Si l’univers est en expansion, comment se fait-il que l’on puisse me passer le sel à table ?

Posté par Antoine BRET
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Evidemment, la question est idiote. Il est toutefois très intéressant de se rendre compte à quel point elle l’est vraiment. Les questions idiotes sont parfois très intéressantes.

 

L’expansion de l’univers et les objets proches 

Supposons donc que le sel est à 1,5 mètres de moi. A quelle vitesse s’éloigne-t-il du fait de l’expansion de l’univers ? Pas très vite.  Environ 10 milliardièmes de mètre par siècle. On devrait pouvoir me le passer sans trop de problème… Pourquoi ? Parce que la vitesse à laquelle on va me le passer est bien évidemment très largement supérieure à ce ridicule milliardième de mètre par siècle.

Nous tenons là un principe important : le mouvement propre des objets entre en compétition avec l’expansion. Pour la salière, c’est clairement le mouvement propre qui gagne. Mais plus la salière est loin, plus la vitesse d’expansion entre moi et elle sera rapide, et plus elle sera compétitive par rapport au mouvement propre, au point de finir par gagner pour des distances très grandes. C’est quoi une « distance très grande » ? Voyons cela.

 

L’expansion de l’univers et les objets éloignés

Remplaçons la salière par une étoile. A quelle vitesse ça bouge typiquement, une étoile ? Environ 1 000 km/s. Ça ne veut pas dire qu’elles bougent toutes exactement à cette vitesse, mais que si je dois mesurer des millions de vitesses propres dans notre galaxie par exemple, le gros du peloton sera entre 0 et 1 000 km/s. Puisque 2 points de l‘univers s’éloignent d’autant plus vite qu’ils sont loin l’un de l’autre, à partir de quelle distance l’expansion va-t-elle entrer en compétition avec cette vitesse de 1 000 km/s ? Environ 50 millions d’année lumières.

 

Commençons par le début. « L’univers est en expansion » veut dire que deux points de l’univers s’éloignent l’un de l’autre à une vitesse proportionnelle à leur distance. Ce n’est pas qu’ils « bougent ». Comme deux points sur un ballon qu’on gonfle s’éloignent l’un de l’autre, même s’ils ne bougent pas par rapport au ballon. Si mes deux points sont éloignés de 3,26 millions d’années lumières, ils s’éloignent l’un de l’autre à environ 70 km/s. 3,26 millions d’année lumières, cela fait en jargon astronomique « 1 mégaparsec ». Si mes deux points sont éloignés de 2 mégaparsecs, leur vitesse de récession sera de 2 fois 70 km/s, c’est à dire 140 km/s. Et s’ils ne sont éloignés que de 0,1 mégaparsecs, leur vitesse de récession sera de 0,1 fois 70 km/s, c’est à dire 7 km/s.

 

C’est grand 50 millions d’année lumières ? Ça dépend par rapport à quoi. Notre galaxie, la Voie lactée, avec ses 100 000 années lumières, est 500 fois trop petite pour que l’expansion commence à y jouer un rôle décelable. En revanche, l’univers observable est 2 000 fois plus grand que ces 50 millions d’années lumières. Il y a donc beaucoup de monde au-delà de cette distance. C’est au-delà de cette distance que l’on peut utiliser le décalage vers le rouge pour mesure la distance des objets. C’est encore au-delà de cette distance que l’on vérifie la loi de Hubble « vitesse de récession = distance x constante de Hubble ». En deçà, le mouvement propre masque progressivement l’expansion, comme c’est le cas pour la salière ou pour la galaxie d’Andromède, distante de « seulement » 2,5 millions d’années lumières et qui en fait se rapproche de nous (seul point commun avec la salière).

 

Voilà donc pourquoi l’expansion est à peine décelable à l’échelle de notre galaxie. Et voilà aussi pourquoi des objets « proches », salières ou Andromède, peuvent tout à fait s’approcher de nous sans que cela remette l’expansion en cause. Mais au-delà d’environ 50 millions d’années lumières, l’expansion ne laisse progressivement plus le choix : tout le monde s’éloigne en suivant la loi de Hubble, c’est bel et bien observé[1].

PS : Pour la salière, ou même la terre et le soleil, c’est en fait encore plus simple que cela. L’effet de l’expansion de l’univers dans notre système solaire est : inexistant. C’est Einstein et Straus qui l’ont démontré en 1945 à partir des équations de la relativité générale.


[1] Le graph est tiré de cet article, gratuit. L’échelle horizontale est graduée en fonction du redshift « z ». Elle va de 100 millions d’années lumières pour z=0,01 à 10 milliards d’années lumières pour z=1.

Antoine BRET
Antoine est physicien chercheur et enseigne à l’Université Castilla-La Mancha près de Madrid. Auteur ou co-auteur de plus de 100 articles dans des revues à comité de lecture, il est régulièrement « chercheur invité » au département d’astrophysique de l’université de Harvard. Il a également travaillé pour une église évangélique française pendant 8 ans et a été pasteur à Madrid pendant une année.

2 Commentaires

  1. Avatar
    Jiminy Cricket lun 24 Juin 2019 Répondre

    Bonjour,
    Vous ne parlez pas dans votre article de l’accélération de l’expansion de l’univers (découverte en 1998 et dont la cause n’est pas à ce jour bien établie : action d’une hypothétique énergie noire ? Modification de la gravitation -gravitation répulsive- à de très grandes distances ?).
    Donc on peut se demander si un jour en effet il ne sera plus possible de se passer la salière !
    Bien à vous et merci pour vos limpides explications. Jiminy Cricket

  2. Avatar
    Antoine lun 24 Juin 2019 Répondre

    Merci!
    Il semble en effet que l’expansion d’accélère, ce à quoi la Relativité Générale était déjà prête via la constante cosmologique, même si on ne sait pas ce qu’elle représente physiquement.
    Il se pourrait donc que tout finisse en « Big Rip » et que dans un lointain futur, on ne puisse plus me passer la salière, comme vous le dites –
    Je ne sais toutefois pas ce que devient le résultat de Einstein et Straus avec une constante cosmologique (il ne me semble pas qu’ils en tiennent compte).
    Enfin, comme nous ne savons pas ce que représente la constante cosmologique, il est assez imprudent de parier qu’elle ne va pas varier dans un lointain futur.

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