
Univers
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L'univers est communément défini comme la totalité de l'existence, y compris les planètes , étoiles , galaxies , le contenu de l'espace intergalactique, et tout question et l'énergie . Définitions et utilisation varient et les termes similaires incluent le cosmos, la monde et nature .
L'observation scientifique de l'Univers, la partie observable de ce qui est environ 93 milliards d'années-lumière de diamètre, a conduit à des conclusions de ses premiers stades. Ces observations suggèrent que l'Univers a été régie par les mêmes lois physiques et les constantes dans la plupart de son étendue et de l'histoire. Le Big Bang est la théorie du modèle cosmologique dominante qui décrit le développement précoce de l'Univers, qui, dans la cosmologie physique est censé avoir eu lieu il ya environ 13,77 milliards années.
Il existe différents hypothèses multiverse, dans lequel les physiciens ont suggéré que l'Univers pourrait être l'un des nombreux univers qui existent également. La plus grande distance que ce est théoriquement possible pour les humains de voir est décrit comme l' Univers observable . Les observations ont montré que l'Univers semble être en expansion à un rythme accéléré, et un certain nombre de modèles ont surgi de prédire son destin ultime .
Histoire
Histoire observationnelle
Champ extrêmement profond de Hubble (XDF)


Tout au long de l'histoire, plusieurs cosmologies et cosmogonies ont été proposées pour expliquer les observations de l'Univers. Le premier quantitative modèles géocentriques ont été développés par les anciens philosophes grecs . Au fil des siècles, des observations plus précises et les théories améliorées de gravité ont conduit à de Copernic modèle héliocentrique et newtonienne modèle du système solaire , respectivement. D'autres améliorations en astronomie ont conduit à la réalisation que le système solaire est intégré dans une galaxie composée de milliards d'étoiles, la Voie Lactée , et que d'autres galaxies existent en dehors d'elle, autant que les instruments astronomiques peuvent atteindre. Des études minutieuses de la distribution de ces galaxies et leur raies spectrales ont conduit à une grande partie de la cosmologie moderne . Découverte du décalage vers le rouge et cosmique rayonnement de fond suggéré que l'Univers est en expansion et a eu un commencement.
Histoire de l'Univers
Selon le modèle scientifique dominant de l'Univers, connu sous le nom Big Bang , l'Univers étendu à partir, une phase dense extrêmement chaud appelé Ère de Planck, dans laquelle toute la matière et l'énergie de l' Univers observable a été concentré. Depuis l'époque de Planck, l'Univers a été l'expansion de sa forme actuelle, avec éventuellement une brève période (moins de 10 -32 secondes) de l'inflation cosmique . Plusieurs mesures expérimentales indépendants soutiennent cette théorie expansion et, plus généralement, la théorie du Big Bang. Des observations récentes indiquent que cette expansion se accélère en raison de l'énergie sombre, et que la plupart de la matière dans l'Univers peut être sous une forme qui ne peut être détectée par des instruments présents, appelée la matière noire . L'utilisation commune de la "matière noire" et "énergie sombre" noms d'espace réservé pour les entités inconnues censés compte pour environ 95% de la masse-énergie de l'Univers démontre les lacunes actuelles et des incertitudes concernant la nature et l'observation et conceptuelles sort ultime de l'Univers.
Interprétations actuelles des observations astronomiques indiquent que l' âge de l'Univers est 13,772 ± 0,059 milliard d'années, (alors que le découplage de la lumière et de la matière, voir CMBR , est déjà arrivé 380000 années après le Big Bang), et que le diamètre de l' Univers observable est d'au moins 93 milliards années-lumière ou 8,80 × 10 26 mètres. Selon la relativité générale , l'espace peut croître plus rapidement que la vitesse de la lumière, bien que nous pouvons voir qu'une petite partie de l'Univers en raison de la limitation imposée par vitesse de la lumière. Puisque nous ne pouvons pas observer l'espace au-delà des limites de la lumière (ou de tout rayonnement électromagnétique), il est incertain si la taille de l'Univers est fini ou infini.
Étymologie, synonymes et définitions
Le mot dérive de l'Univers Vieux mot français Univers, qui à son tour vient du latin mot Universum. Le mot latin a été utilisé par Auteurs Cicero et plus tard latine dans bon nombre des mêmes sens que le moderne anglaise mot est utilisé. Le mot latin dérive de la contraction Unvorsum poétique - d'abord utilisé par Lucrèce dans le livre IV (ligne 262) de son De rerum natura (De la nature des choses) - qui relie un, uni (la forme combinant des unus, ou «une») avec vorsum, versum (un nom fabriqué à partir du participe passé passif de vertere, ce qui signifie «quelque chose tourné, enroulé , a changé ").


Une autre interprétation de unvorsum est «tout mouvement de rotation comme un» ou «tout mis en rotation par une". En ce sens, il peut être considéré comme une traduction d'un mot grec plus tôt pour l'Univers, περιφορά, (periforá, «circumambulation»), à l'origine utilisés pour décrire un cours d'un repas, la nourriture étant effectuée autour du cercle de convives. Ce mot grec se réfère à sphères célestes, un modèle grec début de l'Univers. En ce qui concerne Platon La métaphore du soleil, Aristote suggère que la rotation de la sphère de étoiles fixes inspirés par le motrice, motive, à son tour, le changement terrestre via le Sun. Soigneuses astronomiques et mesures physiques (telles que la Pendule de Foucault) sont nécessaires pour prouver que la Terre tourne sur son axe.
Un terme de "Universe" dans la Grèce antique était πᾶν τὸ (Pan, Le Tout, Pan (mythologie)). Termes connexes étaient la matière, (τὸ ὅλον à Olón, vous pouvez aussi Hyle, lit. bois) et le lieu (τὸ κενόν à Kenon). Autres synonymes de l'Univers chez les anciens philosophes grecs inclus κόσμος ( cosmos) et φύσις (ce qui signifie la nature , d'où nous tirons le mot physique ). Les mêmes synonymes se trouvent dans les auteurs latins (totum, mundus, natura) et survivent dans les langues modernes, par exemple, les mots allemands Das Tous, Weltall, et Natur pour Univers. Les mêmes synonymes sont trouvées en anglais, comme tout (comme dans le théorie du tout), le cosmos (comme dans la cosmologie ), le monde (comme dans le des mondes multiples hypothèse) et Nature (comme dans lois naturelles ou philosophie naturelle).
Définition plus large: la réalité et la probabilité
La définition la plus large de l'Univers se trouve dans De divisione naturae par la médiévale philosophe et théologien Jean Scot Erigène, qui a défini comme simplement tout: tout ce qui est créé et tout ce qui ne est pas créé.
Définition comme la réalité
Plus habituellement, l'Univers est défini comme tout ce qui existe, (a existé, et existera). Selon notre compréhension actuelle, l'Univers se compose de trois principes: l'espace-temps, les formes de l'énergie , y compris l'élan et de la matière , et de la lois physiques qui les concernent.
Définition comme connecté espace-temps
Il est possible de concevoir déconnecté espace-temps, chaque produit existant, mais incapable d'interagir avec une autre. Une métaphore facilement visualisé est un groupe distinct de des bulles de savon, dans lequel observateurs vivant sur une bulle de savon ne peuvent pas interagir avec ceux des autres bulles de savon, même en principe. Selon une terminologie commune, chaque «bulle de savon» de l'espace-temps est notée comme un univers, alors que notre notamment espace-temps est notée l'Univers, tout comme nous appelons notre lune la lune . La collection entière de ces espaces-temps distincts est noté que la multivers. En principe, les autres univers non connectés peuvent avoir différents dimensionnalités et topologies de différentes formes de temps l'espace, la matière et l'énergie différente, et lois physiques et constantes physiques, bien que ces possibilités sont purement spéculatives.
Définition en réalité observable
Selon une définition encore plus restrictive, l'univers est tout en notre connectée espace-temps qui pourrait avoir une chance d'interagir avec nous et vice versa. Selon la théorie de la relativité générale , certaines régions de l'espace ne peut jamais interagir avec les nôtres, même dans la vie de l'Univers, en raison de l'finie vitesse de la lumière et du cours expansion de l'espace. Par exemple, des messages radio envoyés de la Terre ne peuvent jamais atteindre certaines régions de l'espace, même si l'Univers serait vivre éternellement; espace peut croître plus rapidement que la lumière peut traverser.
Régions éloignées de l'espace sont prises pour exister et faire partie de la réalité autant que nous sommes; mais nous ne pouvons jamais interagir avec eux. La région de l'espace dans lequel nous pouvons affecter et d'être affecté est l' Univers observable . Strictement parlant, l'Univers observable dépend de la position de l'observateur. En voyageant, un observateur peut entrer en contact avec une plus grande région de l'espace-temps que un observateur qui reste, de sorte que l'Univers observable pour l'ex est plus grande que pour les seconds. Néanmoins, même le voyageur le plus rapide ne sera pas en mesure d'interagir avec l'ensemble de l'espace. Typiquement, l'Univers observable, on entend l'Univers observable de notre point dans la Voie Lactée de vue.
Taille, l'âge, le contenu, la structure et lois
La taille de l'Univers est inconnu; il peut être infinie. La région visible de la Terre (l' univers de observable ) est une sphère avec un rayon d'environ 46 milliards années-lumière, selon l'endroit où le expansion de l'espace a pris les objets les plus éloignés observés. A titre de comparaison, le diamètre d'un typique galaxie est à seulement 30 000 années-lumière, et la distance typique entre deux galaxies voisines ne est 3000000 années-lumière. A titre d'exemple, notre Voie Lactée Galaxy est d'environ 100 000 années-lumière de diamètre, et de notre galaxie la plus proche de sœur, la galaxie d'Andromède , se trouve à environ 2,5 millions d'années-lumière. Il ya probablement plus de 100 milliards (10 11) galaxies dans l'Univers observable. Galaxies typiques vont de nains avec aussi peu que dix millions (10 sept) des étoiles jusqu'à géants avec une billion (10 12), toutes les étoiles en orbite autour du centre de la galaxie de la masse. Une étude de 2010 par les astronomes estime que l'Univers observable contient 300 sextillions (3 × 10 23) étoiles.


La question est répartie de façon homogène observable (uniforme) dans tout l'Univers, en moyenne sur des distances de plus de 300 millions d'années-lumière. Cependant, sur les petites échelles de longueur, la matière est observée pour former des "bouquets", ce est à dire, en vue de regrouper hiérarchiquement; de nombreux atomes sont condensés en étoiles , la plupart des étoiles dans les galaxies, la plupart des galaxies dans clusters, superamas et, enfin, les structures plus grand échelle comme le Grande Muraille de galaxies. La question de l'Univers observable se propage également isotrope, ce qui signifie qu'aucune direction d'observation semble différent de tout autre; chaque région du ciel a à peu près le même contenu. L'Univers est également baigné dans un très isotrope micro-ondes un rayonnement qui correspond à un équilibre thermique spectre de corps noir d'environ 2.725 kelvin . L'hypothèse que l'Univers à grande échelle est homogène et isotrope est connu comme le principe cosmologique, qui est soutenu par des observations astronomiques .
L'ensemble présente la densité de l'Univers est très faible, environ 9,9 × 10 -30 grammes par centimètre cube. Cette masse-énergie semble se composer de 73% l'énergie sombre, 23% matière noire froide et 4% la matière ordinaire. Ainsi, la densité d'atomes est de l'ordre d'un seul atome d'hydrogène de tous les quatre mètres cubes de volume. Les propriétés de l'énergie noire et matière noire sont largement inconnues. La matière noire gravite que la matière ordinaire, et donc fonctionne à ralentir la expansion de l'Univers; en revanche, l'énergie sombre accélère son expansion.
Le estimation actuelle de l' âge de l'Univers est âgé de 13,772 ± 0,059 milliards années. Des estimations indépendantes (basées sur des mesures telles que datation radioactive) d'accord au 13-15 milliards d'années. L'univers n'a pas été le même à tous les moments de son histoire; par exemple, les populations relatives des quasars et galaxies ont changé et espace lui-même semble avoir élargi. Cette expansion représente pour combien de scientifiques liés à la terre peuvent observer la lumière d'une galaxie 30000000000 années-lumière, même si la lumière a voyagé pour seulement 13000000000 années; l'espace même entre eux a été élargi. Cette expansion est cohérent avec l'observation que la lumière des galaxies lointaines a été décalée vers le rouge ; les photons émis ont été étirés à plus longueurs d'onde et inférieure fréquence pendant leur voyage. Le taux de cette expansion spatiale est accélération, basé sur des études de Supernovae de type Ia et corroborés par d'autres données.
Le fractions relatives des différents éléments chimiques - en particulier les atomes plus légers tels que l'hydrogène , le deutérium et l'hélium - semblent être identiques dans tout l'Univers et tout au long de son histoire observable. L'univers semble avoir beaucoup plus question que antimatière, une asymétrie possiblement liés à des observations de La violation de CP. L'univers semble avoir aucun filet charge électrique , et donc la gravité semble être l'interaction dominante sur des échelles de longueur cosmologiques. L'univers semble aussi avoir ni net l'élan ni le moment angulaire . L'absence de charge nette et l'élan suivrait des lois physiques reconnus ( la loi de Gauss et la non-divergence de la stress énergie-impulsion pseudotensoriel, respectivement), si l'Univers était fini.


L'univers semble avoir une surface lisse continuum espace-temps composé de trois spatial dimensions et une temporelle ( le temps ) dimension. En moyenne, espace est observée pour être à peu près plat (près de zéro courbure), ce qui signifie que la géométrie euclidienne est vrai expérimentalement avec une grande précision dans la plupart de l'Univers. Spacetime semble également avoir un simplement connexe topologie , au moins sur la longueur échelle de l'Univers observable. Cependant, les observations actuelles ne peuvent pas exclure les possibilités que l'Univers a plusieurs dimensions et que son espace-temps peuvent avoir une topologie globale multiconnexe, en analogie avec le cylindrique ou topologies toriques de deux dimensions espaces.
L'univers semble se comporter d'une manière qui suit régulièrement un ensemble de lois physiques et les constantes physiques. Selon le règne Modèle Standard de la physique, toute matière est composée de trois générations de leptons et les quarks , qui sont tous deux fermions. Ces particules élémentaires interagissent via au plus trois interactions fondamentales: la l'interaction électrofaible qui comprend l'électromagnétisme et de la force nucléaire faible; la force nucléaire forte décrite par chromodynamique quantique; et la gravité , ce qui est le mieux décrit à l'heure actuelle par la relativité générale . Les deux premières interactions peuvent être décrits par renormalisée théorie des champs , et sont médiés par bosons de jauge qui correspondent à un type particulier de évaluer symétrie. Une théorie quantique des champs renormalisée de la relativité générale n'a pas encore été atteint, bien que diverses formes de la théorie des cordes semblent prometteurs. La théorie de la relativité restreinte est censé tenir dans tout l'Univers, à condition que les échelles spatiales et temporelles de longueur sont suffisamment court; autrement, la théorie plus générale de la relativité générale doit être appliquée. Il n'y a aucune explication pour les valeurs particulières qui constantes physiques semblent avoir tout au long de notre Univers, comme H constante de Planck ou la G constante gravitationnelle. Plusieurs les lois de conservation ont été identifiés, tels que la conservation de la charge, l'élan , le moment angulaire et l'énergie; dans de nombreux cas, ces lois de conservation peuvent être liées à des symétries ou identités mathématiques.
Réglage fin
Il semble que la plupart des propriétés de l'Univers ont une valeur particulière en ce sens que dans un univers où ces propriétés ne diffèrent que légèrement ne serait pas en mesure de soutenir la vie intelligente. Pas tous les scientifiques conviennent que la présente peaufinage existe. En particulier, on ne sait pas dans quelles conditions la vie intelligente pourrait former et quelle forme ou la forme qui tiendrait. Une observation pertinente dans ce débat, ce est que pour un observateur d'exister à observer réglage fin, l'Univers doit être capable de supporter la vie intelligente. En tant que tel le probabilité conditionnelle d'observer un univers qui est affiné pour soutenir la vie intelligente est 1. Cette observation est connu comme le principe anthropique et est particulièrement important si la création de l'Univers était probabiliste ou si plusieurs univers avec une variété de propriétés existent (voir ci-dessous ).
Les modèles historiques
De nombreux modèles du cosmos (cosmologies) et son origine (cosmogonies) ont été proposées, sur la base des données et des conceptions de l'Univers alors disponibles. Historiquement, cosmologies et cosmogonies étaient fondées sur des récits de dieux agissant de diverses manières. Les théories d'un univers impersonnel régies par des lois physiques ont d'abord été proposés par les Grecs et les Indiens. Au cours des siècles, l'amélioration des observations et théories du mouvement et de la gravitation astronomiques ont conduit à des descriptions de plus en plus précises de l'Univers. L'ère moderne de la cosmologie a commencé avec d'Albert Einstein 1915 la théorie de la relativité générale , qui a permis de prédire quantitativement l'origine, l'évolution, et la conclusion de l'Univers dans son ensemble. Plus moderne, les théories acceptées de la cosmologie sont basées sur la relativité générale et, plus spécifiquement, le prédit Big Bang ; cependant, encore des mesures plus minutieuses sont nécessaires pour déterminer quelle théorie est correcte.
Création
De nombreuses cultures ont histoires décrivant l'origine du monde, qui peut être plus ou moins regroupés en types communs. Dans un type d'histoire, le monde est né d'une oeuf du monde; ces histoires sont les Finlandais poème épique Kalevala, le chinois histoire de Pangu ou l' indienne Brahmanda Purana. Dans les histoires connexes, l'idée de création est causée par une seule entité émanant ou produire quelque chose par lui-même ou elle-même, comme dans le Bouddhisme tibétain concept de Adi-Bouddha, le grec ancien histoire de Gaia (la Terre Mère), le Déesse aztèque Mythe Coatlicue, le Egypte ancienne dieu Histoire Atoum, ou Genesis création narrative. Dans un autre type d'histoire, le monde est créé à partir de l'union des divinités mâles et femelles, comme dans le Histoire des Maoris Rangi et Papa. En d'autres histoires, l'univers est créé par l'artisanat à partir de matériaux pré-existants, tels que le cadavre d'un dieu mort - à partir de Tiamat dans le Épopée babylonienne Enuma Elish ou du géant Ymir dans la mythologie nordique - ou de matières chaotiques, comme dans Izanagi et Izanami dans La mythologie japonaise. En d'autres histoires, l'Univers émane de principes fondamentaux, tels que Brahman et Prakrti, le mythe de la création de la Sérères, ou yin et le yang de la Tao.
Modèles philosophiques
De la 6e siècle avant notre ère, le philosophes présocratiques grecs ont élaboré les premiers modèles philosophiques connus de l'Univers. Les premiers philosophes grecs ont noté que les apparences peuvent être trompeuses, et ont cherché à comprendre la réalité sous-jacente derrière les apparences. En particulier, ils ont noté la capacité de la matière à changer de forme (par exemple, de la glace à l'eau à la vapeur) et plusieurs philosophes proposé que tous les apparemment différents matériaux du monde sont différentes formes d'une seule matière primordiale, ou Arche. Le premier à le faire était Thales , qui a proposé ce matériel est Eau. Thales de l'étudiant, Anaximandre, a proposé que tout venait de l'illimité Apeiron. Anaximène proposé Air en raison de ses qualités attractives et répulsives perçus qui causent l'arche de condenser ou se dissocier en différentes formes. Anaxagore, a proposé le principe de Nous (l'esprit). Héraclite proposé feu (et parlé de logos). Empédocle proposé les éléments: la terre, l'eau, l'air et le feu. Sa théorie à quatre éléments est devenu très populaire. Comme Pythagore , Platon croyait que toutes choses ont été composées de nombre , avec les éléments de l'Empédocle prenant la forme des solides de Platon . Démocrite, et plus tard philosophes notamment Leucippe-proposé que l'Univers était composé de indivisibles atomes se déplaçant à travers void ( vide). Aristote ne croyait pas que était possible parce que l'air, comme l'eau, des offres résistance au mouvement. Air immédiatement précipiter pour combler un vide, et d'ailleurs, sans résistance, ce serait faire indéfiniment rapide.
Bien que Héraclite a plaidé pour le changement éternel, son quasi-contemporain Parménide a fait la suggestion radicale que tout changement est une illusion, que la vraie réalité sous-jacente est éternellement immuable et d'une seule nature. Parménide noté cette réalité que τὸ ἐν (La Une). La théorie de Parménide semblait invraisemblable de nombreux Grecs, mais son élève Zénon d'Elée les défia avec plusieurs célèbres paradoxes. Aristote a répondu à ces paradoxes en développant la notion de l'infini dénombrable potentiel, ainsi que le continuum infiniment divisible. Contrairement aux cycles éternels et immuables de temps, il croyait que le monde a été délimitée par les sphères célestes, et donc de magnitude ne était fini multiplicatif.
Le Philosophe indien Kanada, fondateur de la École Vaisheshika, développé une théorie de atomisme et a proposé que la lumière et la chaleur étaient variétés de la même substance. Dans le 5ème siècle après JC, le Bouddhiste atomiste philosophe Dignaga proposé atomes être le point de taille, durationless, et a fait de l'énergie. Ils ont nié l'existence de la matière substantielle et a proposé que le mouvement se composait d'éclairs momentanés d'un flux d'énergie.
La théorie de la finitisme temporelle a été inspiré par la doctrine de la création partagée par les trois Religions abrahamiques: le judaïsme , le christianisme et l'islam . Le Philosophe chrétien, John Philopon, a présenté les arguments philosophiques contre l'ancienne notion grecque d'un passé et l'avenir infini. Les arguments de Philopon contre un passé infini ont été utilisés par le philosophe musulman début, Al-Kindi (Alkindus); la Philosophe juif, Saadia Gaon (Saadia ben Joseph); et le Théologien musulman, Al-Ghazali (Algazel). Empruntant à la physique et la métaphysique d'Aristote, ils ont employé deux arguments logiques contre un passé infini, le premier étant le "argument de l'impossibilité de l'existence d'un infini actuel", qui stipule:
- "Un infini actuel ne peut pas exister."
- "Une régression temporelle infinie d'événements est un infini actuel."
- "
Une régression temporelle infinie d'événements ne peut pas exister. "
Le deuxième argument, «l'argument de l'impossibilité de remplir un infini actuel par addition successive", déclare:
- "Un infini actuel ne peut pas être complétée par addition successive."
- "La série temporelle des événements passés a été complété par addition successive."
- "
La série temporelle des événements passés ne peut pas être un infini actuel. "
Ces deux arguments ont été adoptés par les philosophes et les théologiens chrétiens, et le second argument en particulier sont devenus plus célèbre après avoir été adopté par Emmanuel Kant dans sa thèse de la première antinomie concernant le temps .
Modèles astronomiques


Modèles astronomiques de l'Univers ont été proposées peu après l'astronomie a commencé avec la Astronomes babyloniens, qui ont consulté l'Univers comme un disque plat flottant dans l'océan, et cela constitue la prémisse de cartes grecs comme celles de Anaximandre et Hécatée de Milet.
Plus tard grecs philosophes, observant les mouvements des corps célestes, étaient préoccupés par le développement de modèles de l'Univers base plus profondément sur preuves empiriques. Le premier modèle cohérent a été proposé par Eudoxe de Cnide. Selon interprétation physique d'Aristote du modèle, sphères célestes éternellement tourner avec un mouvement uniforme autour d'une Terre immobile. Normal matière, est entièrement contenue dans la sphère terrestre. Ce modèle a également été affinée par Callippe et après sphères concentriques ont été abandonnés, il a été mis en accord presque parfait avec les observations astronomiques de Ptolémée . Le succès d'un tel modèle est en grande partie dû au fait que toute fonction mathématique (par exemple la position d'une planète) peut être décomposé en un ensemble de fonctions circulaires (la modes de Fourier). D'autres scientifiques grecs, comme le Philosophe Pythagore Philolaus postulé que dans le centre de l'Univers était un "feu central" autour duquel la Terre , Soleil , Lune et planètes tournaient en mouvement circulaire uniforme. Le Astronome grec Aristarque de Samos a été la première personne connue à proposer un héliocentrique modèle de l'Univers. Bien que le texte original a été perdu, une référence dans Archimède livre The Sand Reckoner décrit Aristarque de théorie héliocentrique. Archimède a écrit: (traduit en anglais)
Vous roi Gelon sont conscients du «univers» est le nom donné par la plupart des astronomes de la sphère dont le centre est le centre de la Terre, tandis que son rayon est égal à la ligne droite entre le centre du Soleil et le centre de la Terre. Ce est le compte commun que vous avez entendu des astronomes. Mais Aristarque a sorti un livre constitué de certaines hypothèses, dans lequel il apparaît, comme une conséquence des hypothèses formulées, que l'Univers est plusieurs fois supérieure à la 'Univers' viens de mentionner. Ses hypothèses sont que les étoiles fixes et le Soleil rester insensible, que la Terre tourne autour du Soleil sur la circonférence d'un cercle, le Soleil couché au milieu de l'orbite, et que la sphère des étoiles fixes, située autour du même centre que le Soleil, est si grande que le cercle dans lequel il suppose la Terre à tourner ours une telle proportion de la distance des étoiles fixes comme le centre des ours sphère à sa surface.
Aristarque croyait ainsi les étoiles pour être très loin, et vu ce que la raison pour laquelle il n'y avait pas de parallaxe visible, ce est, un mouvement observé des étoiles par rapport à l'autre que la Terre tournait autour du Soleil Les étoiles sont en fait beaucoup plus loin que la distance qui a été généralement admis dans les temps anciens, ce est pourquoi parallaxe stellaire est seulement détectable avec des télescopes. Le modèle géocentrique, compatible avec la parallaxe planétaire, était supposé être une explication de la non-observabilité du phénomène parallèle, parallaxe stellaire. Le rejet de la vision héliocentrique était apparemment assez forte, comme le passage suivant de Plutarque suggère (Sur la face apparente de l'Orbe de la Lune):
Cléanthe [un contemporain d'Aristarque et de la tête de la stoïciens] pensaient que ce était le devoir des Grecs d'inculper Aristarque de Samos sur l'accusation d'impiété pour mettre en mouvement l'âtre de l'Univers [ie la terre],. . . en supposant que le ciel de rester au repos et la terre de tourner dans un cercle oblique, alors qu'il tourne, en même temps, autour de son propre axe.
La seule autre astronome de l'antiquité connu par son nom qui a soutenu modèle héliocentrique de Aristarque était Séleucus de Séleucie, Astronome hellénistique qui a vécu un siècle après Aristarque. Selon Plutarque, Séleucus était le premier à prouver le système héliocentrique travers le raisonnement, mais on ne sait pas quels sont les arguments qu'il a utilisé. Les arguments de Séleucos pour une théorie héliocentrique étaient probablement liés au phénomène de marées . Selon Strabon (1.1.9), Séleucus fut le premier à affirmer que les marées sont dues à l'attraction de la Lune, et que la hauteur des marées dépend de la Lune position relative du Soleil Alternativement, il peut avoir prouvé la théorie héliocentrique en déterminant les constantes d'un géométrique modèle pour la théorie héliocentrique et en développant des méthodes pour calculer les positions planétaires en utilisant ce modèle, comme ce que Nicolas Copernic a fait plus tard au 16ème siècle. Au cours de la Moyen-Age , les modèles peuvent héliocentriques ont également été proposés par le Astronome indien, Aryabhata, et par le Astronomes persans, Albumasar et Al-Al-Sijzi.


Le modèle aristotélicienne a été accepté dans le Monde occidental pendant environ deux millénaires, jusqu'à ce que Copernic relancé la théorie Aristarque que les données astronomiques pourraient être expliqués plus plausible si la terre tourne sur son axe et si le soleil a été placé au centre de l'Univers.
" | Au centre repose le soleil. Pour qui placerait cette lampe d'un très beau temple de l'autre ou de meilleur endroit que cette d'où il peut éclairer tout en même temps? | " |
-Nicolaus Copernic, au chapitre 10, une livre de De revolutionibus Orbium Coelestrum (1543) |
Comme l'a noté Copernic lui-même, la suggestion que le tourne la Terre était très vieux, datant au moins de Philolaos (c. 450 BC), Héraclide du Pont (c. 350 BC) et Ecphantos. Environ un siècle avant Copernic, érudit chrétien Nicolas de Cues a également proposé que la Terre tourne sur son axe dans son livre, Le docte ignorance (1440). Aryabhata (476-550), Brahmagupta (598-668), Albumasar et Al-Al-Sijzi, a également proposé que la Terre tourne sur son axe. La première preuves empiriques de la rotation de la Terre sur son axe, en utilisant le phénomène de comètes , a été donné par Tusi (1201-1274) et Ali Qushji (1403-1474).


Cette cosmologie a été acceptée par Isaac Newton , Christiaan Huygens et les scientifiques ultérieures. Edmund Halley (1720) et Jean-Philippe de Cheseaux (1744) ont noté indépendamment que l'hypothèse d'un espace infini rempli de manière uniforme avec des étoiles conduirait à la prédiction que le ciel nocturne serait aussi brillant que le soleil lui-même; Cela est devenu connu comme le paradoxe d'Olbers dans le 19ème siècle. Newton croyait que l'espace infini uniformément rempli avec la matière causerait forces et les instabilités infinies provoquant l'affaire à être écrasés vers l'intérieur sous sa propre gravité. Cette instabilité a été précisé en 1902 par le critère d'instabilité Jeans. Une solution à ces paradoxes est le Charlier Univers, dans lequel la matière est disposée hiérarchiquement (systèmes de corps qui sont eux-mêmes en orbite dans un système plus vaste, en orbite à l'infini ) dans une fractale de telle sorte que l'Univers a une densité globale négligeable; un tel modèle cosmologique avait également été proposé plus tôt en 1761 par Johann Heinrich Lambert. une avance astronomique importante du 18e siècle a été la réalisation par Thomas Wright, Emmanuel Kant et d'autres de nébuleuses.
L'ère moderne dela cosmologie physiquea commencé en 1917, lorsqueAlbert Einsteinabord appliqué sa théorie de la relativité générale pour modéliser la structure et la dynamique de l'Univers.
Les modèles théoriques
Parmi les quatre interactions fondamentales, la gravitation est dominante à des échelles de longueur cosmologiques; ce est, les trois autres forces jouent un rôle non négligeable dans la détermination des structures au niveau des systèmes planétaires, des galaxies et des structures de plus grande envergure. Parce que toute matière et énergie gravitent, les effets de la gravité sont cumulatifs; en revanche, les effets de charges positives et négatives tendent à se annuler les uns les autres, ce qui rend l'électromagnétisme relativement insignifiante sur des échelles de longueur cosmologiques. Les deux autres interactions, la faible et forces nucléaires fortes, diminuent très rapidement avec la distance; leurs effets se limitent principalement à des échelles de longueur sous-atomiques.
La théorie de la relativité générale
La prédominance de la gravitation donnée dans la formation des structures cosmologiques, des prévisions précises du passé et de l'avenir de l'Univers nécessite une théorie précise de la gravitation. La meilleure théorie disponible est Albert Einstein théorie générale de la relativité, qui a passé tous les tests expérimentaux jusqu'ici. Toutefois, en raison des expériences rigoureuses ne ont pas été effectués sur des échelles de longueur cosmologiques, la relativité générale pourrait éventuellement être inexacts. Néanmoins, ses prédictions cosmologiques semblent être cohérent avec les observations, il n'y a donc aucune raison impérieuse d'adopter une autre théorie.
La relativité générale fournit un ensemble de dix équations aux dérivées partielles non linéaires pour la l'espace-temps métrique ( les équations de champ d'Einstein) qui doit être résolu de la distribution de masse-énergie et l'élan à travers l'Univers. Parce que ceux-ci ne sont pas connues en détail exact, modèles cosmologiques ont été sur la base du principe cosmologique, qui stipule que l'Univers est homogène et isotrope. En effet, ce principe affirme que les effets gravitationnels des différentes galaxies qui composent l'Univers sont équivalentes à celles d'une amende de poussière répartis uniformément dans l'univers avec la même densité moyenne. L'hypothèse d'une poussière uniforme, il est facile de résoudre les équations de champ d'Einstein et de prédire le passé et l'avenir de l'Univers sur des échelles de temps cosmologiques.
Les équations de champ d'Einstein comprennent une constante cosmologique ( Λ ), qui correspond à une densité d'énergie de l'espace vide. Selon son signe, la constante cosmologique peut soit lente (négatif Λ ) ou accélérer (positive Λ ) l' expansion de l'Univers. Bien que de nombreux scientifiques, dont Einstein, avaient spéculé que Λ était de zéro, les récentes observations astronomiques de supernovae de type Ia ont détecté une grande quantité de " l'énergie sombre "qui accélère l'expansion de l'Univers. Des études préliminaires suggèrent que cette énergie sombre correspond à un positif Λ , bien que les théories alternatives ne peuvent pas être exclues encore. Russie physicien Zel'dovich suggéré que Λ est une mesure de l' énergie du point zéro associé à particules virtuelles de la théorie quantique des champs , une omniprésente énergie du vide qui existe partout, même dans un espace vide. La preuve d'une telle énergie du point zéro est observée dans l' effet Casimir .
Relativité restreinte et de l'espace-temps


L'univers a au moins trois spatiale et temporelle d'un ( de temps ) dimension. On a longtemps pensé que les dimensions spatiales et temporelles étaient de nature différente et indépendante les uns des autres. Toutefois, selon la théorie de la relativité , les séparations spatiales et temporelles sont interconvertibles (dans certaines limites) en changeant de mouvement.
Pour comprendre cette interconversion, il est utile de considérer l'interconversion analogue de séparations spatiales selon les trois dimensions spatiales. Considérons les deux extrémités d'une tige d'une longueur L . La longueur peut être déterminée à partir des différences dans les trois coordonnées Ax, Ay et Az des deux points d'extrémité dans un référentiel donné
en utilisant le théorème de Pythagore . Dans un cadre de référence en rotation, l'coordonnent différences diffèrent, mais ils donnent la même longueur
Ainsi, les différences coordonnées (Ax, Ay, Az) et (Δξ, Δη, Δζ) ne sont pas intrinsèques à la tige, mais reflètent simplement le cadre de référence utilisé pour le décrire; en revanche, la longueur L est une propriété intrinsèque de la tige. Les différences de coordonnées peuvent être modifiés sans affecter la tige, en tournant son cadre de référence.
L'analogie dans l'espace-temps est appelé l'intervalle entre deux événements; un événement est défini comme un point dans l'espace-temps, une position spécifique dans l'espace et un moment précis dans le temps. L'intervalle de l'espace-temps entre les deux événements est donnée par
où c est la vitesse de la lumière. Selon la relativité , on peut modifier une séparation spatiale et temporelle ( L 1 , Δ t 1 ) dans un autre ( L 2 , Δ t 2 ) en modifiant son cadre de référence, aussi longtemps que la variation de l'intervalle espace-temps maintient s . Un tel changement dans le cadre de référence correspond à l'évolution de son mouvement; dans un cadre mobile, les longueurs et les temps sont différents de leurs homologues dans un cadre de référence fixe. La manière précise dont le coordonner et de différences de temps de changer avec le mouvement est décrit par la transformation de Lorentz.
Résoudre les équations de champ d'Einstein

Les distances entre les galaxies de filature augmentent avec le temps, mais les distances entre les étoiles dans chaque galaxie restent à peu près le même, en raison de leurs interactions gravitationnelles. Cette animation illustre une Friedmann Univers fermé avec zéro Λ constante cosmologique; un tel univers oscille entre une Big Bang et un Big Crunch.
En non-cartésien (non-carré) ou courbe systèmes de coordonnées, le théorème de Pythagore ne tient que sur des échelles de longueur infinitésimales et doit être augmentée avec une plus générale tenseur métrique g μν , qui peut varier d'un endroit à l'autre et qui décrit la géométrie locale dans le notamment le système de coordonnées. Cependant, en supposant que le principe cosmologique que l'Univers est homogène et isotrope partout, à chaque point de l'espace est comme tous les autres points; par conséquent, le tenseur métrique doit être la même partout. Cela conduit à une forme unique pour le tenseur métrique, appelée la métrique de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker
où ( r , θ, φ) correspond à un système de coordonnées sphériques . Cette métrique n'a que deux paramètres indéterminés: une longueur totale échelle R qui peut varier dans le temps, et un indice de courbure k qui ne peut être que 0, 1 ou -1, ce qui correspond à plat la géométrie euclidienne , ou des espaces de positif ou négatif courbure. Dans la cosmologie, la résolution de l'histoire de l'Univers est fait en calculant R en fonction du temps, étant donné k et la valeur de la constante cosmologique Λ , qui est un (petit) paramètre dans les équations d'Einstein. L'équation décrivant comment R varie avec le temps est connu comme l' équation de Friedmann, d'après son inventeur, Alexander Friedmann.
Les solutions pour R (t) dépendent de k et Λ , mais certaines caractéristiques qualitatives de ces solutions sont d'ordre général. D'abord et surtout, l'échelle de longueur R de l'Univers peut rester constante seulement si l'Univers est parfaitement isotrope avec une courbure positive ( k = 1) et a une valeur précise de la densité partout, comme première noté par Albert Einstein . Cependant, cet équilibre est instable et parce que l'Univers est connu pour être homogène sur des échelles plus petites, R doit changer, selon la relativité générale . Lorsque R changements, toutes les distances spatiales dans le changement Univers en tandem; il ya une expansion globale ou de la contraction de l'espace lui-même. Ceci explique l'observation selon laquelle galaxies semblent voler l'autre; l'espace entre eux est l'étirement. L'étirement de l'espace représente aussi le paradoxe apparent que deux galaxies peuvent être de 40 milliards d'années lumière de distance, mais ils ont commencé à partir du même point il ya 13770000000 années et ne bougeaient plus vite que la vitesse de la lumière .
Deuxièmement, toutes les solutions suggèrent qu'il y avait une singularité gravitationnelle dans le passé, lorsque R passe à zéro, et de la matière et de l'énergie est devenu infiniment dense. Il peut sembler que cette conclusion est incertaine car elle est basée sur les hypothèses contestables de parfaite homogénéité et l'isotropie (le principe cosmologique) et que seule l'interaction gravitationnelle est importante. Cependant, la Penrose-Hawking théorèmes de singularité montrent que une singularité doit exister pour des conditions très générales . Ainsi, selon les équations de champ d'Einstein, R a augmenté rapidement à partir, un état dense incroyablement chaude qui existait immédiatement après cette singularité (lorsque R avait un petit, valeur finie); telle est l'essence de la Big Bang modèle de l'Univers. Une idée fausse commune est que le modèle du Big Bang prédit que la matière et l'énergie ont explosé à partir d'un point dans l'espace et le temps; ce qui est faux. Plutôt, l'espace lui-même a été créé dans le Big Bang et imprégné d'une quantité fixe d'énergie et la matière uniformément réparti dans tout; comme dilate l'espace (à savoir R (t) augmente), la densité de cette matière et de l'énergie diminue.
L'espace a pas de frontière - qui est empiriquement plus certaine que toute observation extérieure. Toutefois, cela ne signifie pas que l'espace est infini ... (traduit, d'origine allemande) |
Bernhard Riemann(Habilitationsvortrag, 1854) |
Troisièmement, l'indice de courbure k détermine le signe de la courbure spatiale moyenne de l'espace-temps en moyenne sur des échelles de longueur supérieure à un milliard d'années-lumière. Si k = 1, la courbure est positive et l'Univers a un volume fini. Ces univers sont souvent trouvées comme une sphère tridimensionnelle S 3 incorporé dans un espace à quatre dimensions. Inversement, si k est nul ou négatif, l'univers peut avoir un volume infini, en fonction de son ensemble topologie . Il peut sembler contre-intuitif que l'Univers infini et pourtant infiniment dense pourrait être créée en un seul instant à la Big Bang lorsque R = 0, mais exactement qui est prédit mathématiquement quand k ne correspond pas à 1. A titre de comparaison, un plan infini a courbure infini zone zéro mais, alors un cylindre infini est limité dans une direction et un tore est limité dans les deux. Un univers torique pourrait se comporter comme un Univers normale avec des conditions aux limites périodiques, comme on le voit dans les jeux vidéo "wrap-around" tels que Asteroids ; un voyageur traversant une «frontière» extérieure de l'espace allant vers l'extérieur serait réapparaître instantanément à un autre point sur la limite se déplaçant vers l'intérieur .


Le sort ultime de l'Univers est encore inconnu, car il dépend de façon critique sur l'indice de courbure k et la constante cosmologique Λ . Si l'Univers est suffisamment dense, k est égal à 1, ce qui signifie que sa courbure moyenne est tout à fait positive et de l'Univers finira par se re dans un Big Crunch, peut-être commencer une nouvelle Univers dans un Big Bounce. Inversement, si l'Univers est suffisamment dense, k est égal à 0 ou -1 et de l'Univers va se étendre indéfiniment, se rafraîchir et finalement devenir inhospitalier pour toute la vie, comme les étoiles meurent et toute la matière fusionne dans les trous noirs (le grand gel et de la chaleur la mort de l'Univers). Comme indiqué précédemment, des données récentes suggèrent que la vitesse d'expansion de l'Univers ne diminue pas comme prévu à l'origine, mais de plus en plus; si cela continue indéfiniment, l'univers finira par se déchirer en lambeaux (le Big Rip). Expérimentalement, l'Univers a une densité globale qui est très proche de la valeur critique entre se re et l'expansion éternelle; observations astronomiques plus minutieuses sont nécessaires pour résoudre la question.
Modèle Big Bang
Le modèle du Big Bang qui prévaut représente pour la plupart des observations expérimentales décrites ci-dessus, tels que la corrélation entre la distance et redshift des galaxies, le rapport universel de l'hydrogène: des atomes d'hélium, et l'omniprésent, isotrope rayonnement micro-ondes fond. Comme indiqué plus haut, le décalage spectral provient de l' expansion de l'univers; que l'espace se dilate, la longueur d'onde d'un photon voyager dans l'espace augmente également, ce qui diminue son énergie. Le plus un photon a voyagé, plus l'expansion qu'il a subi; par conséquent, les photons âgés de galaxies plus éloignées sont les plus décalée vers le rouge. Déterminer la corrélation entre la distance et décalage vers le rouge est un problème important dans expérimentale cosmologie physique .


Autres observations expérimentales peuvent être expliqués par la combinaison de l'expansion globale de l'espace avec nucléaire et la physique atomique . Comme élargit l'univers, la densité d'énergie du rayonnement électromagnétique diminue plus rapidement que ne le fait que de la matière , car l'énergie d'un photon avec sa longueur d'onde diminue. Ainsi, bien que la densité d'énergie de l'Univers est désormais dominé par la matière, il a été une fois dominé par rayonnement; poétiquement parlant, tout était lumière . Comme élargi l'Univers, sa densité d'énergie a diminué et il est devenu plus froid; comme il l'a fait, les particules élémentaires de la matière pourraient associer de manière stable dans des combinaisons toujours plus grandes. Ainsi, au début de l'ère dominée par la matière, stables protons et neutrons formés, qui associe alors dans les noyaux atomiques . A ce stade, la matière dans l'Univers était principalement une chaude, dense plasma de négatifs électrons , neutres neutrinos et noyaux positifs. Les réactions nucléaires entre les noyaux ont conduit à l'abondance actuelles des noyaux plus légers, notamment l'hydrogène , le deutérium et l'hélium . Finalement, les électrons et les noyaux combinés pour former des atomes stables, qui sont transparentes à la plupart des longueurs d'onde de rayonnement; à ce stade, le rayonnement découplé de la matière, formant l'omniprésent, fond isotrope du rayonnement de micro-ondes observé aujourd'hui.
Autres observations ne sont pas de répondre définitivement par la physique connue. Selon la théorie dominante, un léger déséquilibre de la matière sur l'antimatière était présente dans la création de l'Univers, ou développé très peu de temps après, peut-être en raison de la violation de CP qui a été observé par les physiciens des particules . Bien que la matière et l'antimatière souvent annihilés un de l'autre, la production de photons , un petit résidu de matière survécu, donnant la présente affaire-dominée Univers. Plusieurs lignes de preuves suggèrent également qu'une rapide de l'inflation cosmique de l'Univers a eu lieu très tôt dans son histoire (environ 10 -35 secondes après sa création). Des observations récentes suggèrent également que la constante cosmologique ( Λ ) est non nul, et que le filet contenu masse-énergie de l'Univers est dominé par une énergie noire et matière noire qui n'a pas été caractérisé scientifiquement. Ils diffèrent par leurs effets gravitationnels. La matière noire gravite que la matière ordinaire ne, et ralentit l'expansion de l'Univers ainsi; en revanche, l'énergie sombre sert à accélérer l'expansion de l'Univers.
Théorie Multiverse


Certaines théories spéculatives ont proposé que cet Univers est mais d'un ensemble d'univers déconnectés, collectivement désignés par le multivers, définitions difficiles ou améliorant plus limitées de l'Univers. Les théories scientifiques multiverse sont distincts des concepts tels que les plans de remplacement de la conscience et réalité simulée, bien que l'idée d'une plus grande Univers est pas nouveau; par exemple, l'évêque Étienne Tempier de Paris a statué en 1277 que Dieu pouvait créer autant d'univers comme il l'entendait, une question qui a été vivement débattue par les théologiens français.
La forme ou la géométrie de l'Univers comprend à la fois la géométrie locale dans l' Univers observable et géométrie globale, que nous pouvons ou ne pas être capable de mesurer. Forme peut se référer à la courbure et topologie . Plus formellement, le sujet dans la pratique enquête qui 3-variété correspond à la section spatiale dans comobile coordonnées du-quatre dimensions d'espace-temps de l'Univers. Les cosmologistes fonctionnent normalement avec une donnée tranche semblable à l'espace de l'espace-temps appelé comobiles coordonnées. En termes d'observation, la section de l'espace-temps qui peut être observée est l'arrière cône de lumière (points au sein de l' horizon de lumière cosmique , étant donné le temps de parvenir à un observateur donné). Si l'Univers observable est plus petit que l'Univers tout entier (dans certains modèles, il est de plusieurs ordres de grandeur plus faible), on ne peut pas déterminer la structure globale par l'observation: on est limité à un petit patch.
Parmi les Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) modèles, la forme actuellement la plus populaire de l'Univers trouvé pour ajuster les données d'observation selon les cosmologistes est le modèle plat infini, tandis que d'autres modèles de FLRW comprennent l' espace de Poincaré et de la corne Picard. Les données ajustées par ces modèles de FLRW de l'espace comprennent en particulier le Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) cartes de rayonnement de fond cosmique. NASA a publié les premières données WMAP de rayonnement cosmique de fond en Février 2003. En 2009, l' observatoire Planck a été lancé pour observer le fond de micro-ondes à plus haute résolution que WMAP, peut-être fournir plus d'informations sur la forme de l'Univers. Les données devraient être publiés au début de 2013.