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Mise à jour le 15 Août 2009
SÉMINAIRE SUR L’UNIVERS INVISIBLE
Organisé par l’Observatoire de Paris (LUTH)
Conférence de Gilles COHEN-TANNOUDJI , Physicien théoricien,
Directeur de Recherche au CEA, du LARSIM (Laboratoire de Recherche sur les Sciences de la Matière), Saclay sur :
«UNE NOUVELLE RÉVOLUTION SCIENTIFIQUE A L’HORIZON?»
Le 8 Juillet 2009 à L'UNESCO.
 
Remarque : Cette conférence fait partie d’un ensemble de conférences données à l’occasion de ce séminaire, dont on peut consulter le compte rendu sur ce site.
Photos : JPM. pour l'ambiance. Voir les crédits des autres photos éventuelles.
Je ne propose que des comptes rendus succincts de ces conférences, le site Univers 2009, dédié aux manifestations de l'Univers Invisible devrait mettre en ligne bientôt le texte de toutes les conférences.
NOTA : j'ai fait de nombreuses photos en haute résolution que je ne peux pas mettre sur le site question volume, ceux qui seraient intéressés par certaines photos en plus haute définition que celles qui suivent n'ont qu'à me contacter, je les envoie par e-mail.
 
La présentation de G Cohen Tannoudji est disponible en pdf sur le Net, merci à lui !
 
 
 
 
 
La révolution scientifique du 20ème siècle est basée principalement sur 4 constantes fondamentales :
·        G constante de la gravitation ;
·        c vitesse de la lumière ;
·        k constante de Boltzmann (équivalence entre température et énergie)
·        h constante de Planck (lie l'énergie d'un photon à sa fréquence)
 
Elles sont la base de la physique théorique :
·        La physique fondamentale repose sur :
o       la théorie quantique des champs (h et c)
o       la relativité générale (G et c)
·        La physique phénoménologique :
o       la statistique quantique (h et k).
o       la cinématique relativiste (c).
 
 
 
 
 
 
 
La théorie quantique des champs (TQC) est considérée comme le mariage de la relativité restreinte (c) et de la mécanique quantique (h).
 
C’est la base théorique de la physique des particules élémentaires et des interactions fondamentales non gravitationnelles.
 
 
·        Champs relativistes, définis en chaque point de l’espace-temps de Minkowski
·        Champs quantiques, champs d’opérateurs agissant dans un espace de Hilbert provoquant des événements d’émission ou d’absorption de quanta d’énergie
·        Les quanta d’énergie sont des particules ou des antiparticules (résolution du problème des énergies négatives)
·        Interactions et couplages locaux: produits de champs évalués au même point d’espace-temps
·        Le vide: état fondamental du système de champs quantiques dans lequel le nombre de quanta d’énergie est nul, mais où les champs quantiques sont affectés de fluctuations quantiques (par exemple la création puis la désintégration d’une paire particule-antiparticule)
 
 
 
La conséquence de tout ce qui a été dit précédemment : la naissance du modèle standard de la physique qui procure un excellent accord entre les observations et la théorie (à 10-11 près).
 
 
L’électrodynamique quantique (QED : Quantum Electro Dynamics) est une théorie quantique des champs de l’électromagnétisme. Elle possède la propriété d’être renormalisable.
 
Les théories renormalisables : (je cite exactement le texte de la diapo correspondante)
·        La localité des couplages d’interaction induit une singularité dans la TQC: les intégrales à partir desquelles on obtient les amplitudes de transition divergent
·        Une théorie est dite renormalisable si toutes les observables physiques peuvent s’exprimer sans infini à l’aide de paramètres dépendant de l’énergie, redéfinis (on dit « renormalisés ») par l’interaction
·        Une théorie renormalisable est prédictive : les paramètres – dont elle dépend sont en nombre fini et ils peuvent être déterminés expérimentalement
·        Mais elle n’est pas « fondamentale »: la valeur des paramètres dépend de la résolution (c’est-à-dire de l’énergie accessible)
·        Cette théorie est efficace (en anglais « effective ») car la dépendance en énergie des paramètres est prédictible, grâce aux équations du groupe de renormalisation
 
 
LA RELATIVITÉ GÉNÉRALE ET COSMOLOGIE.
 
Einstein voulait un univers statique, il introduisit à cet effet la constante cosmologique dans ses formules afin qu'il en soit ainsi, puis s'apercevant de l'expansion de l'Univers, la supprima, en prétendant que c'était sa plus grande erreur.
Cela aboutira au modèle du "Big Bang".
 
L’univers de De Sitter est un univers sans matière mais statique comme celui d’Einstein et avec constante cosmologique, mais Einstein le réfute (contraire au principe de Mach).
 
C’est la découverte de l’expansion des galaxies par Hubble, notamment, qui conduit Einstein à supprimer la constante cosmologique.
 
 
 
Le modèle le plus simple (FLRW), celui de Friedmann, Lemaître, Roberston et Walker explique la récession des galaxies et l'abondance des éléments légers. Il prévoit aussi l'existence d'un rayonnement de fond à 3K.
Cela va conduire aussi à la théorie du Big Bang.
 
Mais ce modèle élémentaire pose quelques difficultés comme :
·        La trop grande homogénéité du fond cosmologique (comment des points si distants les uns des autres peuvent ils avoir la même température?) C'est le problème de l'horizon.
·        Il y a aussi le problème de la platitude spatiale de l'Univers, l'Univers semble plat, mais on ne sait pas pourquoi.
Un scénario, appelé Inflation a été élaboré pour éliminer ces difficultés.
 
 
 
 
 
LES ENJEUX D’UNE NOUVELLE RÉVOLUTION SCIENTIFIQUE.
 
Cette révolution a été précédée de nombreux signes annonciateurs :
·        Masse des neutrinos
·        Matière noire
·        Accélération de l’expansion de l’Univers (constante cosmologique non nulle, est-ce une nouvelle constante universelle?)
·        Incompatibilité de la TQC avec la RG, introduction de la gravitation quantique
 
 
La constante cosmologique de nouveau en service implique l’existence d’un horizon des évènements, la densité de l’énergie noire est la densité d’énergie du vide : toute la matière est passée au-delà de l’horizon.
 
 
Un des adeptes de cette théorie, T. Padmanabhan (voir plus de détails dans les références à la fin du CR) propose le schéma ci-contre.
 
C’est la structure géométrique d’un univers basé sur deux longueurs caractéristiques : la longueur de Planck LP et la constante cosmologique LL
 
Un tel Univers passerait la plupart de son temps dans deux phases De Sitter. La première correspondant à l’inflation et la deuxième correspondant à la phase d’accélération de l’expansion (période de ré-inflation due à lambda).
 
 
 
 
 
 
 
Il y aurait une route thermodynamique vers la gravitation quantique.
 
 
 
Et en conclusion, ces deux slides résumant cette superbe conférence.
 
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
 
http://www.planetastronomy.com/special/2009-special/03mar09/cohen-tann-iap.htm
 
L’électro dynamique quantique par l’ENS.
 
Darker Side of the Universe par T. Padmanabhan.
 
Gravity as an emergent phenomenon: A conceptual description par T. Padmanabhan.
 
La théorie quantique des champs   par G Cohen-Tannoudji, présentation ppt
 
Le mouvement brownien CR de la conf de G Cohen-Tannoudji pour l'année Einstein.
 
Einstein et les constantes universelles conférence en ppt de Gilles Cohen-Tannoudji.
 
De l’atome de Jean Perrin aux multiples particules élémentaires Par G Cohen Tannoudji présentation ppt
 
Prédiction et probabilités par G Cohen-Tannoudji, présentation ppt.
 
L'odyssée de la matière par G Cohen-Tannoudji, présentation ppt.
 
Le modèle standard par le CERN.
 
Cosmologie, paradigme actuel et nouvelles perspectives par F. Bernardeau  de Saclay. Présentation ppt.
 
La théorie holographique de la gravitation.
 
 
 
LIVRES DE GILLES COHEN-TANNOUDJI:
 
La Matière-espace-temps , la logique des particules élémentaires avec Michel Spiro chez Fayard.
 
Les constantes universelles chez Pluriel.
 
Particules élémentaires et cosmologie : les lois ultimes avec Michel Spiro chez Pommier.
 
Bon ciel à tous!
 
 
Jean Pierre Martin  membre de la Commission de Cosmologie de la SAF.
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