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4 juillet 2015 6 04 /07 /juillet /2015 15:34

Le Big Rip
Jean-Paul Baquiast 04/07/2015

Le concept de viscosité cosmologique concerne l'application à la cosmologie du concept de viscosité. Celui-ci ne désigne pas seulement un état de la matière ordinaire (la viscosité d'un liquide, par exemple) mais la façon de mesurer la résistance d'un fluide en expansion ou en contraction. Sur Terre, la viscosité d'un liquide donné (qu'il s'agisse d'eau pure ou d'un sirop épais) ne change que très peu, car aux conditions habituelles, ce liquide ne peut être comprimé ou décomprimé que faiblement. Il n'en est pas de même au plan cosmologique.

Les théories aujourd'hui admises relativement à l'évolution de l'univers postulent que celui-ci a commencé sous une forme extrêmement dense, celle qu'il avait quelques instants après le Big Bang, et qu'il pourrait finir (dans l'hypothèse dite du Big Freeze), sous une forme extrémement peu dense ou diluée, les galaxies et les étoiles s'éloignant inexorablement les unes des autres et la matière s'étant trop dispersée pour pouvoir sous l'effet de la gravité donner naissance à de nouveaux nuages pré-galactiques ou pré-stellaires.

Aujourd'hui, une équipe de mathématiciens et de cosmologistes provenant entre autres de l'Université Vanderbilt, vient de publier dans le journal Physical Review un article (voir abstract ci-dessous) proposant une autre approche de la viscosité cosmologique. Pour cela, ils se sont efforcés de résoudre l'incompatibilité entre la Théorie de la relativité générale proposée par Einstein et les lois de la thermodynamique gouvernant l'évolution de la viscosité.

Leur nouveau modèle est mathématique. Il ne peut être soumis à vérification expérimentale, ce que certains d'autres chercheurs reprochent à ce travail. Mais les auteurs répondent qu'il en est de même des modèles cosmologiques évoqués ci-dessus, impliquant l'évolution de l'univers, comme de la plupart des autres modèles, sans mentionner les formulations plus contestées de la théorie des cordes.

Ce nouveau modèle trouve une application directe à ce que pourrait être la fin de l'univers, si celui-ci était soumis à une expansion accélérée et non à une expansion qui se ralentirait progressivement pour se transformer en contraction (le Big Crunch) ramenant l'univers à l'état qu'il avait lors du Big Bang. Le modèle propose le terme de Big Rip (dissolution) pour caractériser l'état final de l'univers – le terme d'état final supposant évidemment des mesures du temps telles que nous l'utilisons actuellement, c'est-à-dire un temps invariable, tel que décrit Lee Smolin dans son dernier livre (Voir référence ci-dessous)

Un des auteurs de l'étude, Marcelo Disconzi, est parti d'une réflexion sur l'état de la matière-énergie soumiseà des vitesses relativistes (extrêmement élevées), telle qu'elle est produite par des étoiles à neutrons ou lors de l'explosion des supernovas. Personne n'avait jusqu'ici réfléchi à ce que devenait la viscosité de tels fluides. Les modèles mathématiques actuels cherchant à décrire l'état de fluides accélérés à des vitesses proches de celle de la lumière aboutissent à des incohérences, telles que celles selon lesquelles ces fluides pourraient se déplacer à des vitesses supra-lumineuses

Lichnerowicz

Le mathématicien a donc ré-écrit les équations de la dynamique relativiste des fluides, en éliminant le postulat selon lequel ces fluides puissent se déplacer plus vite que la lumière. Il s'est appuyé au départ sur les travaux du mathématicien français André Lichnerowicz dans les années 1950. Il les a étendus sous la forme d'une théorie cosmologique plus large. Celle-ci l'a conduite à jeter un regard nouveau sur la mystérieuse énergie noire, souvent mentionnée sur ce site, et qui serait le facteur répulsif moteur de l'expansion accélérée de l'univers telle qu'observée aujourd'hui.

Les hypothèses concernant l'énergie noire ne prennent pas en compte, selon Disconzi, la viscosité cosmologique, en dépit du fait qu'elle aurait un effet répulsif très voisin de celui résultant de l'énergie noire. Il est possible qu'au moins une partie de l'énergie noire puisse s'expliquer, beaucoup plus simplement, dans le cadre de la viscosité cosmologique.

Nous renvoyons à l'article de la Physical Review ceux de nos lecteurs ayant les bases mathématiques nécessaires pour apprécier la validité des hypothèses formulées par l'équipe de Vanderbilt. Signalons seulement qu'une des conclusions qui en découlerait serait, dans l'hypothèse d'une expansion infinie de l'univers et non d'un Big Crunch, qu'un scénario possible serait celui qu'ils ont nommé le Big Rip.

Dans le cas d'une énergie noire accélérant d'une façon ininterrompue la vitesse d'expansion de l'univers, dans un temps approximatif de 22 milliards d'années (sans commentaires) les objets matériels pourraient se désassembler complètement, les atomes eux-mêmes se désagrégeant en particules élémentaires et radiation.

Les chercheurs pensent pouvoir proposer un paramètre d'état ou équation mesurant les différences de pression et de densité entre l'énergie noire et viscosité cosmologique, telle que calculée par eux. Si ce paramètre tombe en dessous de – 1, le Big Rip deviendrait possible. Pour approfondir ces perspectives, ils auront besoin de calculateurs plus puissants que ceux à leur disposition. Il n'est pas impossible, espèrent-ils, que dans ces conditions ils aboutissent à des hypothèses pouvant recevoir un début de preuves expérimentales.

L'étude ne situe pas le scénario du Big Rip résumé ici dans ceux concernant le multivers. Ils pourraient être incompatibles. Rappelons que beaucoup de théoriciens du multivers imaginent, comme Lee Smolin précité, que les univers se succèderaient de Big Crunch en Big Bang, dans un cadre temporel invariable. Pour d'autres au contraire, les univers pourraient être en très grand nombre, pour ne pas dire infiniment nombreux. En ce cas, chacun d'eux, issus de fluctations du vide quantique, pourrait disposer de lois fondamentales différentes, dans lesquelles les calculs concernant la viscosité cosmologique telle que proposée par l'équipe de Vanderbilt pourraient être inapplicables.


Abstract of New approach to cosmological bulk viscosity

We examine the cosmological consequences of an alternative to the standard expression for bulk viscosity, one which was proposed to avoid the propagation of superluminal signals without the necessity of extending the space of variables of the theory. The Friedmann equation is derived for this case, along with an expression for the effective pressure. We find solutions for the evolution of the density of a viscous component, which differs markedly from the case of conventional Eckart theory; our model evolves toward late-time phantomlike behavior with a future singularity. Entropy production is addressed, and some similarities and differences to approaches based on the Mueller-Israel-Stewart theory are discussed.

Reference

New approach to cosmological bulk viscosity
http://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.91.043532

Pour en savoir plus

Sur la question des multivers et du temps, voire notre article recensant les 3 ouvrages de Aurélien Barrau, de Caelo Rovelli et de Roberto Mangabeira Unger/ Lee Smolin
http://www.automatesintelligents.com/biblionet/2014/oct/univers_est_il_unique.html

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Jean-Paul Baquiast - dans sciences
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