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L’univers est en expansion, mais dans quoi s’étend-il exactement ?

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Laboratoire d’images conceptuelles du centre de vol spatial Goddard de la Nasa / Bibliothèque de photos scientifiques

Andrew Taubmann

Queens Park, Nouvelle-Galles du Sud, Australie

Par définition, l’univers est tout, il n’y a donc rien d’extérieur dans lequel il puisse s’étendre. Il ne s’étend pas à quoi que ce soit en tant que tel – tout s’étend.

Richard Swift

Darmstadt, Allemagne

Il n’est que trop facile de penser au big bang et à l’univers en expansion qui en résulte comme étant comme une explosion ordinaire, avec tout ce qui s’étend à partir d’un point central.

Une meilleure analogie consiste à considérer la surface d’un ballon gonflable où la surface est un équivalent bidimensionnel de notre univers tridimensionnel. Le tissu du ballon est l’espace ; les points marqués sur cette surface (équivalents aux galaxies) s’écarteront au fur et à mesure que le ballon se dilate, mais uniquement parce que le tissu (l’espace lui-même) se dilate, et sans aucun point central pour l’expansion.

Le ballon se dilate dans la troisième dimension, mais ici l’analogie est plus problématique. Notre univers est-il également en expansion dans une dimension supérieure ?

Si l’univers est tout ce qu’il y a et ne fait pas partie d’un multivers plus vaste, alors il n’y a rien à l’extérieur (pas même un vide, qui est toujours de l’espace), donc cela n’a probablement aucun sens de se demander dans quoi il s’étend.

Nick Canning

Coleraine, comté de Londonderry, Royaume-Uni

Un être bidimensionnel à la surface d’un ballon en expansion peut observer toutes les distances de son monde de surface s’agrandir. Il ne peut pas voir la troisième dimension dans laquelle le ballon se dilate.

Nous, les créatures tridimensionnelles, voyons toutes les distances entre les galaxies s’étendre, indiquant une inflation de l’espace, mais nous ne pouvons pas percevoir des dimensions spatiales supplémentaires au-delà de nos trois, dans lesquelles l’expansion a lieu.

Roger Leitch

Bath, Royaume-Uni

Il y a deux parties à la réponse à cette question.

Premièrement, lorsque les mathématiciens et les physiciens veulent décrire l’espace – n’importe quel espace – les outils et techniques mathématiques qu’ils utilisent ne dépendent en aucune façon du fait que l’espace fasse partie d’un espace de dimension supérieure. Ainsi, ils peuvent, par exemple, faire de la géométrie sur la surface d’une sphère sans considérer que la sphère est intégrée dans notre espace tridimensionnel quotidien.

L’espace-temps à quatre dimensions est plus compliqué que la surface d’une sphère, mais l’idée est la même. Il est possible de calculer la distance la plus courte entre deux points, par exemple.

Deuxièmement, si l’espace s’étend dans un espace de dimension supérieure, nous ne pouvons pas, avec nos connaissances actuelles en physique, en savoir quoi que ce soit. Et cela peut même dépasser notre entendement.

Mike suit

Sutton Coldfield, West Midlands, Royaume-Uni

Ce n’est pas une question à laquelle la physique peut répondre avec nos connaissances actuelles ou sans une certaine forme de qualification.

La réponse banale est que l’espace et le temps ont été créés lors du big bang il y a environ 14 milliards d’années, il n’y a donc rien au-delà de l’univers. Cependant, une grande partie de l’univers existe au-delà de l’univers observable, qui mesure peut-être environ 90 milliards d’années-lumière.

Parce que l’univers est homogène à cette échelle, nous imaginons que ce qui est au-delà de notre observation ressemble beaucoup à ce que nous pouvons voir.

Si l’univers est infini, il n’y a rien au-delà, par définition. Un univers fini en expansion évoque l’idée qu’il aurait une frontière ou un bord, le séparant de quelque chose au-delà. Bien sûr, l’univers a au moins quatre dimensions (trois pour l’espace et une pour le temps) ce qui nous est presque impossible à visualiser.

Cependant, l’espace pourrait être représenté comme deux dimensions, confiné à la surface très fine d’une sphère. Vous pouvez voyager dans n’importe quelle direction sur la surface sans rencontrer de rebord. Si le rayon devait augmenter, « l’univers » s’étendrait comme le nôtre, mais il ne s’étendrait en rien.

Enfin, nous pourrions supposer que notre univers fait partie d’un multivers avec de nombreux autres univers au-delà du nôtre, mais il est peu probable que nous nous y développions.

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