Mise à jour le 18 Janvier 2011
                                                                                                                                                    
     
CONFÉRENCE de Jean Michel ALIMI
Directeur de Recherche au CNRS,
Dr du Laboratoire Univers et Théories
de l’Observatoire de Paris-Meudon, LUTh,
"DISCUSSION CRITIQUE AUTOUR DES PRINCIPES FONDAMENTAUX
DE LA COSMOLOGIE MODERNE"
Organisée par la SAF
Dans ses locaux, 3 rue Beethoven, Paris XVI
 
Le Samedi 15 Janvier à 15H00
à l'occasion de la réunion de la Commission de Cosmologie.
 
Photos : JPM pour l'ambiance. (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos si nécessaire
(JM Alimi a eu la gentillesse de nous donner sa présentation complète (en pdf) elle est disponible sur le site de la SAF et également disponible sur ma liaison ftp au téléchargement et s'appelle. SAF_ALIMI.pdf. elle est dans le dossier COSMOLOGIE SAF de la saison 2010-2011, ).
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
Pour info les actualités cosmo présentées ce jour là sont aussi disponibles sur le site de la commission.
 
 
 
BREF COMPTE RENDU
CR succinct étant donné que la présentation de l’auteur est disponible en ligne.
 
Encore une salle bien remplie, pour un sujet passionnant !
 
 
 
 
Cette conférence est sous titrée : « Vers un nouveau paradigme cosmologique ».
 
 
Le plan de la présentation :
·        Les principes fondamentaux de la cosmologie et le modèle de concordance.
·        L’énergie noire.
·        Nature de l’énergie noire.
·        Avons-nous les moyens de conclure ?
·        Conclusions.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LES PRINCIPES COSMOLOGIQUES FONDAMENTAUX.
 
 
Le principe de covariance généralisée (ou principe de relativité, les lois physiques sont les mêmes dans tous les référentiels).
 
En mécanique classique, c’est le principe de Galilée qui prévaut, il établit le lien entre deux référentiels en mouvement uniforme l’un par rapport à l’autre.
 
En relativité restreinte (RR), les transformations de Lorentz laissent invariant le temps propre de Minkowski.
 
En relativité générales (RG), les équations préservent leur forme sous une transformation générale des coordonnées.
Invariance par difféomorphisme
 
 
Le principe d’équivalence.
 
Il établit l'égalité entre masse inertielle (résistance au mouvement, celle de F= M Γ) et la masse "grave" (interaction gravitationnelle, celle de F = k MM'/d2).
 
Dans notre monde ces deux masses sont égales.
 
Cette égalité a été vérifiée à 10-12 près !! On espère pouvoir la vérifier à 10-17 près avec des satellites.
 
On définit aussi :
 
·        Le principe d’équivalence faible (ou principe d’Einstein), de la RR, propriété géométrique de l’espace temps
·        Le principe d’équivalence fort, généralise le principe d'Einstein ; localement, les effets d'un champ gravitationnel sur toute expérience, même portant sur la gravitation sont identiques aux effets d'une accélération du référentiel de l'observateur
 
 
 
 
Ces deux principes fondent la Relativité Générale.
 
La RG établit une relation entre la géométrie de l’espace et son contenu énergétique. Il montre aussi qu’il y a eu un Big Bang.
 
Ces principes fondamentaux correspondent à ce que l’on appelle le modèle de concordance de la physique.
 
Ce modèle établit le contenu énergétique de l’Univers aujourd’hui, ce contenu est essentiellement invisible :
·        70% énergie noire, nécessaire pour expliquer l’accélération de l’expansion
·        25% matière noire ; nécessaire à la stabilité de la structure de l’Univers.
·        5% les planètes, nous, les étoiles, H He.
 
 
 
 
 
 
 
L’ÉNERGIE NOIRE.
 
 
Des faits observationnels indubitables sur la distance des Super Nova Ia (les fameuses chandelles standard), montrent qu’elles ne sont pas à la bonne place ; elles paraissent moins brillantes que prévu, principalement les plus lointaines.
 
On pense donc qu’elles sont plus loin, donc que l’expansion de l’Univers s’accélère.
 
On le démontre avec cette étude où les SN sont marquées sur ce graphe.
 
La courbe jaune correspondrait à un univers sans énergie noire, alors que les SN (en rouge) ne se positionne pas sur cette courbe mais au dessus.
 
Il existe donc bien une énergie noire accélérant l’expansion.
 
 
 
 
 
 
 
 
De même l’analyse du CMB, nous conduit aux mêmes résultats et en plus donne des indications sur la « platitude » de l’Univers.
 
L’Univers serait bien « plat » au sens géométrique du terme.
 
Toutes ces mesures et informations se recoupent sur la courbe du modèle de concordance que l’on peut voir ici.
En vertical : Oméga lambda, paramètre lié à l’énergie noire, en horizontal Oméga matière, lié à la matière.
 
Le croisement des différentes méthodes confirment la composition précédente de l’Univers, d’où le succès du modèle.
 
 
 
LA NATURE DE L’ÉNERGIE NOIRE.
 
3 options s’offrent à nous concernant la nature de l’énergie noire, comme indiqué sur cette diapo.
 
La première : introduire une constante cosmologique. Ce qu’avait fait Einstein, en voulant satisfaire le principe de Mach (les lois de la physique sont indépendantes de tout mouvement général de l'observateur). Mais que représente cette constante ?
L’Univers serait un fluide de pression négative.
 
Problème : pourquoi cette constante est si petite ?
Autre problème : la coïncidence cosmique : on vit à une époque très particulière, proche de l’équivalence, où la constante cosmologique commence à dominer le contenu en énergie de l’Univers ; c’est bizarre.
 
 
 
 
La deuxième : le statut de l’observateur. L’Univers observé ne serait qu’un domaine d’un « tout Univers ».
 
L’hypothèse du principe cosmologique selon laquelle l’univers est homogène et isotrope (identique en tout point et en un point donné le même dans toutes les directions) est peut-être trop restrictive.
On pourrait imaginer un Univers inhomogène aux grandes échelles, nous serions alors localisés dans un vide gigantesque.
 
Observer c’est moyenner, alors faut-il faire évoluer la moyenne ou moyenner l’évolution ?
La dynamique locale obéit donc aux équations générales d’Einstein et non aux équations d’Einstein une fois simplifiées par l’application du principe cosmologique
Le principe cosmologique faible.
 
On peut alors décrire l’Univers en terme d’inhomogénéités et en introduisant la présence d’un substrat purement géométrique, « le Morphon », pour plus de détails techniques voir cette présentation faite au Luth  à cette occasion.
L’énergie noire serait alors un pur effet géométrique de ce champ Morphon.
 
 
Troisième alternative : une origine géométrico-dynamique de l’accélération de l’Univers.
Au delà du principe d’équivalence.
Il existe de nombreuses théories de la gravitation sans principe d’équivalence fort ; notamment celle de Brans et Dicke de 1961.
La constante de gravitation ne serait pas constante dans le temps.
 
Mais difficulté à expliquer l’accélération de l’expansion.
 
Le contenu de l’Univers pourrait être divisé en 3 parties :
·        Une partie gravitationnelle
·        La matière ordinaire (baryons, photons) qui satisfait au principe d’équivalence
·        Une partie supplémentaire, mystérieuse, l’AWE (Abnormally Weighting Energy, ou énergie anormalement pesante) qui viole le principe d’équivalence faible. L'hypothèse AWE permet d'envisager une description unifiée de l'énergie noire et de la matière noire.
 
De nouvelles questions se posent telles que :
·        l’accélération récente de l’expansion est-elle possible ?
·        quelle est cette matière normalement pesante? Mais surtout
·        quelle est cette matière anormalement pesante (AWE) ?
L’Énergie Noire serait un effet induit de la gravité « anormale » de la Matière Noire.
 
 
LES MOYENS DE CONCLURE.
 
 
·        De nombreux modèles théoriques de l’énergie noire sont envisageables.
·        Ils questionnent tous les principes fondamentaux de notre paradigme cosmologique.
·        Ils rendent cependant comptent avec précision des signatures observationnelles de l’existence de l’énergie noire. "
·        Ces signatures concernent “principalement” l’évolution dynamique globale de notre Univers."
·        Nécessité de concevoir des signatures discriminantes entre ces modèles"
·        Elles concerneront les moyens de rendre compte de la structuration de l’Univers "
·        Empreintes de l’énergie noire sur la formation des structures cosmiques. "
 
 
 
CONCLUSION.
 
L'auteur illustre sur 3 modèles les différences engendrées par la présence d'énergie noire sur la structuration de l'Univers. 
Les 3 modèles présentés alors étaient :
·        Le modèle matière noire froide avec constante cosmologique
·        La quintessence
·        La supergravité
Les différences sont réelles. Une telle méthode appliquée à l'ensemble des modèles nous renseignera sur le modèle d'énergie noire le plus réaliste.
 
 
 
Des simulations numériques exceptionnelles nous sont ensuite montrées par JM Alimi.
 
On peut les trouver sur le site dédié au LUTh à ce sujet c’est à dire au consortium DEUS (Dark Energy Universe Simulation Series) à : http://deus.obspm.fr/?page_id=282
 
Explication des vidéos et images.
 
En quelques mots que voit-on ?
On a comparé les trois modèles listés précédemment.
Ils ont des couleurs différentes : premier en rouge, deuxième en bleu et dernier en vert.
 
 
On les fait évoluer depuis l’origine, au début le mélange des trois couleurs donne du blanc, mais suivant la prépondérance d’un modèle sur l’autre, au cours du temps une couleur prend le dessus sur le blanc.
 
 
 
L’énergie noire, ou plus précisément l’origine de l’accélération cosmique récente de notre Univers pose directement la question des principes fondamentaux de la cosmologie moderne, de la physique moderne.
Sommes-nous à la veille d’une révolution ?
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
La concordance cosmique par l’Observatoire de Paris.
 
Sur la matière anormalement pesante Awe
 
La Relativité Galiléenne
 
H Minkowski, Espace et temps, annales scientifiques de l’ENS (1909).
 
La notion de temps par J Kovalesky.
 
Le mystère de l’énergie noire par l’Observatoire de Paris.
 
Les grands sondages de l’Univers, CR de la conférence d’Olivier Lefèvre à l’IAP.
 
L’Univers sombre traqué par les micros lentilles gravitationnelles, CR de la conférence de Y Mellier à la SAF.
 
Du Big Bang aux planètes, cours de cosmologie (à la portée du plus grand nombre) de l’Observatoire de Paris, à consulter absolument.
 
Particle Physics Models of Quintessence par Jérôme Martin de l’IAP.
 
La géométrie de l’Univers, la métrique de Roberston-Walker par la SAF.
 
Energie noire, qui es-tu ? par Pierre Astier LPNHE/IN2P3.
 
Averaged inhomogeneous cosmologies and accelerated expansion: the morphon field par J Larena séminaire Greco 2007.
 
L’énergie sombre, un effet de la structuration de l’Univers par J Larena LUTH 2007
 
The Cosmology Pages of Thomas Buchert, professeur Centre de Recherche Astrophysique de Lyon
 
La gravitation sous surveillance, par Arte TV.
 
Toward a Unified Description of Dark Energy and Dark Matter from the AWE Hypothesis par A. Füzfa et J-M. Alimi
 
Romain TEYSSIER  : La matière noire et la formation des structures ; CR conf. du 6 Juillet 2009 (projet Horizon)
 
L’Univers de la cosmologie moderne par JM Alimi, CR d’une conférence du séminaire Einstein.
 
 
 
 
 
Bon ciel à tous
 
Jean Pierre Martin  SAF Commission de Cosmologie
www.planetastronomy.com
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