Ask Ethan # 6: Centre de l'Univers

«Si vous cherchez la vérité, vous pouvez enfin trouver la paix; si vous cherchez du réconfort, vous ne trouverez ni réconfort ni vérité - vous ne commencerez qu'avec un savon doux et des vœux pieux, et vous terminerez par le désespoir. »

Clive Staples Lewis

Et pourtant, parfois, les réponses que vous trouvez sont en conflit avec vos idées, vos sentiments et même votre bon sens. Par exemple, dans le cas où le lecteur m'a posé des questions sur:

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Alors, quelle est la géométrie de l'univers, et a-t-elle un centre?



Pour commencer, nous diviserons les concepts de "notre Univers", c'est-à-dire l'Univers observable, et "l'Univers en général", qui comprend tout ce qui est connecté avec nous depuis le moment du Big Bang et bien plus encore. Lorsque nous regardons dans le ciel nocturne, puis derrière le système solaire, les étoiles, le gaz et la poussière dans notre galaxie, à l'extérieur de nos voisins galactiques et plus loin, presque à l'infini - nous regardons l'Univers observable.



Vous pouvez regarder au-delà de la plus éloignée des galaxies observées, avant que les premières étoiles ne soient allumées, dans les années sombres de l'Univers. Avant cela, il y a environ 13,8 milliards d'années, lorsque l'Univers était plus petit, plus chaud et plus dense, il faisait trop chaud pour que des atomes individuels se forment - c'est ce que nous voyons en observant le rayonnement de fond des micro-ondes cosmiques (KMPI). Et 380 000 ans avant cela, il y a eu le Big Bang - la création d'un univers chaud, dense, en expansion et en refroidissement.



C'est cette partie de l'univers que nous pouvons observer de notre place. Ce que nous voyons est approximativement une sphère, d'environ 46 milliards de rayons-lumière, centrée sur nous.

Mais nous ne sommes pas au centre de l'univers. Au contraire, en parlant de cela, nous parlons dans le contexte d'une théorie physique qui le décrit à grande échelle - GR. Et la relativité dit que l'espace n'est pas plat, comme un réseau tridimensionnel, mais courbé en présence de matière et d'énergie.



À grande échelle, l'Univers peut également avoir une courbure, selon les différents types de matière, d'énergie et de vitesse d'expansion. Il peut avoir une courbure négative lorsque les angles du triangle sont inférieurs à 180 degrés; positif - lorsque les angles sont supérieurs à 180 degrés; ou être plat, comme du papier, où la somme des trois angles est de 180 degrés.

De plus, la courbure affecte ce qui arrive à deux rayons émanant d'un point - ils se disperseront plus loin, se coupent ou maintiennent un angle.



Sur la base des observations et des lois physiques d'aujourd'hui, nous savons que l'Univers est plat (avec une précision de 1%), et que la taille de l'Univers non observable est au moins 150 fois plus grande que l'observable. Et surtout, cela confirme le KMFI observé.



Si nos conclusions sont correctes, l'Univers que nous observons ne diffère pas de ces observations que tout autre observateur dans n'importe quelle autre partie de celui-ci peut faire. Bien sûr, il peut y avoir des différences à l'échelle locale - la densité de la distribution des galaxies et la distribution locale de la matière. Dans certaines directions, il y a d'énormes amas de galaxies, dans d'autres - des vides. Certaines parties de KMFI sont plus chaudes ou plus froides.



Mais à grande échelle, l'univers ressemblera à la carte ci-dessous. Bien que tout observateur ait une partie sphérique (son rayon est déterminé par le chemin parcouru par la lumière depuis le Big Bang) centré sur l'observateur, l'espace dans les trois dimensions semble continuer et continuer autant que possible.



Et le centre? Cela dépend de combien vous voulez aller dans le domaine des hypothèses. D'une part, la structure de l'espace a une forme à grande échelle, selon la courbure. Si la courbure est positive, elle a la forme d'une sphère et se ferme sur elle-même. S'il est plat, il peut prendre la forme d'un tore ou d'un cylindre qui se referme sur lui-même. S'il est négatif, il peut prendre la forme d'une selle à petite échelle, mais se verrouiller sur lui-même.



En général, selon la courbure, l'Univers peut être fini ou infini. S'il est fini, alors nous pouvons parler du centre. Si l'espace-temps a la forme d'une sphère, alors le centre de la sphère devrait l'être. Si l'espace-temps a la forme d'un beignet, alors le centre sera au centre du trou.

Mais il y a un problème avec ce raisonnement.



Vous pensez en trois dimensions. Pas étonnant. Mais toutes les surfaces décrites sont la surface d'une sphère, la surface d'un beignet ou d'une selle, elles sont bidimensionnelles. Et vous cherchez un centre dans la troisième dimension.

Mais l'espace a trois dimensions. L'Univers ne se dilate pas comme une surface bidimensionnelle d'une boule de caoutchouc qui se gonfle, mais comme une pâte tridimensionnelle pour le pain (dans un four à gravité zéro), se dilatant dans les trois dimensions. Par conséquent, si l'Univers est fini et a un centre, alors il sera situé dans un espace avec un grand nombre de dimensions.



A gauche, la surface du cercle est une ligne unidimensionnelle. Son centre est situé sur un plan bidimensionnel. Mais si vous marchez uniquement le long de la ligne et demandez «où est le centre», votre question n'a pas de sens.

La surface de la sphère de droite est bidimensionnelle. Elle a un centre en trois dimensions, mais si vous marchez en surface, la question du centre n'a pas non plus de sens.

Et voici ce que nous savons de notre espace, l'espace tridimensionnel.



Il est plausible que ce soit la surface d'une certaine structure de l'espace multidimensionnel et qu'elle ait un centre. Mais nous ne pouvons pas trouver ce centre. La question du centre n'a pas de sens - tout comme la question du centre d'un cercle en termes de points sur ce cercle.

Par conséquent, l'univers n'a pas de centre.

Source: https://habr.com/ru/post/fr380889/