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

 

Jean Pierre Martin  SAF Commission de Cosmologie

www.planetastronomy.com

 

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)

Ω_Λ = 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

Ω_Λ = 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 Big Bang 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 Ω_Λ 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 

 

 

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.

 

 

 

 

 

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, 3, rue Beethoven, 75016 Paris.

 

 

Cité des Sciences et de l'Industrie à La Villette Paris XIXème, le samedi 12 février à 11h, à l'auditorium

: "La cosmologie relativiste et le Big Bang" par M. Lachièze-Rey (CEA)

 

 

Bureau de Longitudes, Palais de l'Institut, salle Hugot,  le mercredi 2 mars à 14 h

: "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.