Avancées de la cosmologie

[jackbauer 2 13 828]

Inutile de vous taper dessus !
L'avantage de notre époque c'est que la cosmologie bénéficie de moyen observationnels toujours plus puissants pour éclairer nos lanternes.
La NASA vient d'annoncer que, grâce à SPITZER, la constante de Hubble venait d'être calculée avec une bien meilleure précision que le HST : http://www.nasa.gov/mission_pages/spitzer/news/spitzer20121003.html

Et l'année prochaine c'est les données de PLANCK qui devraient donner lieu à des avancées (ou pas)dans la compréhension des origines de notre univers...

[jldauvergne 15 148]

J'ai une question pour DG2, si l'Axion ou le Wimp existent, est ce que l'on serait pour autant capable d'expliquer leur répartition très différente de celle de la matière baryonique ?
Dans le Système solaire on ne détecte pas de matière noire, est ce que c'est un problème de sensibilité des expérience ?

[ChiCyg 0]

dg2 :

quote:

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Un des problèmes qui transparaît ici est que vous interprétez un peu hâtivement ce que vous avez lu ici et là en essayant de leur donner un sens qui ne correspond guère à la réalité historique que vous connaissez mal (ce n'est pas une attaque personnelle, hein).

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Je ne comprends pas votre entêtement à nier l'évidence, je pense que vous aurez de la peine à contester la prose de Jean-Philippe Uzan (dont vous conseillez l'ouvrage et que je pense, vous connaissez ). C'est là : http://www.arte.tv/fr/que-cache-la-constante-cosmologique/856880,CmC=856874.html

quote:

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En 1917, Albert Einstein travaille à la construction du premier modèle cosmologique dans le cadre de la relativité générale. Comme la plupart de ses contemporains, il est persuadé que l’Univers est statique. Afin de construire une solution représentant un Univers immuable et éternel, le physicien doit introduire dans les équations de la jeune théorie un terme supplémentaire constant, le seul permis, nommé constante cosmologique. Dans la décennie suivante, les observations cosmologiques prouvent que l’Univers est en expansion. La constante perd alors sa raison d’être originelle et laisse la place à des modèles d’univers dynamiques, tels que les prévoit naturellement la relativité générale.

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En clair, si on n'ajoute pas un paramètre ad hoc, la constante cosmologique, le modèle d'univers, qu'on voudrait statique, ne peut que s'effondrer. Jean-Philippe Uzan eut pu ajouter que, même dans ce cas, Einstein obtient un univers statique mais métastable : la moindre perturbation le fait basculer vers l'expansion ou la contraction, c'est un univers en équilibre sur la pointe de la béquille si j'ose cette comparaison ... on comprend qu'Einstein ait pu mal juger son choix un peu hâtif ...

quote:

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Pour autant, l’intrigant paramètre refait surface périodiquement quand il s’agit d’ajuster la théorie aux observations cosmologiques. Récemment, il a fait un retour en force, quand les astrophysiciens ont constaté que l’expansion de notre Univers serait accélérée. En effet, la constante cosmologique agit comme une matière dont le champ de gravitation serait répulsif et qui pourrait par conséquent rendre compte de cette accélération.

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Ecrivais-je autre chose ?

quote:

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Nous verrons que le débat a rebondi quand les physiciens se sont aperçus que le vide quantique se comporte comme une constante cosmologique, mais que la densité d’énergie du vide estimée par la mécanique quantique et celle associée à la constante cosmologique diffèrent de 120 ordres de grandeur. Depuis, ce constat motive les questions sur la valeur de la densité du vide, sur la nature de la constante cosmologique et sur les causes de l’accélération de l’expansion de l’Univers. Les développements de la cosmologie et de la physique des particules ont ainsi fait de ce paramètre à la signification ambiguë des nœuds de la physique théorique actuelle.

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Je vous l'accorde son propos, dans la forme, est plus nuancé que le mien, mais je ne vois guère de différence sur le fond ...

PascalD, tu me copieras 20 fois le texte du Pr Uzan pour que tu n’interprètes pas trop hâtivement ce que tu as lu ici et là en essayant de donner un sens qui ne correspond guère à la réalité .

[PascalD 4 385]

ChiCyg, tu me copieras 20 (vingt) fois le texte du Pr Uzan , qui confirme bien que tu mélanges tout :

quote:

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Afin de construire une solution représentant un Univers immuable et éternel, le physicien doit introduire dans les équations de la jeune théorie un terme supplémentaire constant, le seul permis, nommé constante cosmologique

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En clair, la modification a lieu dans la théorie, pas dans le modèle.

Faisons une petite expérience de pensée : Imaginons qu' en cosmologie, une fois bien tout mesuré, pour que le modèle fonctionne il faille affecter à la constante cosmologique une valeurs gigantesque.

Et bien cette constante cosmologique aurait conduit à des solutions fausses pour les satellites GPS, le périhélie de mercure, la déviation de la lumière à proximité d'un corps massif. Parce que cette constante est ajoutée dans la théorie. Pas dans le modèle. Si elle avait été ajoutée dans le modèle, seul le modèle en question aurait été affecté.

Tu vois l' idée ? Tu comprends la nuance ?

[ChiCyg 0]

PascalD,
J'ai pris soin que tu ne puisses, cette fois, m'accuser de mauvaise foi : stigmatisé par Maître dg2 , je me suis fébrilement jeté dans le Filet et j'en ai tiré non pas un texte des B&B, ni de B-B , ni de C.M. , encore moins d'un obscur auteur ChiCygnesque, mais bien d'un auteur mainstreamesque, cosmologiste modèle standard pur sucre .

Jean-Philippe Uzan est en effet cosmologiste à l'IAP, auteur avec Patrick Peter de "Cosmologie primordiale" recommandé par dg2, signataire avec Alain Riazuelo d'une virulente critique dont j'avais fait le thème d'une discussion qui a mal tourné "Un autre cosmos".

Incontestable, donc . Tu m'accorderas que ce texte a peu de chance de pencher dans mon sens , pourtant tu me cherches déjà sur une phrase, faudra tenir la longueur, il y en a d'autres

Pour la clarté du débat, je rappelle le premier paragraphe :

quote:

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En 1917, Albert Einstein travaille à la construction du premier modèle cosmologique dans le cadre de la relativité générale. Comme la plupart de ses contemporains, il est persuadé que l’Univers est statique. Afin de construire une solution représentant un Univers immuable et éternel, le physicien doit introduire dans les équations de la jeune théorie un terme supplémentaire constant, le seul permis, nommé constante cosmologique. Dans la décennie suivante, les observations cosmologiques prouvent que l’Univers est en expansion. La constante perd alors sa raison d’être originelle et laisse la place à des modèles d’univers dynamiques, tels que les prévoit naturellement la relativité générale.

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Oui ou non, Einstein a introduit ce terme un an après la publication de la Relativité Générale pour justifier un univers statique tel qu'il se l'imaginait ?

Oui ou non, cet ajout ne conduit pas à un univers statique mais à un univers métastable, en équilibre instable entre contraction et expansion ?

Oui ou non, Einstein a-t-il retiré cet ajout dès qu'Hubble a montré un univers en expansion ?

Oui ou non, a-t-il considéré tout le reste de sa vie que c'était là sa plus grosse faute ?

Oui ou non, peut-on considérer que cette constante cosmologique fait partie de la théorie d'Einstein ?

quote:

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En clair, la modification a lieu dans la théorie, pas dans le modèle.
[...] Tu vois l' idée ? Tu comprends la nuance ?

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Je vois bien, même que la nuance me paraît pas très nuancée

Donc, il y a une théorie de la Relativité Générale pour univers dynamique, une pour univers statique, une autre encore pour univers en expansion accélérée. C'est plus la théorie de la Relativité Générale, ce sont les théories des Relativités Particulières .

Tu m'accorderas que ça perd "un peu" du pouvoir prédictif s'il faut changer de théorie chaque fois qu'un gugusse croit mesurer une supernova un peu plus loin ou plus près que prévu

[Bruno- 3 987]

quote:

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Donc, il y a une théorie de la Relativité Générale pour univers dynamique, une pour univers statique, une autre encore pour univers en expansion accélérée.

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Il me semblait qu'à partir du moment où on met la constante cosmolique dans la théorie, il faut l'accepter dans tous les modèles : statique, dynamique, expansion accélérée et compagnie. D'où les modèles de Robertson-Walker (qui généralisent ceux de Friedmann, mais avec constante cosmologique, si je me souviens bien).

[PascalD 4 385]

Ben oui, comme le dit Bruno, a partir du moment où on accepte la possibilité d'avoir une constante cosmologique, elle intervient dans tous les modèles. Je ne comprends pas pourquoi tu suggères qu'il y aurait plusieurs théories ?

[Kirth 4 250]

Je pense que tu ne saisis pas le ton ironique de l'ami Chicyg...

[ChiCyg 0]

quote:

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En clair, la modification a lieu dans la théorie, pas dans le modèle.

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J'ai effectivement un ton ironique parce qu'il y a un tour de passe passe à dire "c'est la théorie" (donc c'est imparable) alors qu'on ajoute un terme qui n'a pas de justification théorique. Il n'a de justification que celle de s'adapter aux observations. Autrement dit on ajuste la théorie aux observations moulinées par un modèle issu de cette théorie.

C'est pire que pour MOND qui a une démarche du même type : on modifie la théorie (la loi d'attraction gravitationnelle) en ajoutant un terme qui modifie la loi en R² pour coller aux observations de la rotation des galaxies et du mouvement dans les amas. On s'est gaussé, à juste titre, de l'arbitraire de cet ajout, encore que MOND peut être testée dans quantité de situations différentes (différentes galaxies, différents amas) - et, d'ailleurs, si j'ai bien compris, elle n'est même pas satisfaisante dans tous les cas.

Dans le cas de la constante cosmologique, c'est un peu la même chose, elle n'est pas issue d'une valeur théorique (elle n'est pas reliée à des constantes fondamentales) on l'ajuste sur la mesure de quelques novae lointaines, avec le risque de devoir changer sa valeur, donc formellement de changer la théorie, au gré des mesures des "astronomes".

P. S. : J'utilise ce terme "astronomes", parce qu'il ne vous aura pas échappé que c'est celui que J.-P. Uzan utilise dans son texte :
"Deux équipes d’astronomes ont en effet démontré que ces supernovae étaient systématiquement moins lumineuses et plus éloignées [...]".

C'est curieux ils n'ont pas droit au titre "d'astrophysiciens" encore moins de "cosmologistes" ... mais c'est un autre sujet

[Bruno- 3 987]

Tiens, en relisant un peu les derniers messages, je crois que ChiCyg m'a convaincu, finalement, que la constante cosmologique fait partie des modèles plus que de la théorie. En fait, c'est à propos de : « alors qu'on ajoute un terme qui n'a pas de justification théorique ». Je me suis demandé si effectivement le terme n'avait pas de justification théorique. Comme je comprends le truc, la théorie fournit des équations différentielles, et le modèle fixe certaines valeurs avec lesquelles on résout ces équations. On obtient alors une constante d'intégration dont on se demande s'il faut la garder ou non (car on fait de la physique et non des maths). Du coup je dirais que la théorie fournit les équations différentielles, et le modèle aboutit à la constante cosmologique (qu'on garde ou non).

Sinon, à propos des astrophysiciens et des astronomes, j'imagine qu'on appelle plutôt astronomes ceux qui réalisent des observations, et astrophysiciens ceux qui font de la théorie. Ce serait assez logique. Par exemple en France on a encore (il me semble) des postes d'astronomes titulaires, et ce ne sont pas des postes faciles à obtenir. Bref, je ne pense pas que ce soit désobligeant d'« affubler » quelqu'un du titre d'astronome plutôt qu'astrophysicien (surtout quand il est effectivement astronome et pas astrophysicien).

[PascalD 4 385]

quote:

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Comme je comprends le truc, la théorie fournit des équations différentielles, et le modèle fixe certaines valeurs avec lesquelles on résout ces équations. On obtient alors une constante d'intégration dont on se demande s'il faut la garder ou non (car on fait de la physique et non des maths).

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Formellement, il me semble que la constante cosmologique n' est pas une constante d'intégration, elle est là parce que la forme la plus générale de l' équation qui est compatible avec les hypothèses de la RG (localité, principe d'équivalence, toussa), dans le formalisme choisi, la contient mathématiquement (on y peut rien, je crois). Bien sûr comme il n' y a aucune contrainte connue sur sa valeur, il est farpaitement possible qu'elle soit nulle. Ou pas. Je ne sais pas si on pourrait ajouter un autre paramètre "adhoc" sans remettre en cause les propriétés de la théorie (et JP Uzan semble dire que non, puisqu'il la qualifie de "seul paramètre possible").

Comme il n' y a pas de contrainte physique sur sa valeur, autre que les observations cosmologiques, je rejoint un peu ChiCyg sur son côté "adhoc".

Par contre, l' argument selon lequel elle ne serait pas justifiée parce qu'elle "viendrait du modèle" me fait doucement rigoler. Tu crois qu'elles viennent d'où, les autres théories de la physique, ChiCyg ? Elles ont été lu dans le marc de café ?

[ChiCyg 0]

quote:

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Tu crois qu'elles viennent d'où, les autres théories de la physique, ChiCyg ? Elles ont été lu dans le marc de café ?

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Non, bien sûr, mais une théorie est d'autant plus forte qu'elle est confirmée dans des tas de situation a priori différentes et qu'elle permet des "prévisions", c'est à dire des résultats avant que l'expérience n'ait été faite. C'est la grande force de la relativité d'après ce qu'on dit .
Là, on n'est pas tout à fait dans cette configuration, non ? C'est un ajout théorique un peu faible ...

Tiens, puisque vous n'êtes pas trop méchants avec moi , je vous donne un lien de quelques transparents garantis "troll free" et labellisés "dg2 approved" . Non, sérieux, ça vient de Francis Bernardeau qui a fait plein de publications avec J-P. Uzan (il y fait d'ailleurs référence) : www.cpt.univ-mrs.fr/~cosmo/EcoleCosmologie/DossierCours9/Bernardeau.pdf

Ce que j'aime bien c'est le transparent "Equations d'Einstein, points de vue". C'est la page 7.
Ce que j'en comprends : les équations d'Einstein peuvent être vues comme un dialogue entre la géométrie, disons l'espace temps et la matière. La fameuse phrase de John Weeler :
"La matière dit à l'espace comment se courber et l'Espace-temps dit à la matière comment se déplacer."
L'équation d'Einstein décrit cet équilibre.

1. On peut faire le choix de placer la constante cosmologique du côté de la géométrie. C'est ce que vous dites par "elle fait partie de la théorie". Autrement dit c'est la géométrie de l'espace temps qui est modifiée (la manière dont l'espace-temps réagit à la présence de matière).

2. On peut faire le choix de la placer côté matière. Elle est vue alors comme une sorte de pression un peu bizarre qui augmente quand le volume augmente : l'énergie noire. Elle a une origine "physique" et non géométrique.

3. Ce qui est marrant, c'est qu'on peut aussi faire passer le terme de géométrie du côté de la matière comme une propriété du vide : le vide est "élastique".

Du coup, je me suis demandé si on ne pouvait pas faire l'inverse, tout passer côté géométrie, mais c'est trop compliqué pour ma petite tête

[PascalD 4 385]

J'suis d'accord avec toi ChiCyg, c'est un ajout théorique un peu faible.

Effectivement, il serait tentant pour un esprit simple tel que le mien de faire tout passer côté matière-énergie et d'identifier la partie géométrique de la RG (pas que la constante cosmologique, tout le bazar) à des propriétés du vide (pas le vide de la MQ actuelle, celui de la théorie qui unifie RG et MQ )

Mais c'est certainement trop simpliste.

[dg2 2 038]

Je ne sais pas si on peut poursuivre cette discussion sans un minimum de formalisme, et je ne sais pas si parler de ce formalisme est lisible par tout le monde ici.

L'idée de la relativité est de dire que la distribution de matière détermine la géométrie, tout le monde est d'accord. On cherche donc une équation du type "configuration de matière" = "fonction de la géométrie de l'espace". On ne sait pas a priori quelle fonction utiliser (ni même quel type d'objet mathématique cette fonction va donner), mais on est sûr que l'on veut que cette fonction possède certaines propriétés mathématiques génériques, notamment le fait de ne pas comporter de dérivées d'ordre supérieur à 2, sans quoi d'énormes problèmes surgissent rapidement (cf. ce qu'il se passe en électromagnétisme à petite échelle). Par ailleurs, la partie "configuration de matière" est sensée obéir à diverses lois héritées de la mécanique classique, à savoir la conservation de l'énergie et de l'impulsion. Ces lois de conservations vont s'écrire "un certain type de dérivée de la configuration de matière" = 0, ce qui en retour dit que la partie "fonction de la géométrie" doit obéir à la même contrainte. On cherche donc les fonctions de la géométrie uniquement qui satisfassent à la fois aux prérequis mathématiques et aux injonctions de la physique. On ne sait pas a priori s'il existe une telle fonction et si oui si elle est unique. En fait, il n'existe aucune méthode purement déductive pour aborder le problème. En 1915, Einstein avait trouvé une telle fonction qui en sus permettait de retrouver la gravitation newtonienne dans la limite des champs faibles. Mais cela ne prouvait pas que sa théorie était la bonne, ni qu'elle était unique. Si par exemple la théorie n'avait pas prédit la déviation de la lumière, alors même en retrouvant la limite newtonienne elle aurait été invalidée par ailleurs. (Cette discussion n'est pas académique : avant 1915, Nordstrom avait proposé une théorie géométrique qui donnait la limite newtonienne mais qui ne prédisait pas la déviation de la lumière)

Un an plus tard, Einstein s'est rendu compte qu'il existait une autre fonction qui satisfaisait à toute les exigences demandées, ce qui est le terme de constante cosmologique. Les circonstances dans lesquelles ce terme a été trouvé sont ce qu'elles sont, mais en tout état de cause, ce terme était mathématiquement licite au sens des contraintes édictées plus haut. Le terme de "constante" vient, je pense, du fait que la contrainte liée aux lois de conservation s'écrit simplement "dérivée d'une constante = 0", ce qui équivaut à dire que ce terme peut effectivement être vu comme une constante d'intégration (la réalité est plus complexe, mais c'est l'idée). En ce sens là, le terme était de nature purement géométrique. Bien sûr, ce terme seul ne permettait pas de retrouver la limite newtonienne, aussi son statut était-il différent puisqu'il n'était pas indispensable et que son amplitude relative par rapport à l'autre terme était indéterminée. Le cas de la constante cosmologique est-il isolé, ou, en d'autres termes, combien existe-t-il de fonctions de la géométrie qui satisfont à toutes les contraintes demandées ? Un résultat connu sous le nom de théorème de Lovelock dit que dans un espace-temps à quatre dimensions, les seules fonctions acceptables sont le terme trouvé par Einstein et celui de la constante cosmologique. Mais le même théorème dit que dans des espaces de dimension plus grande, il existe des termes supplémentaires dont le nombre augmente avec la dimension. Le terme dit de Gauss-Bonnet est le plus simple de ces termes supplémentaires et dans son cas, je ne crois pas que quiconque lui ait proposé une interprétation non géométrique.

Au final, la constante cosmologique telle que pensée par Einstein a bien une origine purement géométrique et pendant longtemps elle a été interprétée ainsi. Ce n'est que plus tard (je n'ai pas la date en tête) que l'on a remarqué que si le vide possédait une énergie, alors la partie "configuration de matière" qui lui était associée était exactement la même que la constante cosmologique géométrique d'Einstein. A partir de ce moment là, la question de savoir si un tel terme devait "naturellement" être interprétée en terme de matière ou de géométrie s'est posée. Si on lit le livre de Hawking et Ellis, écrit en 1973, la question est, à l'époque, toujours d'actualité. Aujourd'hui par contre, les gens cherchent d'abord et avant tout à expliquer pourquoi la valeur de l'énergie du vide est si faible, ce qui est un problème sans solution simple, et le terme est majoritairement considéré comme de la matière et non de la géométrie.

La distinction entre matière et géométrie n'est de toute façon pas triviale. Par exemple, une extension naturelle de la relativité générale est l'ensemble des théories dite tenseur scalaire, où en plus de la géométrie on rajoute un truc supplémentaire appelé champ scalaire. Ce truc supplémentaire interagit de façon particulière à la fois avec la matière et la géométrie de l'espace, et il est assez difficile de distinguer ce qui, avec ce champ, et de nature exclusivement géométrique et ce qui est de nature exclusivement matérielle.

[Kaptain 5 884]

quote:

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Le terme de "constante" vient, je pense, du fait que la contrainte liée aux lois de conservation s'écrit simplement "dérivée d'une constante = 0"

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> ChiCyg : mes souvenirs ne sont donc pas totalement foireux...

> dg2 : la théorie a l'air d'induire cette conclusion "physique" : la matière ne serait qu'une configuration géométrique de l'espace-temps sous-jacent ? Comme des plis sur une toile uniforme par ailleurs. D'où l'impossibilité de "séparer" matière et géométrie ?