Horizons et structure causale

L'âge fini et l'expansion de l'univers limitent la distance que la lumière a pu parcourir, créant des horizons cosmologiques qui délimitent les régions pouvant avoir influencé ou été vues par un observateur.

Definition

Un horizon cosmologique est une limite au contact causal dans un univers en expansion : l'horizon des particules est la distance maximale à partir de laquelle la lumière a pu atteindre un observateur depuis le début, tandis que l'horizon des événements est la distance maximale aux événements dont la lumière atteindra un jour l'observateur dans le futur.

Scope

Ce sujet couvre l'horizon des particules, la limite de l'univers observable définie par la distance parcourue par la lumière depuis le début, l'horizon des événements cosmiques qui limite les événements que nous pourrons jamais observer dans un univers en accélération, le rayon de Hubble, la structure causale des espaces-temps de Robertson-Walker en expansion, et le problème de l'horizon qui a motivé l'inflation cosmique.

Core questions

• Qu'est-ce qui détermine la taille de l'univers observable à un moment donné ?
• En quoi les horizons des particules et des événements diffèrent-ils ?
• Pourquoi l'uniformité du fond diffus cosmologique pose-t-elle un problème d'horizon ?

Key concepts

• Horizon des particules
• Horizon des événements
• Rayon de Hubble
• Univers observable
• Contact causal
• Problème de l'horizon

Key theories

Horizons des particules et des événements

L'intégration du chemin de la lumière sur l'histoire de l'expansion définit l'horizon des particules, la limite de l'univers actuellement observable, et, dans un univers en accélération, un horizon des événements au-delà duquel les événements futurs ne pourront jamais être vus, tous deux finis en raison de l'âge et de l'expansion finis.

Problème de l'horizon

Des régions du ciel séparées par plus que l'horizon des particules au moment de la recombinaison n'auraient pas pu échanger de signaux, pourtant le fond diffus cosmologique est uniforme à travers elles, une énigme que l'inflation cosmique a été introduite pour résoudre.

Clinical relevance

Les horizons définissent ce que la cosmologie peut observer et posent des énigmes profondes : l'horizon des particules délimite l'univers observable utilisé dans toutes les mesures cosmologiques, tandis que le problème de l'horizon et le problème de la platitude qui lui est lié sont les principales motivations du paradigme inflationnaire du tout début de l'univers.

History

Rindler a clarifié et nommé les différents horizons cosmologiques en 1956 ; le problème de l'horizon qu'ils ont mis en évidence, à savoir pourquoi des régions causalement déconnectées partagent la même température, est devenu une motivation centrale lorsque Guth a proposé l'inflation cosmique en 1981 pour donner à ces régions un passé causal commun.

Key figures

• Wolfgang Rindler
• Alan Guth
• Georges Lemaitre

Seminal works

• rindler1956
• weinberg2008

Frequently asked questions

L'univers observable est-il identique à l'univers entier ?

Non. L'univers observable est délimité par l'horizon des particules, la distance la plus éloignée que la lumière a pu parcourir jusqu'à nous ; l'univers s'étend presque certainement bien au-delà, et peut être infini, mais ces régions nous sont causalement inaccessibles jusqu'à présent.

Qu'est-ce que le problème de l'horizon et comment l'inflation y remédie-t-elle ?

Des parties du ciel largement séparées ont la même température bien qu'elles n'aient jamais été en contact causal dans le cadre de l'expansion standard ; l'inflation propose une brève époque précoce d'expansion accélérée qui a mis ces régions en contact causal auparavant, expliquant leur uniformité.