mise à jour le 7
Février 2005
CONFÉRENCE DE
NATHALIE DERUELLE,
"LA THÉORIE DE L'INFLATION"
Organisée par la
SAF
Dans ses locaux
rue Beethoven, Paris
Le Samedi 15 Janvier 2005 à 15H00
Photos : JPM pour
l'ambiance.
BREF COMPTE RENDU
Nathalie Deruelle
notre intervenant et Claude Picard président de la commission de Cosmologie
quelques instants avant le début de la conférence.
Nathalie Deruelle
travaille à l'Institut des Hautes Études
Scientifiques qui dépend du CNRS de Bures s/Yvette.
Elle enseigne
aussi la Relativité à l'X, donc c'est une "grosse tête" si vous me
permettez l'expression.
Elle a été
étudiante à Princeton (là ou sévissait Albert!) et sa spécialité était la
relativité générale et les ondes gravitationnelles.
Notons aussi
qu'elle a formé 4 étudiants dont Jean Philippe Uzan (qui publie des articles
très intéressants dans le numéro spécial de Science et Avenir sur les 3
constantes de la physique et dont il a été déjà question dans
ces colonnes et que je vous conseille d'acheter , on le trouve encore en
librairie).
Le sujet de ce
jour est l'inflation et le succès de cette théorie avec le concept actuel du
Big Bang.
Pour mémoire ci
joint évolution de l'univers tel qu'on le conçoit maintenant. (voir dessin plus
bas).
On commence par
les équations d'Einstein (ou Friedman-Einstein)
pour se mettre en bouche et on attaque le lien entre relativité et cosmologie.
(équation
similaire à celle présentée à un facteur c2 près)
Cette équation lie
en fait la géométrie de l'espace (courbure) avec la distribution de matière (ou
les matières), la constante Λ (correspond à une force qui s'oppose à la
gravitation) a été rajoutée par Einstein car il voulait absolument un univers
statique et sans cet ajout, il y a évolution.
Puis interviennent
Gamov et Friedman qui trouvent des solutions à cette équation mais pour des cas
particuliers.
Mme Deruelle nous
parle ensuite de l'évolution de l'univers : de la nucléosynthèse à nos jours.
(voir graphique sur la gauche).
Les hypothèses
sont à cette époque :
La matière est poussière et lumière
L'Univers est homogène et isotrope
La gravitation est décrite par la
relativité générale
Les lois de la physique sont
universelles
En conséquence, il
s'est produit :
Un "Fiat Lux" à 3000°K
(l'univers devient transparent)
Et une expansion
Comme nous le
montre Nathalie Deruelle, la formule d'Einstein peut s'écrire maintenant sous
la forme suivante.
H étant la
constante de Hubble
Et les Ω
rendant compte l'un de ce qui est radiatif, l'autre de la matière puis un autre
rend compte de la courbure de l'espace et le dernier terme est lié à la
constante cosmologique.
Où en était-on en
1970 ?, À cette époque, les paramètres cosmologiques avaient ces valeurs :
Ho = 49 Km/s/Mpc
Ωrad
= 10-4
Ωmatière
= 3
Ωcourbure
= -2 (univers fermé)
ΩΛ
= 0 (pas de constante cosmologique)
Au cours des
dernières années ces valeurs ont évoluées en fonction des mesures, car à
l'époque spatiale, on ,pouvait faire des études avec des satellites en orbite
terrestre.
Si bien que vers
les années 1996 on pensait à :
Ho
= il y a deux écoles 50 Km/s/Mpc ou 100
Ωrad
= 10-4
Ωcourbure
= deux écoles aussi :plat ou ouvert
ΩΛ
= 0 (pas de constante cosmologique)
La recherche de la
valeur de la densité de matière est un des plus grand challenges de la fin du
XXème siècle.
À la fin du
millénaire on se pose la question fondamentale de : comment se forme les
galaxies.
En effet les
fluctuations de matière ne croissaient pas assez vite (10-3) les
galaxies ne peuvent croître que dans l'ère de la matière, et on devrait voir
ces fluctuations dans le CMB, en 1992 le satellite
COBE confirme une mesure de 10-5, c'est trop faible.
De
même le problème de l'horizon se posait par rapport à cette hypothèse de Big
Bang.
Le problème de
l'horizon, est en fait lié à la notion de causalité,
en effet notre monde est basé sur le fait que la cause précède l'effet. Cela
paraît évident mais c'est un problème avec le BB, car les informations ne
peuvent pas aller plus vite que la lumière.
Il se trouve que
COBE et WMAP ont trouvé l'Univers TROP UNIFORME, comment des régions du ciel si
distantes entre elles peuvent elles avoir la même température, car au moment de
l'émission elles étaient d'après la théorie du BB trop éloignées les unes des
autres.
En 1980/90 pour
résoudre cette difficulté, Alan Guth et A. Linde et d'autres ont introduit la
notion d'INFLATION.
Cette théorie se
base sur le fait que l'univers provient d'une région très petite qui s'est
enflée (d'ou le nom inflation) approximativement 10-35 sec après le
BB.
Cette période
aurait été très courte et aurait fait gonfler l'Univers d'un énorme facteur de
1050!!!!!!
Cette inflation
aurait oeuvré comme une constante cosmologique (énergie répulsive ou énergie du
vide) Le terme ΩΛ a dominé au début et la taille de
l'univers a cru énormément.
Dessin Andrei
Linde, présentation de l'inflation.
L'univers a été
gouverné pendant cette phase d'expansion exponentielle non par la lumière mais
par l'inflaton, correspondant à un champ scalaire
lentement variable (un champ scalaire n'est pas orienté : par exemple la
température est un champ scalaire, contrairement à la vitesse qui est un champ
vectoriel).
Les
fluctuations de matière originales ont été amplifiées par le phénomène.
Les fluctuations
initialement quantiques, fortement amplifiées, sont devenues macroscopiques. Ce
sont celles que l'on voit dans le CMB imagé par COBE et WMAP.
Elles ont été
comme de la graine, et sont vraisemblablement à l'origine de la création des
galaxies.
Graphique de
gauche :
L'échelle
verticale représente les variations de densité, l'échelle horizontale la
distance entre les objets. (les plus grandes distances à droite).
La courbe bleue
est la courbe théorique.
Les marges
d'erreur de différentes couleurs correspondent aux différentes méthodes de
mesure employées et représentées sur le graphique.
En conclusion : Le
paradigme* de l'inflation est confortée
De plus cette
théorie est "économique", elle permet d'expliquer pas mal de choses.
L'inflaton n'a pas
été découvert, on cherche son origine dans la théorie des cordes, mais cela
c'est une autre histoire….
* Un paradigme est
une certaine vision du monde qui sert de cadre de référence, de moteur
fédérateur à toutes les pensées 'normales " de l'époque. Ce qui sort cette
normalité relève d'un changement de paradigme, mutation qui se produit quand
l'expérience vécue des hommes change, au point de changer leur vision du monde.
Le public a suivi
avec passion cette conférence.
RÉFÉRENCES
À CONSULTER :Aujourd'hui elle
sont nombreuses car le sujet est ardu.
Toute la théorie
de la relativité
générale par l'IAP/SAF.
Cosmologie (sur le sujet de la
conférence d'aujourd'hui) de l'IN2P3 de Bernardeau : (PPT de 4MB qui valent le
coup)
Le
modèle du
Big Bang par l'in2p3 :
Cours cosmologie
de in2p3 :Partie 1 et Partie 2
Notions simples sur
l'inflation par Rumiano :
L'inflation vue
par Lombry :
Cours
de cosmologie du Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble
Un nouvel
univers par Françoise Combes Observatoire de Paris (ce site ne semble
plus actif, dommage la présentation que j'ai téléchargée
était super, enfin ce n'est peut être que transitoire!)
Le site d'Andrei Linde :à Stanford
(anglais)
Présentation Power
Point de Linde sur différents
modèles d'inflation (aspirine nécessaire).
Très théorique :
introduction à la cosmologie inflationnaire
Inflation for beginners en anglais :
Inflation par l'Université de Sheffield (Angleterre)
The observable universe : en anglais aussi très bien fait avec
bonnes illustrations.
Le Sloan Digital Sky Survey Sdss cartographie
d'une grande partie du ciel. (anglais)
Et l'Apod correspondant
du 28 Oct 2003.
Le site de Max Tegmark qui a participé
à ce projet Sdss : très formateur et complet (anglais).
L'étude du ciel
sous un champ de 2 degrés mieux qualifiée sous son nom anglais : 2 degree field survey (2dF
survey).
Dark matter and dark energy Power Point de Berkeley (anglais) : très
bon mais bien sûr théorique.
Cosmology
and Dark Matter Présentation Power Point de l'Université de Karlsruhe (en
anglais même si quelques mots restent en allemand) théorique mais très bien
fait.
PROCHAINE
RÉUNIONS DE LA SAF COSMOLOGIE :
12 Mars : Nébuleuses, Supernovae et
objets compacts, par Claude Picard
14 Mai : Sursauts gamma et Cosmologie,
par R. Mochkovitch (CNRS, IAP)
25 Juin : Incompatibilités entre la
Relativité et la Mécanique Quantique, par P. Maulion (Paris VII)
En mai ou juin, le
point sera fait sur nos activités et les orientations pour l'année suivante
seront fixées. Un Président devra être élu (ou réélu).
Sauf avis
contraire, les réunions se tiennent le samedi à 15 heures, au siège de la SAF,
3 rue Beethoven à Paris XVIème.
Il est demandé
encore une fois à l'honorable assistance de bien vouloir réfléchir et proposer
des sujets qui pourraient être présentés dans la dernière partie de l'année, de
manière à faire vivre la Commission, qui, sinon, risque fort de manquer sa vocation et de s'étioler.
AUTRES
RENDEZ VOUS IMPORTANTS :
10 et 24 Mars et 7
Avril 2005 18H30; Thérèse Encrenaz (CNRS,
Observatoire de Paris) sur les
atmosphères des planètes . À suivre absolument.
C. Picard donnera
un autre cours le 17 mars (et non pas le 17 février comme prévu initialement)
sur les "Nébuleuses, supernovae et objets compacts".
Ces cours auront
lieu le jeudi, à partir de 18 h 30, rue Beethoven.
Cité des
Sciences et de l'Industrie à
La Villette Paris XIXème, le samedi à 11h, à l'auditorium
12 février :
"La cosmologie relativiste et le Big Bang" par M. Lachièze-Rey (CEA)
Bureau
de Longitudes, Palais de
l'Institut, salle Hugot, le mercredi à
14 h
2 mars : "La
ceinture de Kuiper et l'évolution ancienne du système solaire" par A.
Morbidelli (Observatoire de la Côte d'Azur)
Observatoire de
Paris, amphithéâtre de l'IAP, le mardi à 19 h
30, inscription obligatoire
15 février
:"Les racines classiques de la Relativité" par J Eisenstaedt (CNRS,
Observatoire de Paris)
Collège
de France
Le Professeur G.
Veneziano fera sa leçon inaugurale le 17 février (amphithéâtre Margueritte de
Navarre 18H00), pour l'ouverture de sa chaire "Particules élémentaires,
gravitation et cosmologie". Ses cours auront lieu chaque mardi à 9h30 à
partir de début mars, et ils seront suivis d'un séminaire à 11h.
Livres et revues
T. Encrenaz
sortira un nouvel ouvrage en mars prochain : "Système solaire – systèmes
stellaires" chez Dunod, collection Quai des Sciences.
L'observatoire de
Paris vient de sortir le numéro 0 de sa revue. On peut se la procurer auprès de
Pascale Lautier (01 40 51 23 01)
Bon ciel à tous
Jean Pierre Martin SAF Commission de Cosmologie