Mise à jour le 7 Juillet 2019
École Internationale
Daniel Chalonge – Hector de Vega
SÉANCE OUVERTE :
NOUVEL UNIVERS,
ÉNERGIE NOIRE
ET NOUVEAUX TROUS NOIRS.
Le 27 Juin 2019 au
Collège d’Espagne Paris 14ème
Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution
peuvent m'être
demandées directement ; toutes les photos
ont été envoyées à l’École et
sont à votre disposition).
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.
Voir les crédits des autres photos.
Certaines présentations originales sont disponibles sur le site
de l’école, je le signalerai à chaque fois.
Colloque organisé régulièrement par Madame
Norma Sanchez, Directrice de
l'École Internationale d'Astrophysique Daniel Chalonge-Hector de Vega. Ce
colloque tombe en plein pic de l’épisode canicule que nous avons subi (40°C) !
École qui a 28 ans d’existence et qui compte 4 Prix Nobel parmi
ses membres.
Vue du collège d’Espagne, Cité Universitaire, bd Jourdan à Paris.
Je m’inspire aussi des CR précédents de l’École Chalonge.
Elle nous présente le
programme de la séance.
Elle va parler de :
·
L'inflation de l'univers primordial compatible
avec les observations du
CMB et des grandes et petites structures.
·
La nature de la matière noire et la théorie de la
formation des structures compatibles avec les observations du CMB et des
structures, y compris les trous noirs.
·
La nature de l’énergie noire compatible avec la
constante cosmologique.
·
Elle va nous communiquer sa vision de l'état de
la recherche sur le sujet, les origines quantiques et des orientations à suivre
théoriques et observationnelles dans une stratégie de découvertes.
·
Le nouvel Univers par N
Sanchez.
·
Idéo-sémantique et physique
quantique par Hélios Jaime.
LE NOUVEL UNIVERS PAR NORMA SANCHEZ.
La présentation complète de N Sanchez est
disponible sur
le site de l’école.
Elle commence par décrire le modèle standard de la cosmologie
actuel :
·
Commence avec l’inflation
·
La gravitation est décrite par la Relativité
Générale d’Einstein et la matière détermine la courbure de l’espace.
·
La matière ordinaire comprend les particules
classiques
·
La matière sombre est le composant fondamental
pour la formation des structures (galaxies…)
·
L’énergie noire est une force répulsive décrite
par la constante cosmologique.
·
Conforme avec les observations.
L’histoire de l’Univers,
c’est l’histoire d’une expansion et d’un refroidissement.
L’inflation produit la plus grande dilatation des distances.
L’Univers évolue de l’état quantique à un état « classique ».
De l’inflation à une ère de rayonnement puis à une ère de
matière, l’ère actuelle.
La Relativité Générale n’est pas complète, la Nature est
quantique !
Les comportements classiques ne seraient que des cas
particuliers.
La gravité classique et donc la Relativité Générale sont des
théories incomplètes et doivent être considérées comme une approximation d’une
théorie plus complète encore à définir.
Norma Sanchez réexplique les cônes de lumière classiques et
quantiques, et introduit les unités de Planck.
Longueur de Planck : 10-35 m : temps de Planck : 10-43
s
L’histoire de l’Univers est complétée par la phase quantique
planckienne et super-planckienne avant l’inflation dans le Modèle Standard de
l’Univers, en accord avec les observations.
On remarquera la valeur de la masse de Planck :
mp = (hc/G)1/2
qui vaut approx 10-5 g ou 10-8 kg. C’est énorme !!
Oui, c’est énorme par rapport aux autres unités de Planck, cela
tient au fait que la constante de la gravité est très faible.
En l’absence d’une théorie quantique complète de la gravité, nous
partons des bases de la physique quantique : la dualité classique-quantique, ou
onde-particule, fondatrice de la théorie quantique.
On y voit les différentes étapes de cette période quantique
primordiale sur la représentation suivante :
La
prochaine mission Euclid devrait nous permettre de confirmer certains aspects de
cette théorie (le Modèle Standard de l’Univers complété par la théorie
quantique) et peut être accéder à la détermination de l’énergie noire à
différentes étapes. Et aussi des variations de la constante de Hubble selon les
différentes époques cosmologiques !
La dualité classique onde-particules sera étendue à la gravité et
au domaine de Planck.
Une nouvelle phase quantique de l’Univers apparait au-delà du
temps de Planck de tp à
10-61 tp alors que l’Univers classique couvre la période
de tp à 10+61 tp.
Longue discussion sur l’au-delà de l’échelle de Planck.
10-61 tp : point
de départ ?
10+61 tp : temps actuel de l’Univers.
La coïncidence entre -60 et +61 n’en est pas une, elle serait due
à la dualité entre quantique et classique.
On remarque une non-commutativité entre l’espace et le temps.
L’espace-temps est quantique !
Les prédictions annonçaient pour les observables suivantes ns
(index spectral) et r (rapport tenseur/scalaire) :
ns = 0,9608 et r approx 0,04
Les expériences WMAP et Planck ont aussi confirmé la non
gaussianité primordiale négligeable, c’était l’objectif principal de la mission Planck. En
effet la grande question est de savoir si ces fluctuations primordiales
obéissent à une loi de Gauss. (Distribution gaussienne).
Les résultats des mesures indiquent que les fluctuations sont
bien gaussiennes et que cela confirme la théorie de l’inflation.
Explications sur ns et r :
Le rapport tenseur-scalaire « r », est lié aux amplitudes
primordiales des fluctuations de densité de matière qui ont dû générer des ondes
gravitationnelles. Ce paramètre est directement lié à la puissance de la période
inflationnaire. Il est lié à la formation des étoiles et galaxies à partir des
germes des anisotropies du CMB.
Ce facteur r (tensor to scalar ratio en anglais) c’est le
rapport des ondes gravitationnelles à la densité des fluctuations de l’Univers.
C’est le plus important facteur concernant la polarisation.
Planck l’a déterminé, le rapport tenseur/scalaire r < 0,08
Le paramètre « ns » ou index spectral, a aussi été déterminé
par Planck, il vaut 0,96.
Le spectre de puissance est déterminé par deux nombres : l'un
décrit l'amplitude typique des fluctuations de densité d'une taille physique
donnée, l'autre décrit l'amplitude relative des fluctuations de densité entre
deux échelles différentes, ce que l'on appelle indice spectral (spectral index)
des perturbations (ns)
Ce paramètre ns ne vaut pas 1, mais 0,96 +/- 0,0054 et il ne
doit pas être égal à 1 sinon inflation éternelle.
Ce facteur représente la taille des grumeaux à différentes
échelles dans l’Univers primordial ; s’il était égal exactement à 1 (invariance
d’échelle), les grumeaux auraient tous la même taille ; ce qui serait contraire
à la théorie de l’inflation, il fallait en fait que ce facteur soit aux
alentours de 0,96. Planck en apporte la preuve pour la première fois
C’est un résultat fondamental qui confirme encore la
prédiction de l’inflation.
Ce paramètre est comme une empreinte digitale des tout
premiers temps de l’Univers, de l’inflation.
Ces facteurs r comme ns sont importants aussi dans le sens qu’ils
permettent de donner des contraintes sur différents modèles d’Univers, d’en
valider certains et d’en exclure d’autres.
La théorie actuelle du BB impose que le CMB soit un champ
gaussien défini par son spectre de puissance (se comporte comme un corps noir à
2,7K). La gaussianité ou la non gaussianité des fluctuations de température du
CMB permet de contraindre les modèles de formation d’Univers, la non gaussianité
éliminerait la possibilité d’une inflation produite par un seul champ scalaire
(l’inflation est décrite par un
champ scalaire).
Le
problème de la constante cosmologique :
Aujourd’hui, l’Univers est principalement vide, la distance entre
les galaxies est énorme (de l’ordre du Mpc, des millions d’années-lumière !).
99,9% du volume de l’Univers est du…vide, de densité moyenne quelques protons
par m3, de même la densité moyenne des galaxies est très faible comparée à l’air
que l’on respire par exemple.
Ceci implique pour l’énergie noire que l’Univers correspond à un
état de la gravité classique, diluée et de très faible densité, dominé par des
vides et des super vides, confirmés par les observations.
Les valeurs mesurées de la densité du vide et de la constante
cosmologique sont très petites, elles correspondent bien à l’état classique des
vides et super vides observés indépendamment par les études (survey) des grandes
structures de l’Univers avant la découverte de l’énergie noire et N Sanchez fait
le lien entre elles.
Les valeurs de l’énergie du vide et de la constante cosmologique
calculées par la théorie quantique des particules sont énormes, de l’ordre de 10122.
L’énorme divergence avec la valeur de lambda au niveau
cosmologique de la Relativité Générale (10-122) observée aujourd’hui,
définit ce que l’on appelle le problème de la constante cosmologique.
Mais, cet énorme écart correspond précisément à deux états de
vide différents de l’Univers, l’un correspondant à l’Univers actuel (physique
classique) et l’autre à l’Univers très primordial (Planckien et super
Planckien).
La
constante cosmologique et l’entropie/température de l’Univers.
L’entropie gravitationnelle :
S = (AkB)/4
et T = M tp
kB = constante de Boltzmann
L’entropie est grande aujourd’hui car proportionnelle au rayon de
l’Univers.
Il n’y a pas de singularité à l’origine de l’Univers, car nous
sommes dans un Univers de De Sitter (modèle d’Univers vide de matière mais
rempli d’une énergie du vide qui est une force répulsive qui a tendance à
provoquer l’accélération de l’expansion de l’Univers).
On attend beaucoup de la
mission Euclid pour répondre à beaucoup de questions concernant l’énergie
noire notamment.
Elle doit nous aider à mieux déterminer la constante de Hubble H0
.
On sait déjà d’après les observations que H à z = 1,5 vaut approx
3 H0.
Les
nouveaux trous noirs.
Il reste malheureusement très peu de temps pour parler du TN de
M87 dont la photo a été publiée dans la presse et a fait le buzz mondial.
J’en ai parlé dans un astronews :
Trou noir : La première vraie « image » d’un trou noir
supermassif ! (16/04/2019)
Cette image n’ a été rendue possible que grâce à la mise en
réseau de nombreux télescopes radio, ensemble baptisé EHT :
Event Horizon Telescope.
Norma Sanchez avait été interviewée à l’époque par le journal
l’Est Républicain (voir copie ci-contre)
Et comme elle le souligne, le prochain défi est d’aller « voir »
à l’intérieur.
Photo par l’EHT à
droite comparée au relevé de
Chandra en X
POUR ALLER PLUS LOIN :
Why is the Planck mass so
large when compared to other Planck units?
The Planck Mass Particle
Finally Discovered! The True God Particle!
La mission Euclid (mat noire, énergie sombre) :
CR conf IAP de Y Mellier du 7 Avril 2015
L'article de N Sanchez à ce sujet :
New Quantum Phase of the
Universe before Inflation and its Cosmological and Dark Energy Implications
Et aussi :
The
Classical-Quantum Duality of Nature. New Variables for Quantum Gravity
La constante cosmologique, pour le meilleur et pour le pire par André Füzfa
La constante cosmologique, pire prédiction de la physique théorique ? par
Futura Sciences.
La constante cosmologique par F Bernardeau
Émergence de la matière et de l'énergie sombres à partir du vide quantique du
modèle standard par GCT.
Introduction aux modèles cosmologiques de M Lachièze-Rey
Cosmology Perspectives par G Smoot
IDÉO-SÉMANTIQUE ET PHYSIQUE QUANTIQUE PAR HÉLIOS JAIME.
Helios Jaime, épistémologue de sciences, linguiste, essayiste,
met aussi sa présentation à disposition.
Il évoque les problèmes du langage de la physique quantique.
Plusieurs exemples sont décrits (voir texte)
Les mots contiennent en eux-mêmes des sens différents.
Extraits :
L’une des problématiques fondamentales posées par la physique
quantique est celle de la transmission de ses principes au langage de la
physique dite classique. Une autre est le questionnement de son aptitude à
établir des correspondances avec les langues. Certes, les conceptions de cette
physique peuvent être énoncées par le langage mathématique mais étant donné les
difficultés pour les exprimer dans les langues proprement dites, ses théoriciens
fondateurs, Niels Bohr, Heisenberg, entre autres, pensent que le seul langage
possible pour la physique quantique n’est que le langage mathématique.
La plupart de la terminologie scientifique procède du grec. Le
terme composé idéo-sémantique qui désigne ma théorie continue cette tradition
linguistique. Il est basé sur l’infinitif aoriste
idein
(idein) du verbe ‘orάw
(horaô) observer pour connaître, qui est à origine du mot idée, et du terme
sémantique, qui est également tiré du grec, du nom
shma
(sêma) qui désigne la pensée. Ainsi, l’idéo-sémantique étudie les processus
psychiques qui configurent la pensée et se manifestent dans les systèmes
linguistiques mis en relation avec les divers processus cognitifs et les
procédés créatifs.
Et un dernier extrait concernant le principe d’incertitude :
Il est intéressant d’observer que l’appellation de principe
d’incertitude est due à une démarche idéo-sémantique. L’article dans lequel
Heisenberg expose ce principe a été écrit en allemand. Le premier terme qu’il
emploie pour le désigner est, Unsicherheit qui signifie incertitude. Mais, plus
tard il cherche un mot qui pourrait être plus approprié à sa pensée. Il trouve
Ungenauigkeit, c’est-à-dire, imprécision et, finalement, il décide d’employer le
nom Unbestimmtheit qui a le sens d’indétermination. Or, comme la première
version de l’article avait été déjà traduite en anglais, c'est le mot
Unsichercheit, incertitude, qui a fini par désigner ce principe dont la formule
est:
Δx × Δp ≥ h/2π où h/2p
est une valeur constante
Quelques exemples en russe suivent aussi.
Bref à lire en détail sur le site.
Comme toujours Norma Sanchez sait faire plaisir à ses invités
avec un excellent buffet.
Le Chef Espagnol nous a fait goûter à ses fameuses spécialités.
À la prochaine !
Bon ciel à tous
Jean Pierre
Martin SAF Président de la Commission de Cosmologie
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