Force d'Expansion de l'Univers

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La Force d'Expansion de l'Univers est la force dont découle l’expansion de l’Univers.

Énergie noire, constante cosmologique et force d’expansion[modifier]

L’Univers est en expansion accélérée[1],[2]. C’est une fait d’observation qui est pris en compte dans le modèle standard de la cosmologie [3] par l’hypothèse d’une énergie noire qui représenterait 68 % de l’énergie totale de l’univers. L'énergie quantique du vide pourrait être le support physique de cette énergie noire, mais les ordres de grandeur considérés semblent trop disparates [4].

D’un point de vue théorique, après qu’Einstein introduisit sa fameuse Constante Cosmologique dans son équation de la Relativité Générale (voir équation d’Einstein) et à la suite des principaux travaux sur les modèles d’expansion en univers homogène [5] et notamment ceux de G. Lemaître [6] , l’expansion de l’univers a pu aussi être considérée comme un effet de la Constante Cosmologique [3]. Sans que cela fournisse une explication vraiment physique de cet effet.

Une approche complémentaire consiste à rechercher par quelle force les éléments matériels de l’Univers s’éloignent les uns des autres de façon accélérée : c’est la force d’expansion.

Matière noire et force d’expansion[modifier]

D’autre part, plusieurs autres observations ont produit l’hypothèse qu’une matière non baryonique (dite matière noire) contribuerait à 32 % de la matière-énergie totale de l’univers. C’est notamment le fait que les vitesses de rotation des étoiles dans les galaxies spirales planes sont plus élevées que la prédiciton Newtonienne : elles restent sensiblement constantes en fonction de leur distance au centre (problème dit des « flat rotation curves ») [7]. D’autres phénomènes vont à l’appui de cette hypothèse, bien que leur compréhension profonde soit encore à l’étude : dynamique des amas de galaxies, formation des galaxies à partir des faibles inhomogénéités initiales du fond diffus cosmologique.

Une alternative à la matière noire consiste à considérer une force d’expansion qui serait proportionnelle à la vitesse V , avec le taux d’expansion H comme coefficient de proportionnalité [8] :

F = H V (1)

Cette relation exprime en fait un nouveau principe de la dynamique par lequel le mouvement rectilinéaire fondamental varie exponentiellement avec le temps [9].

Cette force permet d’obtenir, sans matière noire (dans une approche newtonienne) les courbes de rotation des galaxies ainsi que la relation de Tully-Fisher.

Comparable à l’approche MOND (Modified Newtonian Dynamics) [9], cette force est aussi une alternative par le fait :

  • qu’elle ne modifie pas la force de Newton,
  • qu’elle comporte une partie latérale.

(l’étude a aussi été faite d’une telle force avec un taux d’expansion constant et sans partie latérale [10]).

Applications cosmologiques[modifier]

Pour un Univers homogène en expansion, la force d’expansion conduit à une équation cosmologique similaire au modèle FLRW [11].

Son application à l’étude d’un Univers inhomogène à symétrie sphérique [12] fournit des résultats conformes aux observations. Dans ce cas, il a été montré que cette force d’expansion peut être déduite de l’équation d’Einstein avec Constante Cosmologique [13], en utilisant la métrique suivante :

ds2 = B(r) dt2 - A(r) dr2 - r22 - r2sin2θdφ2 (2)

Avec : B(r) = 1 + 2 Ψ (3)

et : = 1 + 2 Φ (4)

Contrairement à la métrique de Schwarzschild, celle-ci fait intervenir deux potentiels différents Ψ et Φ pour les dimensions de temps et d’espace. Il en résulte que la force d’expansion apparait comme une forme de gravité duale.

Cette approche peut s’appliquer notamment à l’étude du taux d’expansion en fonction de la distance d’observation dans le but de clarifier la question des écarts de mesure actuellement observés pour la Constante de Hubble [14].

Références[modifier]

  1. Riess, A.G., C.R. 1998, Astron. J., 116, 1009
  2. Perlmutter et al., 1997, Astrophys. J., 483, 565
  3. Jean-Pierre Luminet, L’écume de l’espace-temps, Odile Jacob 2020
  4. Sean M. Caroll, Spacetime and geometry, an introduction to General Relativity, Pearson ed., p.174.
  5. idem p. 333
  6. Lemaître G., Ann. Soci. Sci. Brux. A 47, 49 (1927)
  7. V. Rubin et W. K. Ford Jr., Rotation of the Andromeda Nebula from a Spectroscopic Survey of Emission Regions, Astrophysical Journal, vol. 159, 1970, p. 379
  8. J. Fleuret, Towards a new generalized space expansion dynamics applied to the rotation of galaxies and Tully Fisher law, Astrophys. et Space Sci., 350-2, 769 (2014).
  9. Milgrom, M.: Astrophys. J. 270, 365 (1983)
  10. J. Hu and Y. Liu, Physics Essays, 32, 1 (2019).
  11. J. Fleuret, Expansion as a consequence of a rest-mass erosion theory, Astrophys. et Space Sci., 357, 68 (2015)
  12. J.Fleuret, Cosmic expansion acceleration and negative matter, Physics Essays, 32, 2 (2019)
  13. J. Fleuret, « Gravity and dual gravity: proposals for an inhomogeneous expanding universe »
  14. Verde et al., arXiv:1907.10625v1[astro-ph.CO] 24 July 2019

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