Pourquoi l'univers observable est-il tellement plus grand que ton âge?
Récemment, chez Mega Curious, nous avons reçu une question intrigante de Giovanni Bruno Jr., l'un de nos lecteurs. Après avoir lu une histoire ici sur notre site - plus spécifiquement, une qui s'intitule "S'il y a des" zillions "de planètes dans l'univers, alors où sont les extraterrestres?" - Gionanni était intéressé par certaines informations que nous avons mentionnées, à savoir que L'univers observable couvre environ 90 milliards d'années lumière.
Cependant, comme l’a souligné notre lecteur, si notre univers émergeait il ya 13, 7 milliards d’années - à la suite du Big Bang - et s’étendait depuis à la vitesse de la lumière deuxième dans le vide), considérant que rien ne peut voyager plus vite que la lumière, comment diable l'univers a-t-il grandi autant?
Selon Giovanni, suivant cette logique, l'univers devrait mesurer un peu moins de 14 milliards d'années-lumière de diamètre au lieu de 90 milliards - et cela ne tient même pas compte de la taille de l'univers "non observable" qui, en ce qui concerne la spéculation., peut s'étendre à l'infini et au-delà ... Alors, comment?
Avant de commencer
Pour revenir à l’univers observable, afin de mieux comprendre pourquoi il est tellement plus grand que son âge, nous devons d’abord aborder un certain nombre de questions, telles que le comportement de la lumière dans le vide et même un peu de théorie des couleurs afin que tout pourrait avoir un sens à la fin.
En effet, pour comprendre l’expansion de l’univers, nous devons comprendre plusieurs concepts, y compris ce que l’on appelle un «redshift» - qui fait référence au comportement des ondes lumineuses par rapport à la vitesse relative entre une source émettrice et une source émettrice. un observateur. Est-ce qu'on y va?
Clarifier certains points
Vous vous souviendrez peut-être de vos cours de physique et d'Isaac Newton! - quand vous avez appris que le noir représente l'absence de couleur, alors que le blanc, au contraire, correspond à la combinaison de toutes les couleurs, non? Les couleurs ne sont rien d’autre que des ondes électromagnétiques qui vibrent à certaines fréquences de la lumière, et le plus long que nous puissions voir, c’est le rouge et le violet le plus court.
Car, avec cette connaissance en main sur la manière dont la lumière se propage et interagit avec la matière, nous pouvons déterminer beaucoup de choses sur les objets, telles que leur température, leur composition et même leur emplacement dans l'espace. Et en parlant de la localisation de corps dans l’espace, vous vous souviendrez peut-être aussi d’avoir étudié l’effet Doppler - vous pouvez obtenir une explication complète via ce lien - pas vrai?
Bien qu'il soit souvent associé à la manière dont les ondes sonores se propagent, le même processus peut aider à expliquer pourquoi la lumière émise par certaines sources cosmiques tend vers l'une ou l'autre des extrémités du spectre électromagnétique. Calme-toi ... expliquons ce droit! L’effet Doppler nous permet de savoir comment la trajectoire d’une longueur d’onde change en fonction de la direction du déplacement de l’objet.
Ainsi, lorsqu'un objet se déplace dans la direction opposée à la nôtre, les longueurs d'onde de la lumière sont "étirées" et semblent tendre vers le rouge (plus long); lorsqu'un objet se déplace vers nous, les longueurs d'onde sont comprimées et apparaissent donc bleuâtres (plus courtes). C’est là que le «redshift» entre en jeu.
Univers en expansion
Lorsque les astronomes ont commencé à mesurer la distance qui les séparait de nous - en fonction de la lumière qu’ils émettent - ils ont constaté que leurs longueurs d’onde tendaient vers le rouge, indiquant qu’elles se déplaçaient dans la direction opposée à la nôtre. Mais les scientifiques ont remarqué autre chose.
Outre le fait que les galaxies et d’autres étoiles de l’espace se déplacent dans le sens opposé à nous, les astronomes ont observé une augmentation du décalage vers le rouge, indiquant que ces corps «s'enfuient» de plus en plus vite - ce qui signifie que l'univers est en expansion.
Les observations du décalage vers le rouge ont également montré que plus les galaxies sont éloignées dans l'espace, plus elles se dirigent rapidement vers le bord de l'univers observable. Mais cette information est juste une curiosité! Maintenant que nous avons expliqué comment nous avons découvert que l’univers est en expansion, qu’en est-il de la confusion entre son âge et sa taille?
Une chose est une chose, une autre chose est une autre chose
Lorsque nous parlons d'une frontière observable de l'univers, cela implique qu'il existe également un univers non observable - qui s'étend bien au-delà de ce que notre esprit peut comprendre. Juste pour vous donner une idée, c’est dans cette partie observable que vous pouvez trouver toutes les étoiles existantes, c’est-à-dire 25 milliards d’agrégats galactiques, 350 milliards de grandes galaxies, 7 billions de galaxies naines et environ 10 22 à 10 24 étoiles. !
Imaginez maintenant tout cela existant dans un espace de seulement 13, 7 milliards d'années-lumière de diamètre. C'est ici que commence la confusion entre la taille de l'univers et son âge. En fait, à supposer que le cosmos soit originaire du Big Bang il y a près de 14 milliards d'années, ce que tout le monde ne sait pas, c'est que, selon cette théorie, les premiers jours de l'espace-espace ont commencé à se développer plus rapide que la vitesse de la lumière.
Cette période est connue sous le nom d'inflation cosmique - et explique pourquoi, entre autres choses, l'univers est plus grand que son âge. Selon la théorie du Big Bang, le cosmos est devenu en un clin d’œil un lieu extrêmement dense et brûlant pour devenir un élément incroyablement géant et plein de particules qui, avec le temps, ont commencé à former tout ce qui existe.
Après que l'inflation initiale ait ralenti, l'expansion de l'univers a ralenti avec elle, et aujourd'hui, les scientifiques pensent qu'elle continue de se produire grâce à une force mystérieuse (et toujours hypothétique) appelée énergie noire. Mais le plus intéressant, même si la science ne peut toujours pas expliquer les mécanismes de l’expansion, cela semble se produire plus rapidement que la vitesse de la lumière.
Et même si nous avons dit au tout début de la matière que rien ne peut voyager plus vite que la vitesse de la lumière, le rythme d'expansion de l'univers ne contrevient à aucune loi de la physique. En effet, selon la théorie de la relativité d'Einstein, aucun corps ne peut dépasser la vitesse de la lumière, mais cela ne veut pas dire que l' espace-temps ne le peut pas.
Donc, ce qui se passe, c'est qu'en fait, les galaxies, les étoiles, les planètes et tout ce qui existe ne voyagent pas dans l'univers, mais se développent parallèlement. Cela signifie qu'au lieu que la matière se déplace dans l'espace, elle soit "entraînée" dans celui-ci et, par conséquent, les distances entre les galaxies augmentent - toujours et quand elles ne sont pas assez proches pour succomber à la gravité entre elles. (et ils finissent par entrer en collision).
Comment est il
Pour mieux comprendre ce bavardage général, imaginez que vous êtes sur une route immense et que vous ne pouvez voir ni son début ni sa fin. Maintenant, imaginez que tout au long de cette route, des personnes se trouvent à un mètre d’écart, et que vous occupez la position "0". La personne "1" est devant vous, après lui, le "2", le "3", etc. et derrière vous, "-1", "-2", "-3" et ainsi de suite - dans les deux sens.
Mais cette route est élastique et commence à s'étendre progressivement dans les deux sens - et vous commencez à voir comment les gens devant et derrière vous commencent à se déplacer au même rythme sans marcher. . Ils sont toujours en place.
Au fur et à mesure que la route s'étire, vous remarquerez que les personnes les plus éloignées de vous sembleront aller de plus en plus loin, de plus en plus loin, bien qu'elles n'aient pas fait un pas en avant. Maintenant, imaginez qu'une voiture commence à emprunter la même route. Lorsque vous atteignez la fin, acceptez-vous que le trajet sera beaucoup plus long que d’habitude car la route s’agrandit au fur et à mesure que la voiture le parcourt?
Dans le cas de l'Univers, bien que la lumière la parcoure depuis environ 14 milliards d'années - et près de 14 milliards d'années-lumière - l'explosion qui a émis la même lumière a également voyagé dans la même direction pendant cette période. tous Ainsi, au lieu que l'univers observable ait la même taille que votre âge, il est en réalité beaucoup, beaucoup plus grand.
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