Les étoiles, les galaxies et les amas illustrés ici sont liés par la gravité et ne se dilateront pas avec l'univers.L'expansion de l'univers a une histoire longue et saisissante. Lorsque Hubble a remarqué pour la première fois la relation entre la distance entre nous et la galaxie et le décalage vers le rouge de sa lumière, il s'est immédiatement rendu compte qu'il s'agissait de conséquences de la théorie générale de la relativité d'Einstein. Lorsque Hubble a annoncé sa découverte, Einstein a immédiatement renoncé à sa constante cosmologique - le "facteur stupide" conçu pour garder l'Univers statique - et l'a appelé sa plus grande erreur. Mais tandis que l'espace entre les galaxies s'étend, les atomes, les personnes et les planètes conservent leur taille. Qu'est-ce qui détermine cela? Notre lecteur veut savoir:
Quelle est l'échelle des dimensions en ce qui concerne l'expansion de l'univers? Est-ce à dire que la longueur de Planck est incohérente? Les orbites atomiques se développent-elles avec cet étirement de l'espace, ou une forte interaction entrave-t-elle cela?
Modèle de l'Univers en croissance «pain aux raisins secs», où les distances relatives augmentent avec l'expansion de l'espace (test)L'expansion de l'univers est difficile à imaginer - car elle n'est pas du tout intuitive. La meilleure analogie, peut-être, serait d'imaginer le tissu de l'espace sous la forme d'un morceau de pâte en suspension dans le four sous gravité nulle. Lors de la cuisson, le pain convient à la levure et se dilate uniformément dans toutes les directions. Mais c'est une analogie pour l'espace vide. Et si vous vouliez imaginer un espace dans lequel il y a de la matière: protons, atomes, personnes, planètes, galaxies, amas? Il existe deux façons d'imaginer cette extension.
L'une est la surface de la balle avec des pièces collées dessus. Les pièces ne changent pas et la balle se gonfle. L'univers s'agrandit et l'espace entier entre les particules individuelles - ou les galaxies individuelles - augmente également. Il semble que la pièce s'éloigne de ses voisins à une certaine vitesse, et la pièce située deux fois plus loin sera retirée deux fois plus vite. Et chaque pièce verra la même chose: la vitesse perçue et le décalage vers le rouge (étirement) de la lumière dépendront uniquement de la distance à la pièce que vous regardez. C'est exactement ce qui se passe ici, et cela est connu depuis les années 1920. C'est une telle relation qui existe dans l'Univers, ce que la loi de Hubble nous a démontré.
Une autre façon d'imaginer l'extension est de prendre le ballon sur lequel les objets sont dessinés. Lorsque le ballon est gonflé et que la surface est étirée, les marques se dilatent également. Bien sûr, les objets distants s'éloigneront conformément à la loi de Hubble, mais dans notre cas, ils seront eux-mêmes gonflés avec le tissu de l'espace.
Que se passe-t-il donc dans l'univers? À quelle échelle l'espace s'étend-il? Nous pouvons, tout d'abord, étudier l'univers lui-même. En observant des galaxies éloignées, nous devons enregistrer le décalage vers le rouge et la diminution de leur masse, car plus la galaxie est éloignée, plus elle apparaît tôt.
Nous voyons cela, mais vous voyez également d'autres fonctionnalités importantes:
• Les galaxies avec un grand décalage vers le rouge ont les mêmes raies spectrales - ce qui signifie que les propriétés et les tailles des atomes qui existaient il y a des milliards d'années ne sont pas différentes de celles d'aujourd'hui.
• La taille physique des galaxies est déterminée uniquement par leur masse. Les galaxies de la même masse, anciennes et nouvelles, ont la même taille.
• Le principe de la formation de réseaux spatiaux (structures à grande échelle) ne dépend que de la quantité de masse disponible dans une certaine zone de l'espace.
Il s'avère que l'analogie avec les pièces de monnaie sera plus proche de nous qu'avec la peinture. En observant l'Univers, nous voyons que le tissu de l'espace se dilate toujours, à moins qu'il ne soit gêné par une autre force qui rapproche les objets. Cela s'inscrit complètement dans la base théorique, car, malgré l'opinion répandue, l'expansion n'est pas la force, mais la vitesse. Quand quelque chose se lie, peu importe le type de force qui le lie, que ce soit une force nucléaire dans les protons et les noyaux d'atomes, la force électromagnétique dans les atomes, les cellules et les personnes, ou est-ce la gravité dans le cas des planètes, des étoiles, des galaxies et des amas.
Veronica Hair ClusterBien que le tissu de l'espace se développe de lui-même, il se développe à un certain taux par unité de longueur. (En fait, c'est une grandeur avec la dimension du temps inverse). Il s'avère approximativement que si la force entre deux objets les fait attirer plus vite que l'espace entre eux augmente en raison de l'expansion de l'Univers, mais ils se transforment déjà non pas en «peinture», mais en «pièces». Nos corps sont connectés ensemble, chaque atome est connecté ensemble, le groupe local de galaxies est déjà connecté ensemble, et même l'ensemble de la grappe de cheveux de Veronica est connecté ensemble. Mais il est important de se rappeler que tout est relatif. L'expansion de l'Univers n'affecte pas notre groupe local et tout ce qu'il contient, car notre groupe local est trop étroitement connecté - mais va au-delà et l'espace continuera de s'étendre. C'est pourquoi les galaxies lointaines et autres structures connexes s'éloignent de nous, bien qu'elles soient toutes localement attachées à leur partie du cosmos.
Mais nous pouvons partir à la recherche de régions de l'espace arbitrairement petites où il n'y a pas de connexion, où il n'y a pas d'importance, et nous constatons qu'une région de n'importe quelle taille - plusieurs années-lumière, kilomètres, microns, diamètres de protons ou longueurs de Planck (ou même moins) - est en expansion en vertu de la loi de Hubble. La vitesse d'expansion de l'espace en GR permet de considérer le tissu de l'espace comme s'il était complètement continu, et il n'a pas besoin d'être quantifié, comme en physique quantique. Cela reste vrai pour l'expansion de l'Univers tant que vous n'y mettez pas de structure connectée! Il n'y a pas de restriction fondamentale sur la taille d'un petit espace lors de son expansion, mais pour cela, il doit être soit vide, soit suffisamment grand pour que la structure existante ne puisse pas surmonter l'expansion.