Cosmologie

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Cosmologie
Létude de lunivers - structure, taille,
caractéristiques
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Cosmologie moderne
Moderne - Isaac Newton
Gravité - une façon de décrire lunivers basée
sur la physique Vue de Newton sur lunivers
Infini Statique - immobile Pourquoi?
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Statique - pas de mouvements observés à grande
échelle Infini - nécessité déquilibre de masse
de toute la matière Un univers fini a une fin!
Le materiel près de cette limite est attiré vers
le centre par la force dattraction due à la
gravité et se déplace donc. Pas de mouvement
observé donc pas de limite et donc
infini Problèmes avec un univers infini Paradoxe
dOlbers - Pourquoi la nuit est-elle si sombre
dans un univers infini? Un univers infini, un
nombre infini détoiles, lumière stellaire
infinie, le ciel devrait briller de millions de
feux! Solution - il nest pas infininement
vieux. On ne peut pas tout voir, seulement ce qui
est proche.
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Définitions modernes
Homogénéité - materiel uniformément réparti Faux
à petites échelles mais vrai à grande
échelle Isotropie - aspect identique pour tous
les observateurs Homogénéité Isotropie
Principe cosmologique Une autre règle (on
lespère vraie) Universalité - les lois de la
physique sappliquent partout Les modèles
dunivers essaient de produire un univers qui
obeit au Principe Cosmologique et à
lUniversalité
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Lunivers que nous observons est en expansion
uniforme Pourquoi de façon uniforme? Sil nen
était pas ainsi, alors la loi de Hubble serait
plus complexe Loi de Hubble v Ho d Les objets
lointains séloignent plus vite de nous
Nous sommes au centre de lunivers!!!! Et bien
non!
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Il ny a pas un centre unique de
lunivers. Chaque point dans lunivers est le
centre de lunivers. Comment lunivers est il en
expansion? Est il en expansion dans quelque
chose? Y aura-t-il plus de parking dans le
futur? Retournons à la relativité générale ..
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Courbure de lespace
Relativité générale - lespace est distordu par
la masse Lespace (Univers) est en cours de
dextension par lexpansion Comment? Cela dépend
de la courbure delUnivers. 3 types simples de
courbure - 2-D analogues Plat - pas de courbure -
ennuyeux
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Courbure positive - une sphère
Courbure négative - selle, Chips Pringles
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Quelle sorte de courbure possède lunivers? Nous
verrons plus tard Que pensait Einstein de
lunivers? Quil était homogène et isotrope
(Principe Cosmologique) Quil ny avait pas de
mouvement organisé (before Hubble) Ses formules
disent quil y a probablement des
mouvements! Il a établi ses formules Il a
inséré un terme anti-gravité, L constante
cosmologique Plus tard, il appris que lunivers
est en expansion. Zut, il navait pas besoin du
terme L. A-t-on encore besoin de la constante
cosmologique? Nous verrons plus tard.
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Si lunivers est en expansion, il a dû être plus
petit dans le passé On peut remonter jusquau
début de lunivers, jusquau BIG BANG! La
cosmogonie - lorigine de lunivers. La théorie
actuelle - la théorie du Big Bang
Alexandr Friedman
Abbe George LeMaitre
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Avant le Big Bang? Pas de temps Pas
despace Peut-on même le définir?
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Temps 0
Supergravité Cest tout ce que lon peut dire
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Temps 10-43 seconds
0.0000000000000000000000000000000000000000001 Ere
Planck Période la plus précoce que lon peut
décrire Deux forces existent - Gravité GUT GUT
Grand Unified Theory
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Temps 10-35 Seconds
Fin de la GUT 3 forces existent - gravité, inter.
nucl. forte electrost. faible Création de
particules élémentaires - quarks (proton,
neutron) leptons (electrons, neutrinos) Comment
la matière est-elle créée? Emc2 Leger
déséquilibre entre matière et antimatière
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Temps 10-35 to 10-33 seconde
Dilatation La taille de lunivers augmente trés
rapidement Pourquoi? Lénergie de lére
précédente Jusquà quelle taille croît
lunivers? Elle a crû dun facteur 1030 à 1040
La dilatation explique la nature uniforme de
lunivers
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Temps 10-12 seconde
Fin des forces unifiées 4 forces dans la nature
- les mêmes quaujourdhui Gravité Interaction
nucléaire forte Interaction nucléaire
faible Force électro-magnétique Début de la
production de quelques éléments (protons,
électrons)
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Temps 10-7 seconde
Ere des particules lourdes Production de
particules massives - Protons, neutrons
Temps 10-4 seconde
Ere des particules légères Production de
petites particules - électrons
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Temps jusquà 3 minutes
Ere de la nucléosynthèse Température 109
K Hydrogène (protons) fusionnent en noyaux
dHelium Résultat final composition de 75 H
25 He
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Temps 380,000 ans
Recombinaison (Découplage) Temperature 3000
K La domination de lunivers par la radiation
sachève et celle de la matière commence
(gravité)
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Temps 500 millions dannées
Formation des Galaxies - galaxies ou amas qui
est apparu en premier? Théorie du haut en bas -
grande structure dabord, petite galaxie
ensuite Théorie du bas en haut - dabord les
galaxies, ensuite les grands amas Lequel est le
plus probable? Depend de la forme de la matière
sombre. matière sombre chaude - mouvement
rapide - facilite la construction de grandes
structures matière sombre froide - lente -
construit de petites structures
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Now
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Le Big Bang est-il une théorie correcte? Quest
ce qui fait quune théorie est correcte? Quest
ce qui fait quune théorie est incorrecte? Peut-on
prouver quune théorie est correcte? Une
théorie peut être soutenue - quest ce qui
soutient la théorie du Big Bang? Y-a-t-il des
soutiens? Retournons à 1965 Recherche par les
physiciens Robert Dicke et P. J. E. Peebles de la
radiation résiduelle du Big Bang - mais comment
la trouver?
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Robert Wilson, Arno Penzias recherchent la
radiation dans toutes les directions. Quelle
forme a-t-elle? Ils ne savaient pas mais ils ont
trouvé la radiation!
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Radiation cosmique du fond du ciel
Radiation cosmique micro-onde Radiation 3
K Radiation cosmique Cest la radiation
résiduelle du BB. Elle a la bonne temperature
(autour de 3 K) Mesurée dans toutes les
directions Très régulière Trop régulière - cest
un problème Lunivers nest pas régulier (il
possède de larges structures) Ainsi la radiation
ne devrait pas être régulière
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Satellite COBE
Cosmic Background Explorer - Lancé 1989 Janvier
1990 - premiers résultats présentés Température
mesurée précisément (2.735 K) Energie émise est
exactement celle dun corps noir parfait!
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Mesures continuent avec les missions BOOMERanG
WMAP La matière froide sombre est favorisée
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Destin de lunivers
Lunivers est en expansion - Quest ce qui
pourrait la freiner? La gravité! Combien en
faut-il?? Beaucoup! Y-en-a-il assez? Besoin de
mesurer la densité de lunivers La densité
critique - densité nécessaire pour arrêter
lexpansion
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Destins simples possibles
Densité Type dunivers Courbure Destin ltCritique
Ouvert Négative Expansion continue gtCritique Fer
mé Positive Effondrement Critique Légérement
ouvert Plat Expansion freinée Lequel est le
bon? Comment peut-on le dire? Regarder comment
lexpansion change avec le temps (à grandes
dist.) Cest exactement ce quon fait les
astronomes - quont-ils appris?
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Que fait lunivers?
1997 - Etudes indépendantes de lexpansion
delunivers Recherche du taux de ralentissement
de lunivers Au lieu de cela, découverte que
lunivers accélère. Comment est-ce
possible? Lunivers accélère!!!! Fma Quelle en
est la raison?
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L - La Constante Cosmologique
Lerreur dEinstein - linclusion dun terme
anti-gravité, L Il semble bien quil existe
réellement.. Comment? La densité en énergie du
vide - lespace lui-même contient de lénergie -
elle dirige lexpansion Plus despace signifie
plus daccélération Pas encore très sûr de ce
quest la densité en énergie du vide.... Ainsi,
pas de chance pour lunivers de se recontracter,
malgré la question de sa densité.
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Mission WMAP
Mesurer le degré de rugosité de la radiation du
fond du ciel
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Résultas de WMAP (Février 2003) Luniverse semble
être plat et en accélération La matière sombre
froide est favorisée Age de lunivers 13.7
0.2 milliards dannées Constante de Hubble 71
4 km/s/Mpc L 73 de lunivers (quantité de
Vacuum energy density) Matière 27 de
lunivers - lessentiel étant de la matière
sombre seulement 4 de lunivers est fait de
matière normale Est ce la réponse fibale? Non,
loin de là...