« L'univers est-il plus rapide que la lumière ? » Est-ce vrai ? Explication simple des raisons pour lesquelles la théorie de la relativité ne s'effondre pas.

Pourquoi l'expansion de l'univers plus rapide que la lumière ne trahit-elle pas Einstein

L'univers s'étend plus vite que la lumière

Si vous voyez une telle phrase sur votre fil d'actualité, beaucoup penseront probablement ceci.

« Quoi, la théorie de la relativité est terminée ? »

Cependant, pour conclure, Einstein n'est pas du tout trahi.
Dans la cosmologie moderne, il est plutôt « normal » de comprendre que la vitesse d'expansion de l'univers entier dépasse la vitesse de la lumière.Phys.org

Alors, comment cela fonctionne-t-il ? En reprenant les surprises et les malentendus qui circulent sur les réseaux sociaux, nous allons organiser les explications basées sur l'article de Phys.org intitulé « Yes, the universe can expand faster than light ».Phys.org

La limitation de la vitesse de la lumière est une « règle locale »

Ce que la théorie de la relativité interdit, c'est que « lorsqu'on observe au même endroit, un objet se déplace plus vite que la lumière ».
Que ce soit une fusée ou un vaisseau spatial, la vitesse à laquelle il passe à côté doit toujours être inférieure à celle de la lumière.

Ce qui est important ici, c'est

• la vitesse à laquelle un objet se déplace dans l'espace (locale)

• la vitesse à laquelle l'espace lui-même s'étend ou se contracte (globale)

sont deux choses distinctes.

Dans la théorie de la relativité générale, peu importe à quelle vitesse l'espace lui-même s'étend.
C'est l'image d'une fusée qui se fait attraper pour excès de vitesse, mais pas pour « la route elle-même » qui s'étend librement.

L'expansion de l'univers est précisément ce phénomène où « la route (l'espace) s'étend ».
Les galaxies sont essentiellement « posées » là, et s'éloignent en conséquence à mesure que l'espace cosmique s'étend.

L'âge de l'univers est de 13,77 milliards d'années, mais l'univers observable a un « rayon de 45 milliards d'années-lumière »

Voyons maintenant les chiffres pour encore plus de confusion.

• Âge de l'univers : environ 13,77 milliards d'années

• La distance la plus éloignée que nous pouvons « voir » actuellement : environ 45 milliards d'années-lumièrePhys.org

« Quoi, comment pouvons-nous voir à 45 milliards d'années-lumière alors que seulement 13,8 milliards d'années se sont écoulées ? »
Cet écart est précisément la preuve que « l'expansion de l'univers dépasse la vitesse de la lumière ».

Le point clé est quel'univers continue de s'étendre même pendant que la lumière voyage.

1. Les galaxies nées juste après le Big Bang émettent de la lumière

2. Cette lumière met des milliards d'années à atteindre la Terre

3. Pendant ce temps, l'espace continue de s'étendre

4. Au moment où la lumière nous atteint finalement « maintenant », cette galaxie est bien plus éloignée qu'elle ne l'était à l'époque

En conséquence,la « position actuelle » de la galaxie la plus éloignée que nous voyons maintenant est bien plus éloignée que la distance parcourue par la lumière.
En cosmologie, cette distance est appelée « horizon des particules », et la valeur actuelle est d'environ 45 milliards d'années-lumière.Phys.org

Au-delà de la distance de Hubble, les galaxies semblent s'éloigner plus vite que la lumière

La vitesse d'expansion de l'univers augmente proportionnellement à la distance.

C'est ce qu'on appelle la loi de Hubble,

qui stipule que plus une galaxie est éloignée, plus sa vitesse de récession (la vitesse à laquelle elle s'éloigne de nous) est grande

.

En prolongeant cette équation, il apparaît un point où la « vitesse de récession = vitesse de la lumière ».
C'est ce qu'on appelle la distance de Hubble, qui, selon le modèle standard de la cosmologie moderne ΛCDM, est d'environ 13,77 milliards d'années-lumière.Phys.org

• Galaxies à une distance inférieure à la distance de Hubble
  → Vitesse de récession inférieure à la vitesse de la lumière

• Galaxies au-delà de la distance de Hubble
  → Vitesse de récession supérieure à la vitesse de la lumière (en apparence)

« Quoi, alors elles se déplacent plus vite que la lumière ! » pourriez-vous penser, mais il est important de noter ici que

ce qui se déplace, c'est l'espace entre nous et la galaxie, pas la galaxie elle-même

.

Ainsi, cela ne contredit pas la théorie de la relativité qui impose des restrictions de vitesse locales.

L'horizon des événements de l'univers, une frontière où la lumière émise « maintenant » ne nous atteindra jamais

Un concept encore plus complexe est celui de « l'horizon des événements de l'univers ».Phys.org

• Horizon des particules... La distance la plus éloignée à laquelle la lumière a atteint (environ 45 milliards d'années-lumière)

• Horizon des événements... La frontière où la lumière émise « maintenant » ne nous atteindra jamais

Selon l'article de Phys.org, l'horizon des événements est actuellement situé à environ 17 milliards d'années-lumière.Phys.org

La lumière émise « maintenant » par une galaxie située au-delà de cette distance ne nous atteindra jamais.
C'est parce que l'univers s'étend de manière accélérée, augmentant les régions qui s'éloignent plus vite que la lumière.

Bien que cela ressemble au concept d'horizon d'un trou noir, ici, nous parlons de l'« horizon de l'univers entier ».
C'est la ligne de démarcation où l'expansion de l'univers empêche l'information de nous atteindre à jamais.

Dans 100 milliards d'années, seuls le « groupe local de galaxies » sera visible

Selon le modèle ΛCDM, on pense que l'univers continuera à être dominé par l'énergie sombre et à s'étendre de manière accélérée.Phys.org

Cette vision de l'avenir est plutôt solitaire.

• L'horizon des événements atteindra environ 60 milliards d'années-lumière et s'arrêtera

• Pendant ce temps, la lumière provenant des galaxies lointaines sera de plus en plus décalée vers le rouge, s'étirant jusqu'à devenir impossible à observerPhys.org

Selon les explications de Phys.org,dans environ 100 milliards d'années, tout l'univers en dehors du groupe local de galaxies (qui comprend la Voie lactée et la galaxie d'Andromède) disparaîtra de notre vue.Phys.org

Même si une civilisation subsistait dans cet univers, elle pourrait

croire à tort qu'il n'a jamais existé d'autres galaxies en dehors de ce groupe, dans un univers calme

.
Il deviendrait beaucoup plus difficile d'atteindre la cosmologie du Big Bang qu'aujourd'hui.

Réactions sur les réseaux sociaux à l'idée d'un « univers plus rapide que la lumière »

L'article intitulé « Yes, the universe can expand faster than light » a suscité de vives réactions sur les réseaux sociaux, en partie grâce à son titre provocateur (nous présentons ici une reconstitution des réactions typiques).

1. La perplexité du type « La théorie de la relativité est finie »

« L'univers est plus rapide que la lumière, Einstein a perdu ? »
« La physique a encore changé ses règles... »

De tels commentaires ont rapidement émergé sur X (anciennement Twitter) et Threads.
En réalité, comme mentionné précédemment, la théorie de la relativité et l'expansion « plus rapide que la lumière » de l'univers sont parfaitement cohérentes.
C'est même la théorie de la relativité générale qui rend ce phénomène étrange possible.

2. Le rêve et la réalité de « Pourrait-on alors avoir un moteur à distorsion ? »

« Si l'espace lui-même peut se déplacer, alors la navigation par distorsion de la SF pourrait-elle devenir réalité ? »
« Si nous pouvions reproduire localement ce que fait l'univers entier... ? »##HTML_TAG