoi il s'étend à l'infini au lieu que la gravité mutuelle de toutes les galaxies se ralentisse et provoque un effondrement.


Considérez l'univers comme un gâteau d'anniversaire. Si vous aviez un gâteau d'un million d'années-lumière de diamètre, vous pourriez y mettre au moins cent mille bougies, n'est-ce pas ? Probablement beaucoup plus. Mais pensez au nombre de bougies que vous pourriez mettre sur un gâteau de taille infinie - des millions, voire des milliards. Mais si vous remettez ce gâteau au four et faites cuire un gâteau plus petit sur le côté, alors vous pourriez dire que vous avez « élargi le gâteau », malgré sa taille infinie. De cette façon, vous pourriez continuer à ajouter à votre gâteau jusqu'à ce qu'il soit vraiment infini.


L'univers infini

Dès 1344 Bradwardine a attaqué l'idée aristotélicienne que l'univers était de taille finie, arguant que l'univers était infini en étendue comme Dieu lui-même. C'était un point de vue partagé par beaucoup comme Oresme au 14 e siècle. Nicolas de Cues au 15ème siècle a également soutenu que l'univers était infini et plein d'étoiles, et que, comme l'univers était infini, la Terre ne pouvait pas être en son centre ‚Äì un débat a continué longtemps après sa mort [ Voir : Structure du système solaire].

Cependant, ce n'est qu'au 20 e siècle que la question de la taille de l'univers prend une importance capitale. La théorie révolutionnaire de la relativité générale d'Einstein en 1916 avait un univers fini (Einstein devait inclure une constante cosmologique pour y parvenir car il croyait que l'univers était statique) et dépendait d'un espace non euclidien. Des astronomes tels que de Sitter étaient mal à l'aise avec cette idée. En 1917, de Sitter proposa un univers infini pour rendre compatibles la relativité et l'espace euclidien. Considéré alors comme une faille dans sa théorie, l'univers de de Sitter exigeait que les matières s'écartent les unes des autres. Alors que sa théorie était incorrecte, ce n'était pas la raison pour laquelle. Suite à sa détermination de la distance à la galaxie d'Andromède et à la réalisation qu'Andromède était composée d'étoiles similaires à celles de la Voie lactée, Hubble a pu déterminer que les galaxies s'éloignent de nous. En effet, qu'ils reculaient avec une vitesse proportionnelle à leur éloignement de nous. Après avoir visité l'observatoire de Hubble, Einstein a ensuite mis sa constante cosmologique à zéro. Sa théorie de la relativité nous a aidés à faire de grands progrès tels que l'explication finale des mouvements de Mercure et l'observation d'Eddington de la lumière se pliant autour du soleil.

Friedmann et Lemaître ont indépendamment exploré des solutions aux équations de champ d'Einstein et sont arrivés à la conclusion que l'univers était en expansion dans les années 1920, avant que Hubble n'établisse par observation que c'était le cas en 1929 . Si les galaxies s'éloignent les unes des autres, il était logique qu'elles partent d'un point d'origine, une conclusion à laquelle Lemaître est parvenu en 1931 . (Ce n'est qu'en 1950 que Hoyle a inventé avec dérision le terme 'The Big Bang'). En 1948, Gamow et Alpher ont calculé que pour que les éléments chimiques soient synthétisés dans les rapports que nous voyons aujourd'hui, il était nécessaire que l'univers ait une phase chaude et dense à ses débuts. Également en 1948, Alpher et Hermann ont sondé plus profondément dans l'univers primitif et sont arrivés à la conclusion qu'il y aurait des restes de rayonnement thermique de cette étape. Aujourd'hui, c'est ce qu'on appelle le rayonnement de fond diffus cosmologique. Il a été mesuré pour la première fois par Penzias et Wilson en 1965 et fait partie des parasites que vous entendez à la radio.

Une pléthore d'astronomes, de scientifiques et de mathématiciens ont fait des progrès en astronomie, des orbites planétaires à la structure stellaire en passant par l'existence des trous noirs. Récemment, plus de cent ans après avoir été prédites par Poincaré en 1905, des ondes gravitationnelles ont été détectées en 2016 au grand enthousiasme de la communauté scientifique. Il est incroyable que même à la lumière de tant de découvertes, nous puissions encore contempler les étoiles avec autant d'émerveillement que nos ancêtres le faisaient autrefois.


L'univers infini et le nombre infini d'univers parallèles

Bonjour,
Je ne suis pas un scientifique, mais je me suis demandé s'il y avait des théories sur l'expansion de l'univers au point que tout se réunisse, encore une fois, au point "d'équilibre". Et puis, un nouveau big bang, et un nouvel ensemble de lois émergent, ce qui en fait un cycle infini : à chaque fois, une expérience différente.

Ma deuxième question concerne le temps. Je me suis demandé s'il y avait des théories sur l'inexistence du temps. Et si le passé, le présent et le futur se produisaient tous en même temps. Et il existe d'innombrables univers statiques parallèles que nous continuons à sauter des millions de fois par seconde, et nous donnent l'impression de vivre le temps, mais ce n'est qu'une illusion.

Efarina96

La symétrie infinie dans l'espace-temps comme principe fondamental pour unir la physique moderne

forums.livescience.com

Bouvreuil

Bonjour,
Je ne suis pas un scientifique, mais je me suis demandé s'il y avait des théories sur l'expansion de l'univers au point que tout se réunisse, encore une fois, au point "d'équilibre". Et puis, un nouveau big bang, et un nouvel ensemble de lois émergent, ce qui en fait un cycle infini : à chaque fois, une expérience différente.

Ma deuxième question concerne le temps. Je me suis demandé s'il y avait des théories sur l'inexistence du temps. Et si le passé, le présent et le futur se produisaient tous en même temps. Et il existe d'innombrables univers statiques parallèles que nous continuons à sauter des millions de fois par seconde, et nous donnent l'impression de vivre le temps, mais ce n'est qu'une illusion.

Hartmann352

La masse ne s'étend pas dans l'univers, l'espace s'étend entre les galaxies. Regardez presque toutes les galaxies de l'Univers, et vous verrez qu'elles s'éloignent de nous. Plus il est éloigné, plus il semble s'éloigner rapidement.Au fur et à mesure que la lumière voyage à travers l'Univers, elle se déplace vers des longueurs d'onde plus longues et plus rouges, car le tissu de l'espace lui-même est étiré. Aux distances les plus longues, les galaxies sont repoussées si rapidement par cette expansion qu'aucun signal que nous pouvons envoyer ne les atteindra jamais, même à la vitesse de la lumière.
Mais même si le tissu de l'espace s'étend dans tout l'Univers – partout et dans toutes les directions – nous ne le sommes pas. Nos atomes restent de la même taille. Il en va de même pour les planètes, les lunes et les étoiles, ainsi que les distances qui les séparent. Même les galaxies de notre groupe local ne s'éloignent pas les unes des autres, elles gravitent plutôt les unes vers les autres. Un jour, nous, la Voie Lactée, entrerons en collision avec la Galaxie d'Andromède (M-31, NGC-224).
La Voie lactée et toutes les galaxies du groupe local resteront liées les unes aux autres, finissant par fusionner sous leur propre gravité. La Terre tournera autour du Soleil à la même distance orbitale, la Terre elle-même restera de la même taille et les atomes qui la composent ne se dilateront pas. Parce que l'expansion de l'Univers n'a d'effet que là où une autre force - qu'elle soit gravitationnelle, électromagnétique ou nucléaire - ne l'a pas encore vaincu. Si une force parvient à maintenir un objet ensemble, même l'Univers en expansion n'affectera pas un changement.
Le tissu de l'espace lui-même s'étire au fil du temps, et tous les objets dans cet espace sont séparés les uns des autres. Plus un objet est éloigné d'un autre, plus "l'étirement" se produit, et donc plus ils semblent s'éloigner rapidement l'un de l'autre. Si tout ce que vous aviez était un univers rempli uniformément et uniformément de matière, cette matière deviendrait simplement moins dense et verrait tout s'étendre loin de tout le reste au fil du temps.
Les superamas de l'Univers - ces longues structures filamenteuses peuplées de galaxies et s'étendant sur plus d'un milliard d'années-lumière - sont étirés et séparés par l'expansion de l'Univers. À relativement court terme, au cours des prochains milliards d'années, ils cesseront d'exister. Même le grand groupe de galaxies le plus proche de la Voie lactée, l'amas de la Vierge, à seulement 50 millions d'années-lumière, ne nous y attirera jamais. Malgré une attraction gravitationnelle plus de mille fois plus puissante que la nôtre, l'expansion de l'Univers va éloigner tout cela.
Avec un Univers en expansion, nous pouvons alors comprendre pourquoi les galaxies lointaines s'éloignent de nous comme elles le font.


C. FAUCHER-GIGUÈRE, A. LIDZ, ET L. HERNQUIST, SCIENCE 319, 5859 (47)


Aux plus grandes échelles, l'Univers s'étend et les galaxies s'éloignent les unes des autres. Mais à plus petite échelle, la gravitation surmonte l'expansion, conduisant à la formation d'étoiles, de galaxies et d'amas de galaxies.
NASA, ESA ET A. FEILD (STSCI)

Repenser la cosmologie : l'expansion de l'univers n'est peut-être pas uniforme (Mise à jour)
par l'Agence spatiale européenne

Les astronomes ont supposé pendant des décennies que l'Univers s'étendait au même rythme dans toutes les directions. Une nouvelle étude basée sur les données de XMM-Newton de l'ESA, de Chandra de la NASA et des observatoires à rayons X ROSAT dirigés par l'Allemagne suggère que cette prémisse clé de la cosmologie pourrait être fausse.

Konstantinos Migkas, titulaire d'un doctorat. chercheur en astronomie et astrophysique à l'Université de Bonn, en Allemagne, et son superviseur Thomas Reiprich ont initialement cherché à vérifier une nouvelle méthode qui permettrait aux astronomes de tester l'hypothèse dite d'isotropie. Selon cette hypothèse, l'Univers a, malgré quelques différences locales, les mêmes propriétés dans chaque direction à grande échelle, ou macro-échelle.

Largement acceptée comme conséquence d'une physique fondamentale bien établie, l'hypothèse a été étayée par des observations du fond diffus cosmologique (CMB). Vestige direct du Big Bang, le CMB reflète l'état de l'Univers tel qu'il était à ses débuts, à seulement 380 000 ans. La distribution uniforme du CMB dans le ciel suggère qu'à cette époque, l'Univers devait s'étendre rapidement et au même rythme dans toutes les directions. Dans l'univers d'aujourd'hui, cependant, cela n'est peut-être plus vrai.

"Ensemble avec des collègues de l'Université de Bonn et de l'Université Harvard, nous avons examiné le comportement de plus de 800 amas de galaxies dans l'Univers actuel", explique Konstantinos. "Si l'hypothèse d'isotropie était correcte, les propriétés des amas seraient uniformes dans le ciel. Mais nous avons en fait vu des différences significatives.

Les astronomes ont utilisé des mesures de température aux rayons X du gaz extrêmement chaud qui imprègne les amas et ont comparé les données avec la luminosité des amas dans le ciel. Les amas de même température et situés à une distance similaire devraient apparaître de la même luminosité. Mais ce n'est pas ce que les astronomes ont observé.

"Nous avons vu que les amas avec les mêmes propriétés, avec des températures similaires, semblaient moins brillants que ce à quoi nous nous attendions dans une direction du ciel, et plus brillants que prévu dans une autre direction", explique Thomas. "La différence était assez significative, environ 30 pour cent. Ces différences ne sont pas aléatoires mais ont un motif clair en fonction de la direction dans laquelle nous avons observé dans le ciel."

Avant de remettre en cause le modèle cosmologique largement accepté, qui fournit la base pour estimer les distances des amas, Konstantinos et ses collègues ont d'abord examiné d'autres explications possibles. Peut-être qu'il pourrait y avoir des nuages ​​de gaz ou de poussière non détectés obscurcissant la vue et faisant apparaître des grappes dans une certaine zone plus sombres. Les données, cependant, ne prennent pas en charge ce scénario.

K. Migkas et al. Carte Voie Lactée 2020 : ESA/Gaia/DPAC – CC BY-SA 3.0 IGO

Dans certaines régions de l'espace, la distribution des amas pourrait être affectée par des flux massifs, des mouvements de matière à grande échelle provoqués par l'attraction gravitationnelle de structures extrêmement massives telles que de grands groupes d'amas. Cette hypothèse semble cependant aussi peu probable. Konstantinos ajoute que les résultats ont pris l'équipe par surprise.

"Si l'Univers est vraiment anisotrope, ne serait-ce que depuis quelques milliards d'années, cela signifierait un énorme changement de paradigme car la direction de chaque objet devrait être prise en compte lorsque nous analysons leurs propriétés", dit-il. "Par exemple, aujourd'hui, nous estimons la distance d'objets très éloignés dans l'Univers en appliquant un ensemble de paramètres et d'équations cosmologiques. Nous pensons que ces paramètres sont les mêmes partout. Mais si nos conclusions sont justes, ce ne serait pas le cas et nous devrons revoir toutes nos conclusions précédentes. »

"C'est un résultat extrêmement fascinant", commente Norbert Schartel, scientifique du projet XMM-Newton à l'ESA. "Des études précédentes ont suggéré que l'Univers actuel pourrait ne pas s'étendre uniformément dans toutes les directions, mais ce résultat - la première fois qu'un tel test a été effectué avec des amas de galaxies en rayons X - a une signification beaucoup plus grande et révèle également un grand potentiel pour de futures enquêtes."

Les scientifiques pensent que cet effet peut-être inégal sur l'expansion cosmique pourrait être causé par l'énergie noire, la mystérieuse composante du cosmos qui représente la majorité - environ 69 % - de son énergie globale. On sait très peu de choses sur l'énergie noire aujourd'hui, sauf qu'elle semble avoir accéléré l'expansion de l'Univers au cours des derniers milliards d'années.

Pour mieux comprendre l'histoire des débuts de l'étude de l'expansion de l'univers, voir :

Biographie d'Edwin Powell Hubble (1889 - 1953)

Bouvreuil

La masse ne s'étend pas dans l'univers, l'espace s'étend entre les galaxies. Regardez presque toutes les galaxies de l'Univers, et vous verrez qu'elles s'éloignent de nous. Plus il est éloigné, plus il semble s'éloigner rapidement. Au fur et à mesure que la lumière voyage à travers l'Univers, elle se déplace vers des longueurs d'onde plus longues et plus rouges, car le tissu de l'espace lui-même s'étire. Aux distances les plus longues, les galaxies sont repoussées si rapidement par cette expansion qu'aucun signal que nous pouvons envoyer ne les atteindra jamais, même à la vitesse de la lumière.
Mais même si le tissu de l'espace s'étend dans tout l'Univers – partout et dans toutes les directions – nous ne le sommes pas. Nos atomes restent de la même taille. Il en va de même pour les planètes, les lunes et les étoiles, ainsi que les distances qui les séparent. Même les galaxies de notre groupe local ne s'éloignent pas les unes des autres, elles gravitent plutôt les unes vers les autres. Un jour, nous, la Voie Lactée, entrerons en collision avec la Galaxie d'Andromède (M-31, NGC-224).
La Voie lactée et toutes les galaxies du groupe local resteront liées les unes aux autres, finissant par fusionner sous leur propre gravité. La Terre tournera autour du Soleil à la même distance orbitale, la Terre elle-même restera de la même taille et les atomes qui la composent ne se dilateront pas. Parce que l'expansion de l'Univers n'a d'effet que là où une autre force - qu'elle soit gravitationnelle, électromagnétique ou nucléaire - ne l'a pas encore vaincu. Si une force parvient à maintenir un objet ensemble, même l'Univers en expansion n'affectera pas un changement.
Le tissu de l'espace lui-même s'étire au fil du temps, et tous les objets dans cet espace sont séparés les uns des autres. Plus un objet est éloigné d'un autre, plus "l'étirement" se produit, et donc plus ils semblent s'éloigner rapidement l'un de l'autre. Si tout ce que vous aviez était un univers rempli uniformément et uniformément de matière, cette matière deviendrait simplement moins dense et verrait tout s'étendre loin de tout le reste au fil du temps.
Les superamas de l'Univers - ces longues structures filamenteuses peuplées de galaxies et s'étendant sur plus d'un milliard d'années-lumière - sont étirés et séparés par l'expansion de l'Univers. À relativement court terme, au cours des prochains milliards d'années, ils cesseront d'exister. Même le grand groupe de galaxies le plus proche de la Voie lactée, l'amas de la Vierge, à seulement 50 millions d'années-lumière, ne nous y attirera jamais. Malgré une attraction gravitationnelle plus de mille fois plus puissante que la nôtre, l'expansion de l'Univers va éloigner tout cela.
Avec un Univers en expansion, nous pouvons alors comprendre pourquoi les galaxies lointaines s'éloignent de nous comme elles le font.

Voir la pièce jointe 699
C. FAUCHER-GIGUÈRE, A. LIDZ, ET L. HERNQUIST, SCIENCE 319, 5859 (47)

Voir la pièce jointe 698
Aux plus grandes échelles, l'Univers s'étend et les galaxies s'éloignent les unes des autres. Mais à plus petite échelle, la gravitation surmonte l'expansion, conduisant à la formation d'étoiles, de galaxies et d'amas de galaxies.
NASA, ESA ET A. FEILD (STSCI)

Repenser la cosmologie : l'expansion de l'univers n'est peut-être pas uniforme (Mise à jour)
par l'Agence spatiale européenne

Les astronomes ont supposé pendant des décennies que l'Univers s'étendait au même rythme dans toutes les directions. Une nouvelle étude basée sur les données de XMM-Newton de l'ESA, de Chandra de la NASA et des observatoires à rayons X ROSAT dirigés par l'Allemagne suggère que cette prémisse clé de la cosmologie pourrait être fausse.

Konstantinos Migkas, titulaire d'un doctorat. chercheur en astronomie et astrophysique à l'Université de Bonn, en Allemagne, et son superviseur Thomas Reiprich ont initialement entrepris de vérifier une nouvelle méthode qui permettrait aux astronomes de tester l'hypothèse dite d'isotropie. Selon cette hypothèse, l'Univers a, malgré quelques différences locales, les mêmes propriétés dans chaque direction à grande échelle, ou macro-échelle.

Largement acceptée comme conséquence d'une physique fondamentale bien établie, l'hypothèse a été étayée par des observations du fond diffus cosmologique (CMB). Vestige direct du Big Bang, le CMB reflète l'état de l'Univers tel qu'il était à ses débuts, à seulement 380 000 ans. La distribution uniforme du CMB dans le ciel suggère qu'à cette époque, l'Univers devait s'étendre rapidement et au même rythme dans toutes les directions. Dans l'univers d'aujourd'hui, cependant, cela n'est peut-être plus vrai.

"Ensemble avec des collègues de l'Université de Bonn et de l'Université Harvard, nous avons examiné le comportement de plus de 800 amas de galaxies dans l'Univers actuel", explique Konstantinos. "Si l'hypothèse d'isotropie était correcte, les propriétés des amas seraient uniformes dans le ciel. Mais nous avons en fait vu des différences significatives.

Les astronomes ont utilisé des mesures de température aux rayons X du gaz extrêmement chaud qui imprègne les amas et ont comparé les données avec la luminosité des amas dans le ciel. Les amas de même température et situés à une distance similaire devraient apparaître de la même luminosité. Mais ce n'est pas ce que les astronomes ont observé.

"Nous avons vu que les amas avec les mêmes propriétés, avec des températures similaires, semblaient moins brillants que ce à quoi nous nous attendions dans une direction du ciel, et plus brillants que prévu dans une autre direction", explique Thomas. "La différence était assez significative, environ 30 pour cent. Ces différences ne sont pas aléatoires mais ont un motif clair en fonction de la direction dans laquelle nous avons observé dans le ciel."

Avant de remettre en cause le modèle cosmologique largement accepté, qui fournit la base pour estimer les distances des amas, Konstantinos et ses collègues ont d'abord examiné d'autres explications possibles. Peut-être qu'il pourrait y avoir des nuages ​​de gaz ou de poussière non détectés obscurcissant la vue et faisant apparaître des grappes dans une certaine zone plus sombres. Les données, cependant, ne prennent pas en charge ce scénario.

K. Migkas et al. Carte Voie Lactée 2020 : ESA/Gaia/DPAC – CC BY-SA 3.0 IGO

Dans certaines régions de l'espace, la distribution des amas pourrait être affectée par des écoulements massifs, des mouvements de matière à grande échelle causés par l'attraction gravitationnelle de structures extrêmement massives telles que de grands groupes d'amas. Cette hypothèse semble cependant aussi peu probable. Konstantinos ajoute que les résultats ont pris l'équipe par surprise.

"Si l'Univers est vraiment anisotrope, ne serait-ce que depuis quelques milliards d'années, cela signifierait un énorme changement de paradigme car la direction de chaque objet devrait être prise en compte lorsque nous analysons leurs propriétés", dit-il. "Par exemple, aujourd'hui, nous estimons la distance d'objets très éloignés dans l'Univers en appliquant un ensemble de paramètres et d'équations cosmologiques. Nous pensons que ces paramètres sont les mêmes partout. Mais si nos conclusions sont justes, ce ne serait pas le cas et nous devrons revoir toutes nos conclusions précédentes. »

"C'est un résultat extrêmement fascinant", commente Norbert Schartel, scientifique du projet XMM-Newton à l'ESA. "Des études antérieures ont suggéré que l'Univers actuel pourrait ne pas s'étendre uniformément dans toutes les directions, mais ce résultat - la première fois qu'un tel test a été effectué avec des amas de galaxies en rayons X - a une signification beaucoup plus grande et révèle également un grand potentiel pour de futures enquêtes."

Les scientifiques pensent que cet effet peut-être inégal sur l'expansion cosmique pourrait être causé par l'énergie noire, la mystérieuse composante du cosmos qui représente la majorité - environ 69 % - de son énergie globale. On sait très peu de choses sur l'énergie noire aujourd'hui, sauf qu'elle semble avoir accéléré l'expansion de l'Univers au cours des derniers milliards d'années.

Pour mieux comprendre l'histoire des débuts de l'étude de l'expansion de l'univers, voir :


Univers en expansion infinie

J'ai regardé des documents d'astronomie récemment, et il semble que la théorie la plus récente soit que l'univers est infini. Ma question est : Comment quelque chose peut-il commencer et devenir infini. De plus, comment quelque chose en expansion peut-il être infini ? Sûrement si quelque chose est infini, il a un avantage pour s'étendre ?

L'espace est infini dans le sens où il est partout où vous êtes autorisé à être. Nous supposons qu'il n'y a pas de direction préférée dans l'Univers, il est homogène et isotrope. Cela signifie qu'il n'y a pas de frontière, de bord ou de frontière avec l'Univers. L'avoir violerait l'homogénéité/isotropie.

L'Univers est en expansion, mais il ne s'étend pas en quelque chose, comme si vous mettiez un ballon dans une boîte et le gonfliez, au lieu de cela, il s'étend dans le sens où les points dans l'espace s'éloignent de plus en plus. L'Univers est juste, il n'est pas assis dans une boîte et ne s'étend pas dans la boîte. Il n'y a rien "derrière" ou contenant l'Univers. C'est juste.

Nous ne pouvons pas voir au-delà du bord du fond diffus cosmologique, nous ne savons donc pas si l'univers entier est infini ou fini. Nous ne pouvons voir qu'une sphère d'un rayon d'environ 46 Glyr.

L'idée que l'Univers est simplement, et n'est pas assis ou en expansion dans quelque chose est parfois difficile à saisir. Cela viole tout ce à quoi vous pensez normalement lorsque vous pensez à étendre des objets.


Comment l'univers peut-il être infini ?

Eh bien, il ne peut pas. en taille et en âge. L'univers DOIT soit être fini en âge ou en taille (ou les deux) car le ciel nocturne est sombre. Depuis la découverte du big bang, nous considérons que l'univers est d'âge fini, il est estimé à 13,82 milliards d'années. Comme il est d'âge fini, il PEUT être de taille infinie, mais nous n'en sommes pas sûrs.

Explication:

Comment savons-nous que l'univers est de taille ou d'âge finis, c'est ce qu'on appelle le paradoxe d'Olbers ou le paradoxe du ciel nocturne. Je suis sûr que vous avez remarqué que la majeure partie du ciel nocturne est sombre avec des étoiles dispersées.

Si l'univers était de taille infinie, il contiendrait un nombre infini d'étoiles, à différentes distances de la Terre, certaines plus proches que d'autres. Dans un univers de taille infinie, il DOIT y avoir une étoile dans toutes les directions possibles, car si vous remontez assez loin, vous en frapperez une.

La lumière a une vitesse finie, il faut un peu plus de huit ans et demi pour que la lumière nous parvienne de Sirius, l'étoile la plus brillante du ciel. Si l'univers avait un âge infini, il y aurait eu du temps pour que la lumière des étoiles de chaque partie de l'univers nous atteigne, cela rendrait le ciel entier uniformément brillant dans toutes les directions (notez que le wiki a un BEAU gif illustrant cela). Le ciel n'est pas brillant dans toutes les directions, donc l'univers DOIT être d'âge ou de taille finis.

Comment connaissons-nous l'univers en âge fini ? Hubble, qui a travaillé sur l'étude des galaxies, a remarqué que dans toutes les directions du ciel, les galaxies lointaines semblaient toutes s'éloigner de la Terre, il a également été remarqué que plus une galaxie est éloignée, plus elle s'éloigne de nous rapidement.En travaillant à rebours, il fut un temps où toutes ou ces galaxies lointaines étaient au même point, le big bang, le début de l'univers.

Actuellement, la meilleure preuve du big bang est l'arrière-plan comique des micro-ondes (normalement abrégé en CMB), une faible lueur radio dans toutes les directions du ciel. Quand tout était réuni, l'univers était plus dense et plus chaud et il brillait intensément. Vous pouvez voir le dernier moment de l'époque où l'univers était cette soupe chaude et dense, 380 000 après le Big Bang, appelée "l'âge de la dernière dispersion". La lueur brillante s'est étendue et atténuée et est maintenant un arrière-plan de tout le ciel.

Le CMB a presque exactement la même luminosité et la même couleur dans toutes les directions (ici la couleur est comme une fréquence de station de radio, 160,2 GHz), l'univers entier devait essentiellement se toucher dans le passé pour que cela soit vrai, une preuve supplémentaire d'un grand claquer. Il existe de très très petites variations dans le CMB, leur étude nous indique l'âge de l'univers, 13,82 milliards d'années.

Parce que l'univers a un âge fini, sa taille peut être infinie, nous ne le savons pas avec certitude, mais c'est possible. Notez parce que nous ne pouvons pas voir au-delà du CMB que l'univers OBSERVABLE est fini, il fait 91 milliards d'années-lumière de diamètre, l'univers continue de dépasser cela, nous ne pouvons tout simplement jamais le voir.

note bien que la réponse soit longue, je simplifie/saute une tonne de trucs, il y a des livres entiers écrits à ce sujet.


Je ne vois pas de lien entre la prémisse et la conclusion.

Qu'est-ce qui conduit à une telle conclusion?

Cela pourrait même impliquer que si l'espace était infini, alors il est tout aussi possible pour les galaxies de continuer à s'éloigner sans avoir besoin de l'espace pour s'étendre. Quoi qu'il en soit, ce n'est qu'une conjecture sur un inconnu. Je pense qu'il n'est pas nécessaire de calculer des probabilités de facteurs inconnus.

Imo, si par espace on entend les limites à l'intérieur de l'univers, alors il est probable qu'il s'étend puisque par univers nous définissons une sorte de limites. Si, d'un autre côté, on entend par espace les limites relatives à la capacité de la réalité à contenir des « choses », alors peut-être que l'infini est une meilleure étiquette étant donné que la réalité n'est pas vraiment limitée, même selon nos normes.

À première vue, rien ne peut se déplacer relativement plus vite que la vitesse de la lumière, donc si les galaxies s'étendent plus vite que la vitesse de la lumière, cela suggère que l'espace lui-même s'étend.

« L'expansion de l'univers est l'augmentation de la distance entre deux parties éloignées de l'univers avec le temps. C'est un expansion intrinsèque par laquelle l'échelle de l'espace elle-même change. L'univers ne s'étend "dans" rien et n'a pas besoin d'espace pour exister "en dehors" de lui. Techniquement, ni l'espace ni les objets dans l'espace ne bougent. Au lieu de cela, c'est la métrique régissant la taille et la géométrie de l'espace-temps lui-même qui change d'échelle. Bien que la lumière et les objets dans l'espace-temps ne puissent pas voyager plus vite que la vitesse de la lumière, cette limitation ne restreint pas la métrique elle-même. Pour un observateur, il semble que l'espace s'étend et que toutes les galaxies, sauf les plus proches, s'éloignent.

C'est donc la métrique qui est en expansion.

Ils ont spécifié leurs limites comme celles d'un univers. Cela signifie qu'il a automatiquement la capacité potentielle de expansion intrinsèque comme avec la plupart des limites (ou objets).

Le big bang est une théorie mais pas une certitude. Il existe d'autres théories, toutes avec des probabilités différentes. À l'heure actuelle, le big bang est peut-être la meilleure solution selon nos efforts scientifiques actuels.

Les mesures sont uniquement dans le périmètre proche (accessible, par nos installations) de notre environnement cosmique. Il est donc naturel qu'il y ait une plus grande familiarité et proximité d'une relation causale.

Cela mène à ma théorie favorite : si les big bangs se produisaient naturellement et que le temps était infini, il y aurait (avec un temps infini) des big bangs infinis à chaque point de l'espace menant à une densité de matière infinie. Donc, soit le Big Bang était un singleton contre nature, soit le temps a commencé.

Je dois admettre que je ne comprends pas ces théories multivers - au moins dans la plus populaire (l'inflation éternelle), vous avez une chose qui génère des univers - elle doit être connectée (dans l'espace) à chacun des univers générés. Par conséquent, il s'ensuit que tous les univers sont connectés à tous les univers. Dans quel sens est-ce un multivers s'ils sont tous connectés ?

Pas nécessairement. Même s'il y avait une densité de matière infinie, chaque partie de l'univers n'interagirait qu'en relation avec son environnement. Cela ne signifie pas que le potentiel de l'univers entier agirait dans son absolu à chaque point. De plus, il y a déjà eu plusieurs super et méga novas dans cet univers supposé puisque ce big-bang et cette matière hypothétiques semblent toujours être relativement bien organisés.

Je ne suis pas sûr de suivre, pouvez-vous développer ? Je ne vois pas comment vous pouvez éviter une densité de matière infinie avec un temps infini.

Ce que j'essaie de dire, c'est que le fonctionnement de l'univers tel que nous l'avons observé jusqu'à présent semble être intelligemment conçu de telle sorte qu'il existe des forces qui maintiennent l'équilibre. Par exemple, après les super et méga novas (et même le big bang), il s'ensuit une période considérable d'apaisement en quelque sorte comme un retour à l'équilibre. Par conséquent, il se peut que même avec un temps infini et une occurrence continue de big bang, l'équilibre puisse toujours être maintenu. C'est peut-être à cela que sert la gravité, pour assurer le retour à l'état de stabilité du système (univers) et de tous ses composants.

Puisque le temps est infini dans cette supposition, cela signifie que nous avons une quantité infinie de temps avant ce moment. Alors, comment se fait-il que nous n'ayons pas succombé au problème de la densité infinie, et combien d'infinis supplémentaires faut-il pour que cela se produise ?
Aussi, par principe, tout ce qui a un commencement doit avoir une fin. Donc, je ne pense pas qu'il y ait quelque chose comme une densité infinie, sinon, la densité serait infinie comme le temps (dans cette supposition).

nous revenons donc à l'argument initial où les possibilités abondent et il n'y a rien, à notre connaissance, qui empêche la possibilité d'un multivers ou d'autres big bangs.

Comme je l'ai dit, le temps est fini. Nous avons des preuves d'un seul Big Bang et de fortes raisons de penser qu'il coïncide avec le début des temps.

S'il y a un multivers, le début du temps coïnciderait avec le début du multivers. Le multivers devrait également être fini.

Je ne sais pas. Vous n'avez pas prouvé que l'infini ne peut pas grandir. Je me souviens vous avoir mentionné qu'autrefois, nous ne pouvions pas compter plus de 2. 3 était simplement « beaucoup ». Tout nombre supérieur à 2 était également appelé « plusieurs ». Cela ne voulait cependant pas dire que le « beaucoup » ne pouvait pas grandir/augmenter, n’est-ce pas ? Nous pourrions avoir 4 ou 5 ou n+1 qui est en croissance comme vous pouvez le voir mais tous sont simplement appelés ''nombreux''. Je pense que l'infini aussi peut être vu de cette façon.

C'est ton avis. Imo, fini ou infini est une description des relations temporelles avec des sujets/objets. Le temps lui-même n'est ni fini ni infini, juste une relation de transcience des sujets/objets en question.

l'espace est plat Aucune rotation pour autant que nous puissions dire et donc il est infini. L'univers n'est pas en expansion car il est déjà infini. Alors qu'est-ce qui se passe - c'est en expansion localement, il y a un autre endroit très loin d'ici - inimaginablement loin où l'espace se comprime. Il existe un nombre infini de zones où, à perte de vue, s'étendent et tout autant où l'espace se compresse. Si la structure à grande échelle continue indéfiniment et qu'il existe une structure plus grande similaire et moins définie et ainsi de suite jusqu'à l'infini, alors l'univers ne s'étend pas - c'est localement mais pour autant que nous puissions le voir, c'est une spécification insignifiante.

Les nœuds de la structure à grande échelle semblent former un nuage sans fin de quelque chose comme des quarks – cela semble familier. Je pense qu'il fait la même chose à des échelles toujours plus grandes. Moins défini Au fur et à mesure que vous reculez.

Si cela s'est produit, alors la matière sombre est toute la substance qui n'est pas tombée dans les singularités qui composent les particules de matière. L'énergie noire est le résultat de la gravité car elle provoque la compression de l'espace et doit donc s'étendre ailleurs.

Un trou noir voit le temps passer vite, mais les trucs à l'extérieur le voient prendre une éternité. Lorsque les nœuds de la structure à grande échelle forment des particules et se refroidissent comme la matière qui nous entoure - Si vous étiez fait de cela et que vous regardiez en arrière la création des particules qui vous ont fait - il semblerait que cela se soit produit dans un bang encore à partir d'ici, il semble que cela prendra des milliards, voire des milliards d'années

Ce n'est que le fil conducteur de Devan. "L'infini est ceci", bien qu'il contredise la définition mathématique standard actuelle de l'infini. « Les mathématiciens se trompent » bien qu'ils n'abordent pas réellement leurs arguments avec une réponse au-delà de « Mauvaise définition » sans élaboration ultérieure.

Je sais pertinemment que moi et beaucoup d'autres ici l'ont déjà traversé une douzaine de fois. Ce n'est jamais différent, et choquant, ce fil suit cette tendance. Devan, définissez ce que les mathématiciens actuels entendent par Infinity, exposez leur argument pour expliquer pourquoi ils ont fini par accepter cette définition, puis argumentent contre cela. Si vous ne pouvez pas accomplir cette tâche de base, une tâche que je sais que je vous ai faite plus d'une demi-douzaine de fois, vous n'êtes pas un participant honnête à ces fils constants infinis que vous créez. Vous êtes un idéologue.


Il s'étendra pour toujours les galaxies au sein des groupes et des amas fusionneront pour former une super-galaxie géante les super-galaxies individuelles accéléreront en s'éloignant les unes des autres les étoiles mourront toutes ou obtenir aspiré dans des trous noirs supermassifs, puis les cadavres stellaires obtenir éjecté alors que les trous noirs

Notre maison galaxie, les voie Lactée, contient au moins 100 milliards d'étoiles et l'univers observable contient au moins 100 milliards de galaxies. Si les galaxies étaient toutes de la même taille, cela nous donnerait 10 mille milliards de milliards (ou 10 sextillions) d'étoiles dans l'univers observable.


En épistémologie, l'argument de régression est l'argument selon lequel toute proposition nécessite une justification. Cela signifie que n'importe quelle proposition, quelle qu'elle soit, peut être remise en question à l'infini (infiniment), entraînant une régression infinie. C'est un problème en épistémologie et dans toute situation générale où une affirmation doit être justifiée.

L'argument cosmologique postule qu'il ne peut pas y avoir de régression réelle infinie des causes, donc il doit y avoir une cause première sans cause qui est sans commencement et ne nécessite pas de cause.


Ep. 45 : Les nombres importants dans l'univers

Cette semaine, nous voulions vous donner une leçon de physique de base. Ce n'est pas de la physique facile, c'est une leçon sur les nombres de base de l'Univers. Chacun de ces nombres définit un aspect clé de notre Univers. S'ils avaient des valeurs différentes, l'Univers serait un endroit changé et la vie ici sur Terre n'aurait jamais vu le jour.

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Transcription : Les nombres spéciaux de l'univers

Fraser Caïn : Cette semaine, nous voulions vous donner une leçon de physique de base. Ce n'est pas de la physique facile, c'est une leçon sur les nombres de base de l'univers. Chacun de ces chiffres définit un aspect clé de notre univers. S'ils avaient des valeurs différentes, l'univers serait un endroit changé et la vie sur terre n'aurait jamais vu le jour.

D'accord Pamela, prête pour ça ?

Dr Pamela Gay : J'espère que je suis prêt.

Fraser : Pouvez-vous expliquer le concept de ce que sont ces nombres de base ? Pourquoi sont-ils différents de tous les autres nombres qui surviennent en physique, mathématiques, chimie et tout ça ?

Paméla : Il y a certaines choses qui définissent le fonctionnement de notre univers. Par exemple, lorsque nous avons deux masses, elles s'attirent et la quantité par laquelle elles s'attirent est liée à la force de gravité. Il y a des constantes que vous mettez devant les unités que vous utilisez pour définir la masse et la distance qui nous donnent le nombre de la force gravitationnelle.

Il existe également des constantes que nous utilisons lorsque nous traitons de l'attraction électromagnétique entre les objets qui nous permettent de calculer cette force.

Ces constantes qui nous permettent de tout relier dans le système d'unités dans lequel nous choisissons de travailler ne sont définies par rien d'autre que la mesure. Ce sont des choses qui sont intégrées dans l'univers qui ne changent pas avec le temps, c'est juste la façon dont l'univers fait les choses.

Fraser : Je suppose qu'un exemple serait pi? Où pi est juste un rapport ?

Paméla : Pi est juste un rapport. C'est la relation entre la circonférence et le rayon d'un cercle.

Fraser : D'accord, donc si j'étais un extraterrestre sur un autre monde, je trouverais probablement pi comme le même nombre.

Paméla : Le truc avec pi, c'est que vous pouvez obtenir pi, quelle que soit la définition de l'univers. Si vous allez dans un autre univers contenant 38 dimensions et que vous vous demandez : « Quelle est la relation entre la circonférence et le rayon d'un cercle (qui est un objet à deux dimensions, quel que soit l'univers dans lequel vous vous trouvez) ? Vous obtiendrez toujours la même valeur pi.

Ces autres choses, la relation qui définit la force de la gravité, sont en quelque sorte intégrées dans le tissu de l'espace. Vous pourriez aller dans un univers alternatif et la constante gravitationnelle aurait une valeur différente. La gravité pourrait avoir une force différente.

Donc pi n'est qu'une manifestation géométrique. Les constantes dont nous parlons sont quelque chose qui est intégré dans le tissu de notre univers, mais elles ne sont pas dictées par tout ce que nous connaissons.

Fraser : Ils n'ont pas non plus de joli numéro rond. Ils semblent totalement aléatoires.

Paméla : Il y en a un qui semble essayer d'être un entier, mais en général, ce ne sont que des nombres qui doivent être soigneusement extraits des données dans un laboratoire.

Fraser : Très bien. Commençons alors à parcourir les chiffres. Quel est le premier qui aide à définir notre univers ?

Paméla : Il y a juste le simple fait que nous vivons dans un univers en trois dimensions. Nos trois dimensions de l'espace… il ne doit pas en être ainsi. Nous pourrions avoir 5, 11, 10988 dimensions d'espace dans lesquelles nous vivons, mais nous ne le faisons pas. nous n'en avons que trois. Il n'y a aucune raison à notre connaissance qui nous oblige à avoir trois dimensions spatiales.

Fraser : Ah bon? C'est l'une de ces choses qui sont si difficiles à comprendre pour le cerveau humain - un nombre quelconque de dimensions spatiales supérieur à trois.

Paméla : (rires) C'est l'une de ces choses où c'est ce à quoi nous sommes habitués, c'est la seule chose que nous savons vraiment définir dans notre esprit la vision de l'univers, mais la physique elle-même ne dicte en aucun cas ça doit être comme ça.

Fraser : Quelles pourraient alors être les implications de plusieurs dimensions ?

Paméla : C'est là que vous commencez à vous lancer dans la science-fiction. Cela changerait certainement la façon dont nous gérons les choses cinématiquement, spatialement… parce que nous vivons dans un univers en trois dimensions, je dois admettre que je n'ai pas prêté beaucoup d'attention aux conséquences d'avoir plus de trois dimensions.

Des choses comme la théorie des cordes examinent les particules et disent que les aspects des particules que nous voyons dans notre univers tridimensionnel sont en fait des reflets de dimensions spatiales d'ordre supérieur ou plutôt, dans ce cas, de dimensions non spatiales pour ces particules. Si nous pouvions les voir dans un plus grand nombre de dimensions, nous pourrions voir qu'il s'agit de cordes, mais tout ce que nous pouvons voir, ce sont les extrémités des cordes dans notre univers tridimensionnel.

Fraser : La physique ne fonctionne que lorsque vous atteignez ce nombre plus élevé de dimensions.

Fraser : Droite. D'accord, continuez. Quel est le prochain ?

Paméla : Nous avons aussi des valeurs différentes qui définissent le destin de notre univers.

Il y a le rapport entre la quantité de masse dans l'univers et ce qu'on appelle une masse critique. Si notre univers a cette quantité critique de masse, cette densité critique, alors nous allons à peu près continuer à nous développer lentement vers un taux d'expansion nul. Je dis vers car dans un temps infini, il devrait descendre à zéro, mais on n'arrive jamais à un temps infini.

Donc, ce paramètre oméga, cette densité de l'univers, s'il était plus élevé qu'il ne l'est maintenant, l'univers primitif aurait commencé à s'étendre, puis toute la gravité se serait fondue l'une sur l'autre et se serait rapprochée gravitationnellement et nous j'aurais eu un très bon crunch très tôt.

Si la densité de masse de l'univers était considérablement plus faible, alors que l'univers s'étendait, il n'y aurait rien qui ralentirait cette expansion et l'univers aurait pu s'accélérer beaucoup plus tôt au point que la gravité n'aurait jamais eu de chance. pour former des galaxies, la gravité n'a jamais eu la chance de former des étoiles.

En réglant la densité de masse à la bonne valeur, nous sommes en mesure d'avoir un univers qui ne s'effondre pas, ne s'effondre pas, mais est capable de le faire (d'une manière opportune qui permet à la vie de se former ) forment des galaxies et des étoiles.

Fraser : Si la quantité de masse était juste un peu plus faible, la densité de masse au début, vous n'auriez que ce jet de particules en expansion et elles ne pourraient jamais se rassembler pour former des objets de plus en plus gros.

Paméla : Ils se seraient trop éloignés l'un de l'autre au moment où les choses auraient suffisamment ralenti pour que la gravité puisse commencer à avoir des interactions.

Fraser : Ou peut-être que si cela se passait dans l'autre sens et que la densité était plus élevée, vous auriez pu vous retrouver avec des trous noirs partout

Paméla : Ou un trou noir géant si tout devenait craquant.

Fraser : Ou un trou noir géant. Droite.

Quel est l'impact de l'énergie noire là-dessus ? Je sais que l'énergie noire a accéléré l'expansion de l'univers.

Paméla : Cela nous amène au paramètre suivant. De nos jours, lorsque nous essayons de parler de ce que signifie oméga pour le destin de l'univers, ce n'est pas aussi clair que lorsque j'étais à l'université. Quand j'étais à l'université, nous disions que la constante cosmologique est 0 et que si oméga est supérieur à un, l'univers entier s'effondrera un jour. Si oméga est inférieur à un, l'univers s'étendra pour toujours.

Maintenant, nous avons, en plus de cela, cette chose appelée énergie noire qui ajoute une poussée d'accélération à l'univers entier.Chaque mètre cube d'espace pousse un mètre cube d'espace sur deux et fait croître l'univers entier.

Cette constante cosmologique, lambda, dit que nous allons simplement continuer à nous développer pour toujours, même si nous avons ce qui semble être une densité de masse critique, ce qui signifierait que nous arrêterions un jour notre expansion (si ce n'était de la constant). Nous allons continuer à nous développer.

Fraser : Je vois, donc avec notre compréhension actuelle de l'univers, si nous ne regardions que les oméga, il y aurait suffisamment de densité de masse dans l'univers pour qu'à un moment donné (un temps infini), l'expansion de l'univers finirait par ralentir et s'arrêter et toute la masse tirerait toute l'autre masse et finirait par tirer toute l'autre masse et finirait par réduire l'univers en un seul point. Parce que nous avons le lambda, cette constante cosmologique qui pousse, elle travaille à nouveau contre ce qui devrait être la compression naturelle de l'univers.

Paméla : Pas assez. Les trois possibilités pour s'il n'y avait pas de constante cosmologique sont : si oméga est inférieur à un, alors il s'étend pour toujours si oméga est supérieur à un, il s'effondre si oméga est égal à un il s'arrête juste – il atteint finalement le point où le l'expansion et la contraction s'équilibrent l'une contre l'autre et cela s'arrête, pendant un temps infini (mais nous n'arrivons jamais à un temps infini, donc nous ne nous arrêtons jamais tout à fait).

Nous avons un oméga égal à un univers (aussi près que nous puissions le dire à partir du rayonnement de fond de micro-ondes cosmique). Donc, s'il n'y avait pas de constante cosmologique, à un temps infini (que nous ne pouvons jamais atteindre), l'univers cesserait de s'étendre, mais nous avons cette constante cosmologique, donc l'univers, même à un temps infini, va continuer à s'étendre. En fait, il va accélérer son expansion à cause de cette constante cosmologique.

Fraser : Dans le passé, ils pensaient que l'oméga devait être parfaitement un et que l'univers traînerait dans l'espace. Mais qu'est-ce qui s'est réellement passé, car il y a cette constante cosmologique, oméga pourrait-il être inférieur à un et il s'étendrait encore à l'infini ? Ou est-ce juste qu'il se compresserait immédiatement parce qu'il était supérieur à un, et que vous n'obtiendriez jamais l'univers tel que nous le connaissons ?

Paméla : Dans la situation oméga-plus qu'un, l'univers a beaucoup de masses qui essaient de se ressaisir, et vous pouvez vous retrouver avec toutes sortes d'étranges équilibres. Vous pouvez vous retrouver avec des oméga qui dominent juste le lambda et l'univers devient crunch.

Vous pouvez également vous retrouver avec cette nouvelle façon dont la masse essaie de s'équilibrer contre cette expansion cosmologique, essayant de s'accélérer l'une l'autre. En fin de compte, la constante cosmologique va gagner, mais cela change le temps qu'il lui faut pour gagner. Ainsi, vous pouvez vous retrouver avec une période de temps où l'expansion de l'univers ralentit en raison de la quantité de masse. La durée de ce ralentissement dépendra de la masse dont nous disposons.

Fraser : D'accord, passons à autre chose. Quel est le prochain nombre important ?

Paméla : Le prochain chiffre que nous avons dicte la taille des choses autorisées. C'est une ration appelée N (par manque de créativité), et c'est le rapport entre la force électromagnétique qui maintient les choses ensemble et la force gravitationnelle qui maintient les choses ensemble.

Donc, les électrons volent partout tout le temps. Quand ils se rapprochent les uns des autres, il y a d'énormes forces qui les repoussent, les courants peuvent circuler, vous pouvez faire planer des aimants les uns sur les autres si vous les alignez correctement, et tout cela parce que la force électrique est énorme. Il peut exercer de grandes quantités de force entre deux électrons.

Maintenant, si vous prenez ces mêmes deux électrons qui sont capables de voler à travers la pièce en raison de la répulsion de leurs deux charges similaires, et comparez cela à l'attraction gravitationnelle entre ces deux mêmes électrons, il y a une différence d'un suivi de 36 zéros. Le rapport entre la force électromagnétique et la force gravitationnelle est donc de 1*10^36. Je n'ai même pas de mot pour décrire la taille d'un nombre.

Maintenant, si la gravité était plus forte, si la gravité était capable d'exercer plus de force, une grande partie de la chimie ne fonctionnerait pas de la même manière. Le fonctionnement des courants ne fonctionnerait pas de la même manière. Nous nous retrouvons avec toutes sortes de freins et fondamentalement la vie telle que nous la connaissons ne pourrait pas exister parce que la chimie telle que nous la connaissons ne pourrait pas exister, et c'est un peu un problème.

Nous avons donc besoin pour l'univers dans lequel nous vivons que la force électrique doit être significativement plus forte que la force gravitationnelle.

Fraser : Donc, s'il s'agit d'un 1 suivi de 36 zéros, cela ressemble à un nombre très précis.

Fraser : On dirait que si elle était plus forte ou plus faible, la vie n'existerait pas telle que nous la connaissons.

Paméla : Exactement. Si la gravité augmentait, seules de très petites choses pourraient exister. Si la gravité était beaucoup plus forte qu'elle ne l'est, les trous noirs se formeraient beaucoup plus facilement.

En gros, tout s'effondre. Nous vivons dans un univers si raffiné qu'il est difficile d'imaginer ce qui se passerait si les choses n'étaient pas conçues comme nous y sommes habitués.

Fraser : D'accord, donc chacun de ces nombres est si critique dans tous les aspects de l'univers qu'il nous est difficile de comprendre même les implications de ce qui arriverait à l'univers s'ils n'étaient pas comme ils l'étaient.

Paméla : Oui, parfois, notre imagination n'est pas à la hauteur, car nous n'avons jamais vu que cet univers dans lequel nous vivons.

Fraser : D'accord, continuons.

Paméla : L'un de ces autres ratios qui peuvent faire basculer l'univers.

Nous avons traité des forces électromagnétiques et gravitationnelles, les autres forces de rapport qui sont importantes sont le rapport de la force de la force faible par rapport à la force forte. Dans ce cas, nous appelons ce rapport epsilon (un peu plus imaginatif que N, mais pas beaucoup).

Si la force faible était plus faible qu'elle ne l'est, alors nous aurons des protons et des neutrons en désintégration aléatoire. Il serait vraiment difficile de construire les éléments chimiques que nous avons actuellement. Si la force puissante était plus forte qu'elle ne l'est, les atomes d'hydrogène s'accrocheraient aléatoirement les uns aux autres et se lieraient.

Donc, en ayant le rapport de la force faible à la force forte que nous avons actuellement, le Soleil est capable de travailler. Les atomes restent ensemble d'une manière logique. Nous n'avons pas à nous soucier de devenir tout d'un coup un tas de neutrons et d'énergie au lieu de rester un être humain fait de protons et de carbone.

Fraser : On dirait que c'est exactement la même situation que la relation entre la gravité et l'électromagnétisme. Dans ce cas, vous avez la force nucléaire forte et la force nucléaire faible, définissant encore une fois comment la matière est constituée à son niveau constitutif.

Fraser : Si ces chiffres étaient différents, l'univers serait très différent d'une manière que nous ne pouvons pas imaginer (et n'essaierons même pas pour ce podcast).

Paméla : Nous avons d'autres ratios à examiner. Le numéro suivant que nous examinons est nommé Q (nous aimons ces identifications dénuées de sens à une seule lettre en physique et en astronomie).

Fraser : Je suppose qu'ils s'intègrent bien dans une formule mathématique.

Paméla : Ils s'intègrent parfaitement dans une formule mathématique.

Fraser : Si vous deviez continuer à écrire, "le rapport entre... ça deviendrait un peu ennuyeux, donc je pense que c'est pourquoi ils l'ont fait.

Paméla : Donc Q est le rapport entre l'énergie de liaison gravitationnelle dans quelque chose. C'est la quantité d'énergie qu'il faut pour passer d'une planète à un agglomérat lâche d'atomes qui ne sont en aucun cas associés les uns aux autres. La quantité d'énergie que vous devez insérer dans ce système pour déchiqueter la planète en atomes qui ne sont plus liés ensemble est l'énergie de liaison gravitationnelle.

Si vous comparez l'énergie de liaison gravitationnelle de quelque chose à l'énergie de masse (si vous prenez toute cette masse et la transformez en énergie pure avec E=mc^2), le rapport de ces énergies est de 1/100 000. Si vous changez ce rapport, vous aurez des choses qui se transformeront en trous noirs d'une manière qui, peut-être, ne serait pas bonne. Vous vous retrouvez également avec des choses qui ne se lient pas du tout gravitationnellement.

Nous devons donc régler cela de telle sorte qu'il ne faut pas trop de gravité pour maintenir une planète ensemble, il ne faut pas trop d'énergie pour maintenir une planète ensemble, par contre il faut trop peu d'énergie pour maintenir ensemble une planète et ils ont juste tomber en morceaux.

Donc quelque part entre trop et trop peu, nous nous retrouvons avec l'univers que nous avons et nous nous retrouvons avec des trous noirs qui ne se forment pas trop souvent, et des planètes qui ne s'effondrent pas en général.

Fraser : D'accord, j'ai compté. Je pense que nous en avons un de plus, n'est-ce pas ?

Paméla : Sur ma liste personnelle (qui n'est pas la fin de toutes les listes), l'autre ratio nécessaire pour essayer de définir notre univers tel qu'il est, est ce que l'on appelle la constante de structure fine, alpha. C'est celui qui ressemble le plus à un nombre réel, 1/137.

C'est le rapport de la vitesse des électrons dans un modèle atomique standard à la vitesse de la lumière. Il définit comment les électrons modifient les niveaux d'énergie. Il définit beaucoup de caractéristiques différentes de la mécanique quantique. À peu près tout ce que nous savons sur la façon dont les électrons et les atomes interagissent, beaucoup de choses que nous savons sur la mécanique quantique, cesseraient de fonctionner si ce nombre changeait du tout.

Fraser : J'ai entendu dire qu'il y avait récemment eu une controverse sur la question de savoir si l'alpha était resté constant depuis le début de l'univers, ou s'il changeait avec le temps.

Paméla : Il y a des gens qui essaient de comprendre cela. Pour autant que nous puissions le dire, cela n'a pas changé, mais il est difficile de diagnostiquer toutes ces choses dans le passé. Comment lire dans quelque chose quels sont les changements ? Autant que je sache d'après les recherches que j'ai lues, il ne semble pas que cela ait changé au fil du temps.

Fraser : Ce que j'ai entendu, c'est qu'à un moment donné dans un passé lointain, il y avait un nucléaire naturel - comme si une certaine quantité d'uranium s'était rassemblée et avait eu une réaction naturelle et a brièvement créé un réacteur nucléaire qui a été découvert, et ils cherchaient des preuves de la façon dont les particules se désintégraient à cette époque.

Paméla : C'est cool - je vais devoir le lire, et je suppose que je peux le lire sur Universe Today.

Fraser : Oui, vous pouvez. Je ne me souviens pas de la date de l'histoire, mais je suis sûr que nous essaierons de trouver un lien pour les notes de l'émission.

Essayons de rassembler tout cela et parlons de tous ces chiffres. Nous parlons de la façon dont ils sont affinés, ils doivent être tels qu'ils sont pour que la vie existe, alors quelle est l'explication sous-jacente pour laquelle ces chiffres sont tels qu'ils sont ?

Paméla : Les chiffres eux-mêmes sont vraiment assez ennuyeux à discuter et à essayer d'expliquer. Ce sont les conséquences des chiffres qui sont vraiment intéressantes.

Nous vivons dans un univers qui a beaucoup de paramètres que si nous les modifiions de 1%, 0,01%, ces changements fractionnaires rendraient soudainement notre univers plus fonctionnel pour la vie telle que nous la connaissons. Soit il se serait effondré avant que les étoiles avec les métallicités appropriées aient jamais eu la chance de se former, soit il se serait élargi de telle sorte que les étoiles ne se soient même jamais formées pour commencer.

Nous ne savons pas pourquoi ces valeurs sont ce qu'elles sont. Il y a fondamentalement trois possibilités pour l'expliquer, et une seule d'entre elles peut, comme nous comprenons la physique, être abordée avec la physique aujourd'hui.

La première option est qu'il existe une couche de physique que nous n'avons pas encore abordée et qui dit que ces valeurs doivent être ce qu'elles sont basées sur les premiers principes. Si vous mettez l'univers en mouvement, ces valeurs découlent naturellement de tous les différents processus qui se sont produits du big bang à aujourd'hui.

Fraser : Il pourrait donc y avoir un nombre ou une formule sous-jacente ou quelque chose dont tout le reste est dérivé.

Fraser : Donc, si vous changez l'alpha, alors lambda serait foiré et la formule ne s'équilibrerait plus.

Paméla : Droite. Alors peut-être y a-t-il une explication physique sous-jacente qui fait que c'est la seule façon dont la physique fonctionne. Nous n'avons pas trouvé cela. La physique telle que nous la connaissons permet de modifier ces valeurs.

Donc, si ces valeurs pouvaient être modifiées, et si au lieu d'être un seul univers, il y avait une combinaison infinie de différents univers existant en parallèle, côte à côte, jaillissant et sortant de l'existence ? Et si nous vivions dans un multivers ?

Suskein dit que nous vivons peut-être dans un multivers où, lorsque vous regardez à travers le multivers, il y a plusieurs vallées et dans chaque vallée, il y a un ensemble de paramètres différent.

Dans cette idée, tous les ensembles de valeurs possibles pour tous ces nombres différents existent quelque part. Ce quelque part ne se trouve tout simplement pas ici, et cela a du sens car nous ne pourrions pas exister si ces valeurs n'étaient pas ce qu'elles sont.

Donc, le fait que nous voyions ces valeurs n'est qu'une coïncidence car nous ne pourrions pas exister si elles n'étaient pas comme ça. Si nous sortions de cet univers pour un autre, nous pourrions mourir instantanément parce que les valeurs étaient fausses. Nous le ferions probablement, car la majorité des univers n'auront pas ces chiffres.

Fraser : Quand vous dites que c'est un multivers, les gens imaginent ces univers parallèles où vous pourriez voyager en trou de ver vers d'autres univers et où tout le monde a de petites barbes et ils sont déchirés par de violents trous noirs et des forces gravitationnelles.

Mais cela pourrait aussi être en série, n'est-ce pas ? Juste un univers après l'autre. Disons qu'il y a un temps infini, vous pourriez avoir un univers avec un taux de gravitation trop élevé, il s'effondre, il y a un autre big bang, c'est trop gros et ça ne démarre jamais, et ainsi de suite. Il y a juste un nombre infini de ces big bangs qui se produisent jusqu'à ce que finalement vous obteniez celui dans lequel nous nous trouvons, où nous pouvons en parler.

Paméla : Exactement, et Andre Lynd a ce très bon diagramme où il le regarde en termes de cette épopée inflationniste après le big bang, dans laquelle notre univers a radicalement gonflé en taille. Et si cette inflation s'arrêtait dans la majorité de l'univers, mais qu'elle se poursuivait dans une petite poche de l'espace et qu'un ensemble différent de paramètres s'y déversait ? Et s'il y avait tous ces différents univers ramifiés qui sont connectés les uns aux autres, créant de nouveaux univers à mesure qu'ils s'étalent dans le temps, l'espace, les dimensions, les paramètres et tout le reste ?

Fraser : Très bien. Vous avez dit trois, quelle était la troisième possibilité ?

Paméla : La troisième possibilité que la science ne peut en aucun cas aborder, c'est qu'il y a quelque chose là-bas qui peaufine notre univers pour qu'il en soit ainsi. Nous sommes dans un casier dans le film Men in Black. Nous sommes l'expérience de laboratoire de quelqu'un, il y a un Dieu là-bas.

La science ne peut pas résoudre ce problème, ni le multivers, car nous ne pouvons rien étudier qui ne se trouve pas dans notre univers. Nous nous retrouvons donc dans cette mauvaise position où nous avons trois options et la science telle que nous la connaissons ne peut en traiter qu'une, nous ne savons donc pas quelle est la vérité.

Fraser : D'accord, mais cela n'arrêtera pas la science.

Paméla : ça ne va pas nous arrêter. Nous allons encore essayer. Il y a des gens qui travaillent sur les théories du multivers ou qui recherchent la physique sous-jacente.

Vous savez, si un dieu là-bas décidait de descendre, de se tenir ici et de modifier les paramètres devant nous, cela fonctionnerait aussi.

Fraser : (riant) Parfait ! J'attendrai ça.

D'accord, super Pamela. Merci beaucoup. Maintenant, nous savons à quel point l'univers dans lequel nous vivons est spécial et attendons avec impatience la semaine prochaine.

Cette transcription ne correspond pas exactement au fichier audio. Il a été édité pour plus de clarté.


Ep. 267 : Infinis

Pour toujours est une chose amusante. Aujourd'hui, nous allons parler des infinis. C'est vrai, tous les différents types d'infinis possibles. Comment vous les ajoutez, les soustrayez et les utilisez pour réfléchir à l'échelle de l'Univers.

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    Transcription : Infinis

    Fraser : Bienvenue dans Astronomy Cast, notre voyage hebdomadaire basé sur des faits à travers le Cosmos, où nous vous aidons à comprendre non seulement ce que nous savons, mais aussi comment nous savons ce que nous savons. Je m'appelle Fraser Cain, je suis l'éditeur de Universe Today et je suis accompagné du Dr Pamela Gay, professeur à la Southern Illinois University – Edwardsville. Salut, Paméla. Comment allez vous?

    Paméla : Je vais bien. Comment vas-tu, Fraser ?

    Fraser : Je vais très bien, et je pense que nous voulons rappeler aux gens qu'ils peuvent célébrer le monde qui ne se termine pas avec nous à la fin du mois de décembre.

    Paméla : Oui. Nous partons donc en croisière au départ de Miami au début du mois de décembre, la deuxième semaine de décembre, donc j'espère que les enfants auront presque terminé l'école pour les vacances de Noël, et nous allons passer le 20 décembre dans les ruines mayas , piétinant les fans d'archéologie et célébrant le fait que le monde existe toujours et que les Mayas ont construit de grandes choses vraiment impressionnantes avec des roches.

    Fraser : Oui. Et donc si vous voulez nous rejoindre, vous pouvez aller sur astrosphere.org, il y a un lien juste là sur la page d'accueil qui vous renvoie vers des informations sur la croisière "Pas la fin du monde" et des informations sur la façon de réserver un billet sur cela, puis lorsque vous réservez un billet, assurez-vous de dire "Astronomy Cast m'a envoyé", et de cette façon, nous pourrons en quelque sorte vous rassembler dans les événements spéciaux que nous allons faire juste pour les fans d'Astronomy Cast.

    Paméla : Il y aura des enregistrements en direct, il y aura toutes sortes de choses amusantes. Oui, nous espérons vraiment que vous serez là, que vous vous joindrez à nous et que nous pourrons tous passer de bonnes vacances ensemble.

    Fraser : Ouais, ça va être un bon mélange de relaxation et d'astronomie, donc je pense que ça va être amusant, alors regarde ça. Bon, continuons le spectacle alors.
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    Fraser : Donc, pour toujours, c'est une drôle de chose. Aujourd'hui, nous allons parler des infinis. C'est vrai, tous les différents types d'infinis possibles, comment vous les ajoutez, soustrayez et utilisez-les pour réfléchir à l'échelle de l'Univers. D'accord, Pamela, alors tu es juste prête pour une première question comme un tueur, n'est-ce pas ? Comme, que demanderait un enfant de quatre ans ? "Pourquoi…?" Oui, alors revenons à l'histoire de l'infini. Nous sommes tellement habitués à cette idée de l'infini dans… vous savez, à propos de l'éternité, et du temps qui s'écoule pour toujours, mais l'infini est en fait… ce n'est pas vraiment naturel en science, alors d'où vient même ce concept ?

    Paméla : C'est en fait assez génial — « l'infini » et « zéro » sont des concepts relativement nouveaux dans le grand schéma de l'Univers, et…

    Fraser : L'infini je crois, mais zéro est un choc.

    Paméla : Zéro est celui qui est toujours déroutant. Donc, l'infini est quelque chose auquel les gens n'ont pas vraiment pensé, dont on parle jusqu'à quelque part entre 400 et 500 ans avant JC, et l'idée, pour autant que nous le sachions… beaucoup de documents se sont perdus au cours des siècles – des millénaires à ce stade, mais le premier récit que nous ayons vient de Zeno of Elea, et il essayait, fondamentalement, de trouver l'idée de différents paradoxes, de différentes manières de briser les choses, et est tombé sur l'idée qu'il y avait des choses que… vous aviez finies infinis (et nous y reviendrons), que vous aviez des infinis potentiels, et c'étaient des idées compliquées qui laissaient les gens se gratter la tête, et ont fini par conduire à une branche entière des mathématiques appelée "théorie des ensembles", et je J'aimerais dire ici que je n'ai pas suivi de théorie des ensembles, j'ai suivi un cours de calcul, j'ai suivi un cours de relativité, assez bon en mathématiques tensorielles, je n'ai pas suivi de théorie des ensembles, donc ça va être un peu difficile pour moi .

    Fraser : J'ai suivi un peu la théorie des ensembles, mais je ne me qualifierais pas de mathématicien capable de l'expliquer. Mais, à droite. OK, donc c'est il y a longtemps, alors quelqu'un a fait ce saut pour dire : « OK, pensons à l'éternité, pensons aux choses qui vont continuer à partir de maintenant jusqu'à l'éternité », et c'est quelque chose qui n'existe tout simplement pas dans nature.

    Paméla : Eh bien, et aussi en pensant au nombre de choses. En termes de : vous avez un groupe de choses. Pouvez-vous les compter? Pouvez-vous potentiellement les compter? Sont-ils innombrables ? Et cela a finalement conduit à… Je ne sais pas si cela a conduit directement parce que c'était un continent différent, mais en Inde, vous aviez la façon de voir les choses là où il y avait « dénombrable ».

    Paméla : Oui, en commençant par la lettre « e » des choses, et ce sont des choses que vous pouvez compter. Donc vous avez un troupeau de moutons, vous pouvez tout compter dans le troupeau de moutons, c'est un nombre dénombrable. Alors vous avez des nombres qui sont innombrables : innombrables.

    Fraser : « I-N » numérotable ?

    Paméla : Oui, et ce sont des choses qui sont innombrables, mais qui sont finies, donc le nombre de cheveux sur ma tête, le nombre de grains de sable sur une plage – ce sont des nombres finis, mais ce sont des choses que vous ne pouvez vraiment pas compter, pas traitable. Mais il y a aussi des choses qui sont complètement innombrables et qui ne sont pas non plus finies, c'est donc là que se trouve l'idée de « combien de morceaux pouvez-vous couper une pomme ? » de « quelle est l'étendue complète du plan mathématique ? » Et donc ici, vous commencez à entrer dans des choses qui n'ont aucune limite, elles sont non liées et innombrables, et c'est là que le concept d'infini a commencé à entrer en jeu.

    Fraser : Ouais, vous pouvez imaginer quelqu'un disant : « Je peux compter 1, 2, 3, 4… et je pourrais le faire pour toujours, mais je n'arrêterais jamais de compter, je pourrais juste continuer à compter », et il doit y avoir un moyen de décrire ça.

    Paméla : Et cela commence également à se manifester alors que les gens ont commencé à penser de plus en plus aux différents types d'infini, l'idée qu'il existe des ensembles infinis dénombrables et des ensembles infinis innombrables est apparue. Vous avez donc maintenant… vous commencez à parler de différents types d'infinis. Donc quand je regarde l'ensemble des nombres entiers : <1, 2, 3, 4, 5…>, quand je regarde l'ensemble des nombres pairs : <2, 4, 6, 8, 10…>, eh bien, les deux parmi ceux-ci sont des ensembles infinis de nombres, mais le <2, 4, 6, 8, 10…>est plus petit que le <1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10…>.

    Fraser : Whoa, whoa — plus petit? Mais ils sont tous les deux infinis !

    Paméla : Vous avez des infinis différents. Ainsi, les nombres pairs sont un sous-ensemble de tous les nombres entiers, mais ils sont tous les deux infinis, mais vous pouvez commencer à les compter, et vous ne finirez jamais.

    Fraser : Oh, d'accord, donc tu pourrais prendre, par exemple, tes nombres pairs, et tu prends tes nombres entiers, et tu commences juste à les encercler tu prends le 2 sur l'infini, et tu prends le 2 pour les nombres pairs, et puis vous les faites correspondre, puis vous vous retrouvez avec tout un tas de, je suppose, des nombres entiers de tous les nombres que vous ne faites pas correspondre. Tous les nombres impairs, essentiellement, vous ne correspondent pas, et cela vous donne donc essentiellement un plus grand infini. Donc, vous pouvez en fait avoir deux infinis différents, ou je suppose, un nombre illimité d'infinis de tailles différentes.

    Paméla : Mais parce que nous savons comment l'ensemble progresse : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7&8230 2, 4, 6, 8, 10… on les appelle des infinis dénombrables. Maintenant, en même temps, vous pouvez imaginer que vous prenez tous les nombres entre 1 et 2, donc 1.1, 1.2, 1.20579812, et que vous continuez à ajouter des points décimaux, maintenant vous avez les vrais nombres : 4/3, "tarte" est un nombre réel, "E" est un nombre réel... et ces nombres, avec tous ces points décimaux ajoutés, vous pouvez créer un nombre infini de nombres réels entre 1 et 2, et puis il y a un autre infini entre 2 et 3, et puis si vous essayez de trouver un ensemble de tous les nombres réels, c'est un ensemble indénombrable. Il n'y a aucun moyen que je puisse m'asseoir ici comme je le fais avec des nombres entiers qui vont 1, 2, 3, 4, 5. Je ne peux pas faire ça avec des nombres réels.

    Paméla : Et maintenant, vous avez un ensemble infini indénombrable, donc lorsque vous commencez à regarder les infinis, il existe plusieurs types d'infinis, et ils ne sont pas tous identiques, et cela a donc conduit à des branches entières des mathématiques.

    Fraser : Alors d'où vient le petit symbole de l'infini ? (Je le fais dans l'appareil photo)

    Paméla : [rires] Eh bien, c'est une de ces choses… pour moi, j'ai toujours l'impression que le numéro 8 est tombé sur le côté et a passé une mauvaise journée. Beaucoup de signes de l'infini sont en quelque sorte un nombre allongé 8, et il y a en fait un peu de discussion sur les origines exactes de celui-ci… John Wallis, qui était théologien, est crédité dans la littérature mathématique d'avoir trouvé les symboles. C'était en 1655, dans De sectionibus conicis (désolé, je ne peux pas bien prononcer le latin), et on se demande si le symbole vient ou non des chiffres pour "1000" dans le jeu de chiffres étrusque, où c'était essentiellement la lettre C, une ligne droite, une lettre C à l'envers… si vous écrasez tout cela ensemble, cela ressemble en quelque sorte à un nombre latéral 8, un peu comme le symbole de l'infini. Il y en a d'autres qui disent que c'est une mutation de "omega", qui est la fin de l'alphabet grec. Donc, vous avez "alpha" comme début, "oméga" comme fin, si vous prenez l'oméga minuscule, c'est comme un W bouclé. Eh bien, enroulez ce petit W sur lui-même - peut-être que vous obtenez le symbole de l'infini. Donc, ce dont il s'est inspiré est toujours sujet à débat, mais c'est certainement John Wallis qui a proposé le symbole que nous utilisons maintenant.

    Fraser : Et donc, je veux dire, comme nous l'avons dit, vous pouvez compter jusqu'à l'infini, ou je suppose que vous ne pouvez jamais compter jusqu'à l'infini, vous pouvez essayer de compter jusqu'à l'infini, mais l'infini a en fait un rôle à jouer. Vous savez, les mathématiciens, les physiciens utilisent l'infini tout le temps en mathématiques pour aider avec certaines idées.

    Paméla : Donc ça sort vraiment, en fait, à gauche et à droite, et avec l'infini, vous devez avoir l'infinitésimal, donc c'est l'idée que c'est quelque chose de si petit que c'est presque zéro, mais pas vraiment. Et donc, vous pouvez avoir des infinitésimaux de tailles différentes, tout comme vous pouvez avoir des infinis de tailles différentes, et cela commence à devenir un peu déroutant à gérer parfois, mais vous devez utiliser les deux idées de partenaires. Et cela s'appuie en fait sur ce dont nous parlions la semaine dernière lorsque nous avons parlé d'Archimède, et Archimède, lorsqu'il essayait de comprendre comment calculer l'aire sous une courbe, a commencé avec l'idée que vous prenez la courbe et vous la divisez en un tas de sections que vous pouvez mesurer l'aire de — un tas de petits rectangles est ce qui est utilisé lorsque nous l'enseignons dans les cours de mathématiques modernes, et en rendant les rectangles de plus en plus petits, vous pouvez mieux estimer l'aire sous le courbe en additionnant tout cela. Eh bien, si vous introduisez l'idée de l'infinitésimal, de telle sorte que chaque rectangle descend essentiellement à une largeur nulle (ou au moins aussi proche de la largeur nulle que possible), puis vous additionnez tout cela en en additionnant tous ces rectangles infiniment petits, vous obtenez un continuum de rectangles qui vous donnent une mesure précise de l'aire sous la courbe. C'est l'idée qui nous a amenés au calcul intégral et au calcul différentiel.

    Fraser : Et ceux-ci sont utilisés…

    Fraser : … tout le temps par des scientifiques.

    Paméla : Ouais, et donc ça remonte à… eh bien, Newton et Leibniz ont dû trouver le calcul pour que nous ayons à peu près toute la physique moderne, donc Leibniz travaillait sur des infinitésimaux Newton travaillait sur la physique. Ensemble, ils ont tous deux proposé le calcul différentiel et intégral, en utilisant des applications quelque peu différentes et se chevauchant. Et avec cette idée que vous pouvez additionner sur diverses choses, cela vous permet de commencer à penser de manière compliquée, vous commencez donc à additionner des fonctions de zéro à l'infini, de l'infini négatif à l'infini positif pour obtenir : « Quelle est l'aire sous la courbe? Quelle est la rotation ? Quelle est la somme sur un ensemble différent ? » Il existe de nombreuses applications différentes où l'addition de tous les petits morceaux commence à signifier quelque chose.

    Fraser : Surtout quand vous êtes capable de découper ce que vous regardez, comme vous le dites, des morceaux infinitésimaux, donc vous prenez une quantité définie d'informations, mais vous la découpez tellement de fois que vous obtenez une approximation, qui est une estimation mathématique très précise de cette chose. Je sais que les physiciens utilisent ce processus pour estimer, dans certains cas, la force de certaines… comme des forces en physique et des choses comme ça.

    Paméla : Eh bien, et l'endroit où le calcul vous frappe le plus brutalement la tête la première fois, c'est simplement de regarder quelque chose d'aussi simple que la vitesse et l'accélération, où vous regardez les changements dans les formes des différentes courbes, de quelle distance avez-vous été déplacé , quelle est votre vitesse au fil du temps, et vous pouvez utiliser les dérivées de ces différentes valeurs pour arriver à la valeur suivante, ou pour déterminer jusqu'où vous êtes allé si vous avez fait l'intégrale pour revenir en arrière, et donc les relations entre la distance parcourus, la vitesse et l'accélération nécessitent tous l'utilisation de calculs pour déterminer les changements au fil du temps et pour déterminer les distances complètes, les vitesses complètes et des choses comme ça.

    Fraser : Je pense donc qu'il y a une grande analogie qui a été utilisée pour comprendre en quelque sorte ces différentes tailles d'infini. Nous avons un peu parlé de la façon dont vous pourriez faire correspondre les nombres pairs et impairs, et il y avait donc le paradoxe, le paradoxe de l'hôtel. Etes-vous conscient de cela?

    Paméla : C'est donc le paradoxe de Hilbert. C'est un paradoxe qui a été discuté au début du siècle dernier, où vous pouvez imaginer que vous avez votre hôtel normal qui a un nombre fini d'invités. C'est facile à gérer. Maintenant, imaginez plutôt que vous avez une infinité de nouveaux invités qui arrivent, donc vous avez maintenant une infinité dénombrable, où l'un d'entre eux entre, vous les mettez dans une pièce, puis vous continuez à ajouter les pièces au fur et à mesure que vous ajoutez des invités. C'est la même idée car il existe une variété d'œuvres d'art différentes essayant d'expliquer un univers infini où vous continuez à faire un pas supplémentaire, ou à tirer une flèche, et où cette flèche atterrit… eh bien, vous venez maintenant d'agrandir l'Univers. Eh bien, dans ce cas, vous ajoutez simplement un invité et l'hôtel s'agrandit, donc c'est toujours un infini dénombrable dans le sens où c'est un nombre entier de chambres, de la même manière que nous avons des nombres entiers qui sont un ensemble dénombrable.

    Fraser : Et l'hôtel est plein.

    Paméla : Et l'hôtel est toujours plein parce que vous ajoutez des chambres pour chaque client, et c'est donc essentiellement l'ensemble des nombres entiers. Maintenant, ça commence à devenir un peu plus dégoûtant quand, à la place, ce que vous avez à la porte est toute une série d'entraîneurs, et chaque entraîneur comprend désormais un ensemble infini d'invités. Alors maintenant, j'ai un ensemble dénombrable d'autocars, peut-être (vous pouvez toujours dire qu'il y a un nombre infini d'allées qui contiennent chacune un ensemble infini d'autocars), mais maintenant, parce que j'ai tous ces autocars qui contiennent chacun une infinité d'invités, c'est la même chose que l'idée qu'il y a un ensemble infini de nombres entre 1 et 2, et un ensemble infini de nombres entre 2 et 3 qui sont les nombres réels, donc c'était une façon de prendre ce qui, pour moi, me semble parfaitement naturel parce que je J'ai réfléchi à cette partie de la théorie des ensembles depuis longtemps, mais j'ai essayé de la rendre sensible dans un paradigme auquel beaucoup de gens ont été confrontés, à savoir le syndrome de l'hôtel. Vous pouvez donc imaginer les constructeurs fous sur le toit du bâtiment ajoutant simplement des chambres à chaque fois qu'il y a un nouvel invité. C'est un infini dénombrable. Vous pouvez imaginer l'autocar qui a un nombre infini d'invités à l'intérieur, et ces autocars continuent de s'arrêter, et maintenant cela devient innombrables.

    Paméla : Ouais, ça fait mal.

    Fraser : Oui, mais il y a en fait un super... Je pense que c'est sur "Horizon". Si vous aimez une recherche Google sur « l'infini » et « Horizon… »

    Fraser : … BBC « Horizon », ouais. Il y a un super épisode entier juste sur l'infini, et ils y couvrent assez bien le paradoxe de l'hôtel, et c'est plutôt génial, donc je le recommande vivement. Donc je pense que là où nous devons en quelque sorte prendre cette conversation maintenant, c'est d'appliquer cela à l'astronomie et à la cosmologie. Nous avons compris en quelque sorte "qu'est-ce que ce concept d'infini ?" Comment cela se produit-il chez les astronomes qui pensent en quelque sorte à l'échelle et à la taille de l'Univers ?

    Paméla : Le premier endroit où cela a vraiment surgi était avec un autre paradoxe, dans ce cas, le paradoxe d'Olbers. Et Olbers était un philosophe qui est sorti et a levé les yeux vers le haut et cela va sembler étrange, mais il s'est rendu compte que le ciel est sombre, et c'est problématique. Et encore une fois, cela se passait au siècle dernier. Il a en fait travaillé sur le paradoxe dans les années 1800. Et lever les yeux et se rendre compte que le ciel est sombre a eu quelques conséquences différentes parce que, jusque-là, en tant que société dans notre philosophie de pensée, nous étions arrivés à la conclusion que l'Univers est de taille infinie, et s'il est infini dans taille, cela signifie que dans chaque direction que je regarde, peu importe où je regarde dans le ciel, mon chemin de vision va se terminer par une étoile. Maintenant, si vous partez du principe que l'Univers a également un âge infini, cela signifie que la lumière de chacune de ces étoiles a eu le temps de nous atteindre ici sur la planète Terre. Et quand nous regardons le ciel, nous devrions voir "peu importe où nous regardons" la lumière d'une étoile, et ainsi l'étoile entière devrait briller de la lumière d'un million de milliards de milliards de soleils, et nous ne regarde ça. Et donc cela impliquait que notre Univers devait être soit de taille finie, soit d'âge fini, soit fini dans les deux, et c'était une nouvelle façon de voir les choses où ce sont les mathématiques, et non la religion, qui imposaient des limites à l'Univers.

    Fraser : Et, mais je sais que, en quelque sorte, la façon dont cela a fini par être résolu était, je veux dire, en partie définitivement limitée en âge.

    Paméla : Oui, nous savons que l'Univers est limité en âge. Nous travaillons toujours à aller au-delà, c'est la partie folle.

    Fraser : D'accord, eh bien, et je suppose que c'est la prochaine étape de cette conversation, mais je pense que c'est une compréhension fantastique de l'Univers pour lui, qu'il leva les yeux, regarda autour de lui et dit : « Pourquoi est-ce que je ne vois pas d'étoiles partout dans Le ciel? Pourquoi le ciel entier n'est-il pas aussi brillant que la surface d'une étoile gigantesque, car où que vous regardiez, il devrait y avoir des photons provenant des étoiles ? Même s'ils sont infiniment loin, tu vas quand même avoir des étoiles. » C'est vraiment difficile de se faire une idée.

    Paméla : C'est pourtant si simpliste.

    Fraser : Oui. Non. Absolument. C'est l'implication de l'infini, que s'il y a l'infini, alors il y aurait quelque chose partout. Droite?

    Paméla : Et ce doit être l'infini à la fois dans l'univers et dans le temps.

    Fraser : Et chaque fois que vous cassez l'un ou l'autre… et vous n'avez pas besoin que tout le ciel soit une étoile.

    Paméla : Et vous pouvez les casser tous les deux en même temps. Donc, tout ce qu'il a fait, en gros, a été de se débarrasser d'une infinité ou de la totalité d'entre eux, ce qui a laissé tout un tas de combinaisons pour que les scientifiques passent les prochaines décennies et décennies à travailler à les découvrir.

    Fraser : D'accord, et comme vous l'avez dit, maintenant grâce à Hubble, grâce au rayonnement de fond cosmique à micro-ondes, nous sommes maintenant en mesure de placer une idée finie de l'âge lui-même de l'Univers à 13,7 milliards d'années, mais la réponse à savoir si oui ou non l'Univers est fini ou infini est encore une inconnue.

    Paméla : Oui, c'est une de ces choses qui nous dérange vraiment.On espérait donc à l'origine que lorsque nous avons lancé la sonde d'anisotropie micro-ondes Wilkinson, lorsque nous avons lancé WMAP, nous serions en mesure de mesurer avec précision la géométrie de l'Univers, et on pensait également à l'époque qu'il n'y avait pas de valeur d'accélération pour savoir comment l'Univers est en expansion, nous avons donc eu cette grande vision au milieu des années 90 que nous y étions presque. Nous serions capables de déterminer si l'Univers était infini ou non basé strictement sur un argument géométrique. Donc, si l'Univers contient une densité suffisamment élevée de matière, alors la lumière de cette matière aura une chance de voyager tout autour de la surface de l'Univers, où tout est lié gravitationnellement. Finalement, l'Univers entier aura un craquement géant, c'était donc l'un des destins de l'Univers. Ensuite, vous avez également eu l'idée que vous pourriez également avoir un univers géométriquement plat, qui est l'idée d'un plan euclidien infini, sauf que vous pensez maintenant en quatre dimensions parce que vous avez le temps, et les trois dimensions spatiales normales. Et puis il y a aussi une idée ouverte où s'il n'y avait pas assez de masse, l'Univers continuerait à accélérer et non à accélérer, l'Univers continuerait à s'étendre à l'infini. Maintenant, ce que nous avons découvert, c'est que nous avons une situation un peu plus confuse : l'Univers a de l'énergie noire. C'est une accélération, quelque chose, une énergie, une force, une pression… et cette énergie noire provoque l'expansion de l'Univers — n'exclut toujours pas l'idée d'un univers infini, le rend juste un peu plus difficile à calculer. Et en regardant les données de la sonde d'anisotropie micro-onde Wilkinson (WMAP), nous constatons que la géométrie est complètement plate à moins de 0,5 % de ce que nous pouvons mesurer. Cela donne : pourrait être infini… probablement infini… mais pourrait aussi être vraiment, vraiment, vraiment grand.

    Fraser : Comme, je suppose que ce que vous dites, alors, c'est parce que c'est considéré comme plat, nous n'en voyons pas la courbure qui nous dirait qu'il est fini à un niveau mesurable. Nous disons qu'il est définitivement plat au point que nous ne pouvons pas dire s'il est infini ou fini.

    Paméla : Et les limites que nous lui imposons sont telles que si l'Univers est de taille infinie, la partie de l'Univers dans laquelle nous vivons ne représente que quelques pour cent de l'Univers total, et quand je dis la partie dans laquelle nous vivons, Je veux dire la partie que nous pouvons voir, la partie de l'Univers à partir de laquelle la lumière a eu le temps de voyager depuis le Big Bang jusqu'à la planète Terre, et nous sommes capables de l'observer, et donc quand il y a encore la possibilité que nous ' ne voyant qu'une fraction de l'univers, tout ce que nous faisons, c'est mettre des limites à la taille de l'univers complet, et il n'est pas clair si nous serons un jour capables de faire la distinction entre un univers infini et un univers fini, mais il y a des potentiels que si l'univers est fini, alors nous pourrons le mesurer.

    Fraser : Donc, une meilleure mesure de ces différences dans le rayonnement de fond cosmique micro-ondes nous donnerait-elle une compréhension plus précise de cette taille minimale d'un univers fini ?

    Paméla : Ce n'est pas tant une meilleure compréhension de la géométrie qu'avec des missions comme la mission Planck, qui mesure actuellement le fond diffus cosmologique, il est possible que nous puissions voir des endroits où la lumière d'un endroit de l'Univers est vue. à deux endroits différents dans le ciel, et si nous pouvons trouver ces endroits où l'Univers a essentiellement eu la chance de s'enrouler sur lui-même, où la lumière a eu la chance de s'enrouler sur elle-même et de venir vers nous de deux directions différentes, peut-être que ce n'est peut-être pas le cas, cela limitera la taille de l'Univers.

    Fraser : Ouah ! Alors... c'est fou ! Donc, si vous… en d'autres termes, si vous êtes capable de regarder avec suffisamment de précision le rayonnement de fond cosmique des micro-ondes de l'Univers, vous devriez pouvoir voir les caractéristiques se reflétant dans ce micro-ondes. Vous devriez regarder dans une direction du ciel et voir certaines caractéristiques, puis vous retourner et regarder d'autres caractéristiques et voir ces mêmes caractéristiques de l'autre côté du ciel vous disant que l'Univers est de taille finie, et que si vous allez assez loin dans un sens, vous reviendrez de l'autre sens.

    Paméla : Et l'une des topographies préférées en ce moment est l'hyper tore à quatre dimensions. C'est donc l'idée que, essentiellement, nous vivons sur un beignet en expansion, et quand vous avez un beignet, la lumière sur le beignet est capable de suivre la géométrie euclidienne, de sorte que deux rayons de lumière restent toujours parallèles l'un à l'autre, et il peut soit s'enrouler à travers le trou du beignet et l'extérieur du beignet, et revenir à l'endroit où il a commencé, soit il peut courir autour de la surface du beignet où vous posez le glaçage, et deux rayons resteront toujours parallèles à chacun peu importe comment vous les posez sur la surface du beignet, et vous pouvez mathématiquement étendre cela à des dimensions plus différentes, et maintenir l'idée de rayons parallèles, faire gonfler toute la ventouse, et vous pouvez voir comment la lumière de l'un des des paillettes sur la surface du beignet peuvent sortir d'un point de deux endroits différents du ciel.

    Fraser : Alors, quelles sont les implications si nous avons affaire à un univers infini ? Qu'est-ce que cela signifie pour nous en tant qu'êtres humains ici sur Terre ?

    Paméla : Eh bien, je pense que nous vivons toujours dans une si petite fraction de cet univers que cela n'a vraiment aucune implication, mais cela signifie que nous pouvons trouver les réponses aux questions, donc vous pouvez dire au petit enfant : « Oui, l'Univers est fini ou infini. « Cela commence à lier nos idées à la théorie du Big Bang. Cela limite simplement les idées.

    Fraser : Non, mais si c'est infini, si c'est infini...

    Paméla : Eh bien, si c'est infini, alors c'est encore une autre façon différente de résoudre maintenant une équation mathématique illimitée. C'est une autre façon de voir les théories.

    Fraser : Mais, je veux dire, il y a des répercussions hallucinantes.

    Paméla : C'est une implication philosophique plus que toute autre chose parce que maintenant vous êtes rompu avec le concept de l'univers entier qui a commencé comme un point infiniment petit qui a explosé dans l'existence, élargissant tous les points en même temps, aucun centre vers ceci, et cela était un univers infini s'étendant à partir d'un point infiniment petit, ne s'étendant pas depuis, c'est… nous n'avons même pas le langage pour le dire !

    Fraser : Je connais! Je connais! Alors, comment allez-vous… et une expansion infinie dans…

    Paméla : Vous passez de tout infiniment compacté à tout…

    Fraser : …infiniment grand.

    Paméla : Oui, et… mais infini en tous points, et soudain les maths font bien plus mal.

    Paméla : C'est le même problème que les gens ont avec la relativité.

    Fraser : C'est pire que parce qu'alors vous avez des nombres infinis, nous avons eu cette conversation sur les dimensions multiples que si vous avez un univers infini, alors tout ce qui peut exister existera, et il existera un nombre infini de fois, et donc il y aura un un nombre infini d'étoiles semblables au soleil, et autour de ce nombre infini d'étoiles semblables au soleil, il y aura un nombre infini de planètes qui ressemblent en quelque sorte à la Terre, et en fait, il y aura un nombre infini de planètes qui ressemblent exactement comme la Terre, qui a évolué un million de créatures, dont certaines ressemblent à moi et Pamela, et ils enregistreront un nombre infini d'épisodes d'Astronomy Cast en ce moment.

    Paméla : Maintenant, vous ajoutez à cela le problème du potentiel de « multivers », qui est l'idée que notre univers peut être l'un des nombreux univers différents qui existent peut-être dans une mousse quantique, mais… peut-être se ramifient les uns des autres. Peu importe comment ils existent, il est possible que chacun d'eux ait des valeurs différentes pour les différentes constantes physiques, donc une valeur de gravité différente, une masse différente de l'électron, une constante de structure finie différente, alors maintenant vous regardez un nombre infini d'univers de taille infinie. Maintenant, cela revient à tout le "problème des nombres réels" où il y a un nombre infini de nombres entre 1 et 2, et un nombre infini de nombres entre 2 et 3, et donc maintenant ce que vous avez est une taille infinie dans notre univers, et il y a un nombre infini d'univers et ce sont des tortues tout en bas, mais ce n'est pas le cas. C'est juste des maths, et ça fait mal.

    Fraser : Droite. Oui, il y a quelques formules mathématiques très simples qui résumeraient tout cela en un joli arc bien rangé, mais les implications philosophiques sont hallucinantes. Alors qu'en est-il du temps ? Le temps est-il infini ?

    Paméla : Malheureusement, la façon dont nous devons gérer le temps dans notre univers est qu'il y avait un T=0, et nous ne pouvons pas aller avant T=0, donc dans la boîte englobante de l'Univers que nous existons, le temps a un moment zéro, à moins que vous n'utilisiez certaines des cosmologies les plus compliquées qui n'ont pas réellement de moment de « big bang », qui sont plutôt des idées en expansion et en contraction, mais pour la majorité des idées cosmologiques, vous avez un T= 0.

    Fraser : Mais alors, et dans l'autre sens ?

    Fraser : Aurez-vous un T=infini ?

    Paméla : Eh bien, actuellement, où nous comprenons que nous vivons dans un univers en accélération, à géométrie plate ou non, si le ventouse s'écarte, il ne se remettra jamais en place, donc il n'y aura pas de fin au temps, mais puis il y a aussi des idées selon lesquelles il y aura peut-être une chance que notre univers et un autre univers se touchent et se combinent, ce qui mettrait essentiellement fin au temps et à notre univers et commencerait quelque chose de nouveau. Donc, c'est… pensez à deux univers comme des bulles de savon qui se fondent en un seul, ou notre univers pourrait éclater, et ce sont toutes des idées terribles, mais elles ne sont pas rejetées par la physique.

    Fraser : D'accord, mais je suppose que ce que je dis, c'est quand vous pensez à… disons que ce n'est pas le cas, et nous allons juste faire face à la situation que nous avons, qui est cette expansion accélérée de l'Univers…

    Paméla : C'est sans limite.

    Fraser : Il est illimité dans le futur, et puis quand vous pensez vraiment à cela, pensez au moment absolu de chance où nous nous trouvons ici dans cette infime fraction où la vie et l'énergie compliquées et toutes ces choses sont possibles, parce que pour la grande majorité des la durée de vie de l'Univers, ce sera juste une super-particules et une énergie à accélération rapide.

    Paméla : Et finalement, si les protons se désintègrent, nous finirons par être une soupe de rien d'autre que de l'énergie.

    Fraser : Rien que de l'énergie en expansion… que vous ne pouvez jamais avoir de différentiel d'énergie. Il n'y aura jamais rien d'autre, il n'y aura jamais de vie, il n'y aura jamais, tu sais, rien d'internet…

    Paméla : L'avenir s'annonce sombre.

    Fraser : … la télévision, oui, et le fait que nous vivions dans ce moment au tout début est plutôt cool, mais alors c'est le, qu'est-ce que c'est ? Le plus grand anthropique… le moins anthropique, le moindre principe anthropique, d'accord, c'est-à-dire que nous ne serions pas là pour l'observer si ce n'était pas possible, alors c'était vraiment cool, et j'espère que les esprits de tout le monde ont été suffisamment soufflé cette semaine par le concept de l'infini. C'est super cool de penser à ses trucs, et je recommande fortement, comme je l'ai mentionné, de rechercher ce documentaire de la BBC "Horizon" sur l'infini. C'est génial et couvre beaucoup de ces concepts.

    Paméla : Et la théorie des ensembles est la chose à regarder si vous aimez les mathématiques et que vous voulez mieux comprendre ce genre de chose.

    Fraser : Fantastique! Eh bien, merci beaucoup, Pamela, et nous vous parlerons la semaine prochaine.

    Paméla : Ça sonne bien, Fraser. On se parle plus tard.

    Cette transcription ne correspond pas exactement au fichier audio. Il a été édité pour plus de clarté.