La Constante Cosmologique, Pour Le Meilleur Et Pour . - Ferme Des Etoiles
La constante cosmologique,pour le meilleur et pour le pireAndré FüzfaProfesseur à l’Université de Namur (Belgique)En collaboration avec Eve-Aline Dubois
PlanLa constante cosmologique LQu’est-ce que la Science?La constante cosmologique pour le meilleur?!La constante cosmologique pour le pire Invitation au questionnement
Première partie:LA CONSTANTECOSMOLOGIQUE
Module de distanceSupernovae Matière uniquement Wm 1 Matière Energie Noire(LCDM, Wm 0.24 ; WL 0.76)Nobel 2011RedshiftOscillation Acoustiquedes BaryonsIntensité des fluctuations (µK²)L’Univers InvisibleFonds diffuscosmologiqueTaille angulaire des fluctuations ( )Lentilles gravitationnellesCorrélation SDSS Luminous Red Galaxies LCDM, Wm 0.24 ; WL 0.76 OCDM, Wm 0.24Dynamique galactiqueFormation des galaxies-1
L’accélération de l’expansion cosmiqueUNION 2010 data Accélération Décélération
De quoi l’Univers est-il fait?Composition actuelleen énergie de l’Univers( 95% C.L.)Equation des cosmologies (c 1):Atomes 4%Energie noireConstantecosmologiqueL 76%Matièrenoire 20%Condition d’accélération:Radiations 0.01%Pour la constante cosmologique:Accélération cosmique!
Qu’est-ce que l’énergie sombre?Gaz ordinaire:La pression est dirigée versl’extérieur (p 0)L’accélération cosmiquerequiert despressions négatives!Variation de l’énergie interne:DU -p DV 0 pendantl’expansion (DV 0)Effet Casimir:Fluctuations du videquantiqueExemple dePressions négatives!Expansion cosmique produitdavantage d’énergie du videEvideEvide Accélération Cosmique!Energie du vide? ConstanteEvide cosmologiqued’EinsteinL
Petite histoire de la constante cosmologiqueEinstein (1917) : propriétés de la gravitation à l’infiniUnivers immuable, fini et sans bord Introduction de la constante cosmologique ,compatible avec les hypothèses d’Einstein: le principe de relativité générale (covariance) le principe d’équivalenceSouhait d’Einstein : introduire un principe de Mach(matière nécessaire pour définir un espace-temps courbe) Equilibre instable gravité (matière) – antigravité ( ) Equations d’Einsteinde Sitter (1917): Univers vide soumis à une force de répulsion due à L 0La matière n’est pas nécessaire pour avoir un espace-temps courbe :Mach?!
Petite histoire de la constante cosmologiqueLemaître (1927): premier modèle du « Big Bang chaud » en 3phases: Facteur d’échelle Univers primordial dominé par la matière avec expansion décéléréePériode transitoire quasi-statique : formation des grandes structuresUnivers tardif à la de Sitter avec accélérationModèle deconcordanceLCDMModèle de Lemaître visionnaire!(dans LCDM:formation des structuresdurant l’ère dominée par lamatière)Univers hésitant de LemaîtreTempsDécouverte de l’expansion cosmologique (années 1920): Einstein abandonne la constante cosmologique L (rasoir d’Occam)L devient une curiosité mathématique pour quelques décénnies jusqu’à son grand retour aujourd’hui!
L’insoutenable légèreté du vide Théorie quantique des champs et gravitation: le vide devrait avoir uneénorme énergiex1050dans 1cm³Echelle d’énergie de la gravitation quantique Observations (modèle de concordance):x1dans 1cm³« Désaccord » d’un facteur 10123 Pourquoi la constante cosmologique est-elle si petite?Problème del’ajustement fin! Pourquoi l’énergie du vide (quantique) est-elle aussi grande que l’énergiecritique (cosmologie) aujourd’hui?(l’énergie noire est-elle vraiment constante?) Problème de la Coincidence!
Les maux de la constante cosmologique LProblème de l’ajustement fin: Lobs 10-52m-2 et L 10-54m-2 pour 1% d’énergie noire aujourd’huiInterprétation quantique: désaccord de 123 ordres de grandeurOrigine de la constante cosmologique?Problème de la coïncidence cosmiqueCoïncidenceEmission duRayonnementfossile SCDM LCDM
Deuxième partie:QU’EST-CE QUE LA SCIENCE?
Qu’est-ce qu’une théorie scientifique?Avertissements: Question du ressort de la philosophie des sciencesPas de définition arrêtée, critères non exhaustifs(Dé-)Ontologie personnelle, variable suivant les auteursScience: Explication de la Nature par la Nature sans recourir à l’arbitraire ni ausurnaturelDeux piliers en échange permanent : Théorie (hypothèses, lois, modèle) ExpérienceRemarques: Chez certains: science reproduction des phénomènes et nonexplicationExplication: élargissement de notre vision du monde, mais son caractèrenaturel reste subjectif (exemples: modèle héliocentrique, relativité)S’applique aussi aux mathématiques avec le calcul numérique comme
Science ou pseudo-science?Karl Popper : scientifique si falsifiabilité (réfutabilité) Les hypothèses doivent être testables par l’expérience (même depensée)Il est possible d’envisager une situation où l’hypothèse serait fausseEn cas de désaccord, l’hypothèse est remise en question.Thomas Kuhn: autres critères possibles : Cohérence interne (liens avec théories précédentes et constructionlogique)Cohérence externe (falsifiabilité)Reproduction des observations déjà expliquées et des non-expliquéesSimplicité: le moins possible d’hypothèses et d’éléments non justifiables(rasoir d’Occam) Fécondité : nouvelles prédictions et conséquences non prévues a prioriRemarques: La falsification peut prendre du tempsCertaines théories sont fausses mais peuvent contenir des éléments
Falsifiable ou pas ?« Il ne pleut jamais le mercredi » Falsifiable (surtout en Belgique ) et l’expérience est concevable« On peut avoir de la chance au loto » Soit on ne joue pas au loto: on ne peut pas décider si c’est vraiSoit on joue: peu importe que l’on gagne ou pas on pourra dire que lesgagnants ont eu de la chanceNon falsifiable car il n’y a aucun cas où ce serait faux« Tous les points d’un cercle sont équidistants de soncentre » Définition du cercle en géométrie: axiomeNon falsifiable: il n’existe pas de cercle où les points seraient nonéquidistants par définitionRemarque: on peut utiliser les propriétés dérivées de celle du cercle (ppar exemple) pour tester les axiomes d’Euclide
Quelles critères pour la Science?Positions philosophiques subjectives mais qui participent ausuccès objectif d’une théorie, notamment technologique FalsificationReproduction efficace des phénomènesCaractère explicatifFécondité et capacité prédictiveÉlégance mathématique ou conceptuelleEtc.Utilisons ces critères pour examiner des argumentaires surl’ajustement fin de la constante cosmologique Mécanismes cosmologiques (quintessence, etc.)Argumentaires anthropiques: les multivers et le dessein intelligent
Troisième partie:LA CONSTANTECOSMOLOGIQUE, POUR LEMEILLEUR?!
Mécanismes cosmologiquesOn ne considère pas le problème de l’ajustement finCoïncidence cosmique: explicable si l’énergie noire est reliée à un mécanisme cosmologiqueLa densité d’énergie noire évolue au cours de l’expansion cosmiqueLa proportion d’énergie noire est reliée à celle des autres ingrédientsUne « constante » cosmologique variable ? L(xm)? NON! Violation de la conservation d’énergiePrincipe de relativité générale: une dynamique pour L(xm)!Solution: modification des équations d’EinsteinEquations d’Einsteinsans constante cosmologiqueL 0 Membre de gauche: modification de la gravitationMembre de droite: modification de la matièreLes deux points de vue sont équivalents
Exemple: la quintessenceIngrédient supplémentaire de la soupe cosmique (avec lesradiations, la matière ordinaire, la matière noire, etc.)Propriétés: Noire: interaction uniquement via la gravitation standardNouveau type de matière donnant des pressions négatives(accélération)Gravitation n’est pas modifiée (relativité générale)Sa densité d’énergie évolue au cours du tempsElle peut se concentrer par effondrement gravitationnelAvantages: Dynamique cosmologique riche (théorie des systèmes dynamiques)Modélisation en physique des particules (candidats de champs scalaires)Densité d’énergie de quintessence peut être importante même dansl’univers primordial à l’opposé du scénario constante cosmologiqueExistence d’attracteurs expliquant naturellement la coincidence
Quintessence et attracteurs cosmologiquesEmission meprimordial Transitionde phaseRégimeattracteurLa convergence vers l’attracteur se faitdepuis un large domaine de conditionsinitiales dans l’univers primordialRégimeattracteur
Réfutabilité de la quintessenceVariation temporelle À l’opposé de L, le rapport pression sur densité de la quintessence varieau cours du temps, ce qui laisse une trace sur les observablescosmologiques (expansion cosmologique, formation des grandesstructures, etc.)Variation spatiale La densité de quintessence est variable et peut influencer les puits depotentiel dans lesquels se forment les amas de galaxiesCandidat en physique des hautes énergies Nombreux champs scalaires (« cousins » du Higgs)Possibilité de détecter la particule de quintessence en laboratoireCouplage direct ou indirect avec la matière ordinaire Énergie sombre et non plus noireViolation du principe d’équivalence, variation des constantesfondamentales
La quintessence: panacée universelle?Report du problème de l’ajustement fin de paramètres sur celuide l’ajustement de la dynamique (fonctions arbitraires)Mécanismes d’attraction encore non complètementsatisfaisantsCandidat sérieux en physique des hautes énergies encoremanquant (très basses énergies) et aucun candidat attracteurQuintessence : ajout d’une nouvelle particule au modèlestandard, mais indépendante des autres (contrainte très forte)
Au-delà d’Einstein avec l’énergie noire Constante CosmologiqueGravité d’Einstein:Energie sombre gelée Ajustement fin/ coincidenceQuintessenceEnergie sombre variable(avec uniquement des interactionsgravitationnelles) Autres empreintes physiquesque l’expansion cosmiqueNouvelle physique?Modification de la gravitation?Dimensions supplémentaires?Nouveau paradigme cosmologique?Energie noire couplée (Not so dark) Principe d’EquivalenceOuverture sur une nouvellephysique!
Quatrième partie:LA CONSTANTECOSMOLOGIQUE,POUR LE PIRE
Principes anthropiques (1/2)Postulat: L’existence de la vie sur Terre est un fait non trivial sinon uniqueIdée: Théories physiques doivent prendre en compte ce fait commeobservationPrincipe anthropique faible la présence d’observateurs dans l’Univers impose des contraintes sur lesparamètres cosmologiques et les constantes fondamentalesToutes les univers possibles ne sont pas compatibles avec notreexistenceConditions nécessaires à l’existence de la vie(exemple de condition nécessaire : il est nécessaire de jouer pour gagner
Arguments anthropiques pour LSi L avait été trop grande, il n’y aurait pas pu yavoir de structures cosmiquesgravitationnellement liées comme les galaxies.Si L avait été trop négative, l’Univers aurait connuune contraction précoce vers un Big CrunchLa densité d’énergie due à L, rL, est alorsanthropiquement contrainte par-10-123 mPl4 rL 10-121 mPl4(où mPl est l’échelle de Planck)Les contraintes expérimentales sur rL sont plusfortes:rL 10-123 mPl4
Les multiversApparentés au principe anthropique faibleMondes multiples au lieu d’unique (uni-vers - multi-vers) En relativité générale: « Univers observables »: bulles de régions causales dans un universd’étendue infinie Différentes valeurs de L peuvent être produites comme reliquat de l’inflation En théorie des cordes: Branes à 3D dans un univers à 10 dimensions spatiales « Paysage des cordes »: lois de la physique variables suivant les branes, ycompris la valeur de LValeur de L justifiée par sélection anthropique: Les observateurs n’existent que dans les « univers » avec une valeur deL compatible avec leur existenceBiais: nous ne pouvons observer que certaines valeurs particulières de LLe gagnant du Loto doit-il s’étonner d’être riche?
Quelques critiques des multiversFalsification? Peut-être si les univers multiples ne sont pas indépendants entre eux ou pasinaccessibles (univers pas si parallèles) il existe d’autres prédictions reliées non ambigües testablesElégance et simplicité? (c’est trop facile un seul univers ?)Fécondité et capacité prédictive?« Syndrome du gagnant du Loto » (I. Hacking) : lorsqu’un événement rare se produit lors d’un processus aléatoire, onpeut conclure, à tort, que le processus s’est déjà produit plusieurs foisavec un résultat négatifFaux: les résultats d’un processus aléatoire sont indépendants entre euxThéorie des probabilités: Pour utiliser un caractère aléatoire, il faut la possibilité de pouvoirreproduire l’expérienceInapplicable en cosmologie: une seule réalisation de l’Univers nous estaccessible!
Principes anthropiques (2/2)Principe anthropique fortLes propriétés de l’Univers et les constantes fondamentales sont justescomme il faut de sorte que la vie apparaisse(conditions nécessaires et suffisantes: y a rien à jeter ) Principe de cohérence: : il existerait une description unifiée de toutl’Univers dont le fil conducteur est l’existence d’observateurs Notre existence ne serait donc ni un accident ni un fruit du hasard Principe anthropique intentionnel (ou finaliste): L’Univers et les lois fondamentales sont ainsi sont pour que la vieapparaisseNotre existence serait la « meilleure explication » de l’Univers
« Les gens qui n’ont pas d’idées peuventquand même avoir des principes »Edward Kolb,à propos des adeptesdu principe anthropique
Le dessein intelligentPosition finaliste apparentée auprincipe anthropique intentionnelThèse du « Discovery Institute » :« Certaines observations de l’univers et du monde vivant sont mieuxexpliquées par une cause intelligente que par des processus non-dirigéstels que la sélection naturelle »Selon cette thèse, la valeur de L est directement imputable àune intelligence extérieure au Monde Bienveillante car valeur de L conforme aux exigences anthropiquesAux desseins mystérieux puisque L 0 pour une raison encore obscure(eschatologique?)Le dessein intelligent se prétend scientifique mais
Les dangers du dessein intelligentNon-scientifique: interprétation par une cause extérieure arbitraire « sur-naturelle » ouartificielleInconsistance logique (ne pas avoir d’autre explication que l’arbitrairen’est pas une « meilleure explication »)Non-falsifiable car non prédictif puisque purement arbitraireFin de la science car renoncement à l’explicationNature de l’agent intelligent? Si Dieu: créationnisme position concordiste réfutable en sciencecomme en théologieSinon: êtres pentadimensionnels? (des suggestions?)Dangereux: Pour la science: plus de questionnement fanatismePour la société: montée en force de la pseudo-science et de lasuperstition
ConclusionsL’énergie noire: un défi pour la ScienceMécanismes cosmologiques Scientifique: cohérent, réfutable, prédictif et testableOuverture à de la nouvelle physique et potentiel d’enrichissement denotre vision du mondeArgumentaires anthropiques: Multivers: pas scientifiques si pas réfutables ou testablesDessein intelligent: pas scientifique et dangereuxLa science, cet exercice périlleux . Qui est aussi le vôtre!
« Ce n’est pas le monde quiest le lieu de la question,mais la question qui est le lieu dumonde. »Nahman de Braslav
Notes de cours fil de 2011 à 2013:http://perso.fundp.ac.be/ afuzfa/Fleurance/
PlanMotivation: modèle de concordance et réflexion sur la scienceLa constante cosmo: kesako? Motivations historiquesL et fondements de la RGStatuts théorique et observationnels (accélération)Problèmes associés à la valeur de L (fine-tuning et coincidence)épistémologie autour de Lambda Critères épistémologiques de science et de pseudo-scienceRéfutabilité, cohérence, falsifiabilité, rasoir d’Occam, élégance, etc.Exemples d’énoncés falsifiables, parallèle avec géométrie euclidienneRevue critique des arguments autour de Lambda Multivers et sélection anthropique (syndrome du gagnant du Lotto)Intelligent design, interprétations finalistes et pseudo scienceQuintessence et autres mécanismes cosmologiquesConclusion: qu’est-ce que la Science? Science et bon sensScience, intelligible et questionnementAppel au scientifique en chacun de nous
« Encore un modèle d’énergie sombre?! »De nombreuses interprétations de l’accélération cosmique ont étéproposées CERTES, MAISFiliation avec de vieilles et profondes idées en physique L: idées de Mach en relativité générale Quintessence : champ scalaire inspirépar la physique desparticules Coupled DE : variation des constantes de la physique Backreactions: modèles d’Univers inhomogènes de LemaîtreTolman Brane cosmology: extra-dimensions à la Kaluza-Klein F(R)-gravity : théorie du champ unitaire d’Einstein AWE: approche de Brans-Dicke du principe de MachOpportunité unique d’éprouver enfin ces idées 37
De quoi l’Univers est-il fait?Composition actuelleen énergie de l’Univers( 95% C.L.)Atomes 4%Energie noireConstantecosmologiqueL 76%Matièrenoire 20%Que se cache-t-ilderrière l’énergie noire?Explication, interprétation ou modèle?Regard critique sur 3 approchesRadiationsdes problèmes de la 0.01%constante cosmologiqueScience ou pseudo-science?
La coincidence cosmique Interprétation de L comme énergie du vide La covariance (invariance sous Lorentz) impose que la valeur dans le videquantique de l’énergie vaille Evolution cosmologique de LCDM et coïncidence cosmiqueCoïncidenceEmission duRayonnementfossile SCDM LCDM
L’être humain est-il au centre de l’Univers?Face à ces constatations, un argumentaireanthropique, centré sur l’existence de l’êtrehumain, s’est développé en cosmologie.Le principe anthropique faible consiste àdire que la présence d’observateurs dansl’Univers impose des contraintes sur lesparamètres cosmologiques. Toutes lescosmologies possibles ne sont pascompatibles avec notre existence, noussommes les grands gagnants de la loteriecosmique.Le principe anthropique faible estgénéralement bien accepté même si lesconditions de notre existence sont souventmoins contraignantes que les contraintesexpérimentales.10/14
Le cosmos est-il intelligent?Le principe anthropique fort va plus loinen postulant que l’Univers est tel que lesobservateurs puissent y apparaître.On peut le voir soit comme un principe decohérence : il existe une description unifiéede tout l’Univers dont le fil conducteur estl’existence d’observateurs. Notre existencen’est alors pas considérée comme unaccident ou un fruit du hasard.Mais ce principe peut aussi se concevoir defaçon finaliste ou intentionnelle. Notreexistence serait la « meilleure explication »de l’ajustement fin. Cette vision nonscientifique (car non réfutable) est celle ducréationnisme ou du dessein intelligent.11/14
Einstein (1917) : propriétés de la gravitation à l'infini Univers immuable, fini et sans bord Introduction de la constante cosmologique , compatible avec les hypothèses d'Einstein: le principe de relativité générale (covariance) le principe d'équivalence Souhait d'Einstein : introduire un principe de Mach
La constante cosmologique: la plus grande erreur d'Einstein Françoise Combes, Collège de France et Observatoire de Paris L'introduction de la constante cosmologique dans ses équations de relativité générale par Einstein au début du XXe siècle a été considérée comme sa plus grande erreur. Pourtant cette
l'introduction de cette constante cosmologique, il s'était résolu l'abjurer suite à des critiques diverses, en particulier la démonstration de l'instabilité d'un tel univers. Il venait juste de déclarer:" La constante cosmologique a été la plus grande erreur de ma carrière". La remise au goût du jour de cette constante
l'introduction de cette constante cosmologique, il s'était résolu l'abjurer suite à des critiques diverses, en particulier la démonstration de l'instabilité d'un tel univers. Il venait juste de déclarer:" La constante cosmologique a été la plus grande erreur de ma carrière". La remise au goût du jour de cette constante
Cosmological Topology in Paris 1998, 14 December 1998, Obs. de Paris, eds V. Blanl il & B.F. Roukema Cosmological Topology in Paris 1998 Topologie cosmologique a Paris 1998 Editors: Vincent Blanl il1 & Boudewijn F. Roukema2 1Institut de recherche math ematique avanc ee, Universit e Louis Pasteur et CNRS, 7 rue Ren e-Descartes, F-67084 Strasbourg Cedex, France
exceptionnel dans la culture roumaine de la Fundación Cultural Rumana. Constante en 1993 escribe en rumano un segundo libro titulado Evadarea imposibilă, la Evasión im-posible, en el que describe desde otro prisma la detención comunista (Geambei, 2013: 143-152). Los dos libros de Constante han tenido una buena recepción en Rumanía y,
Mon passeport du civisme, pour quoi faire ? p. 4 Carte d’identité p. 5 Pour aimer la France : Aimer sa commune ! p. 6 Médailles p. 7 Pour le devoir de mémoire p. 8-9 Pour savoir donner p. 10-11 Pour surfer en sécurité p. 12-13 Pour prendre soin de ses aînés p. 14-15 Pour préserver son environnement p. 16-17
clair que Gest d erivable sur R (comme somme de la fonction F qui est d erivable sur R et de la fonction constante egale a kqui l’est aussi). Pour tout x2I, on a G0(x) F0(x) puisque la d eriv ee d’une fonction constante est nulle, c’est- a-dire G0(x
Andreas Wagner. ERAD 2014 - THE EIGHTH EUROPEAN CONFERENCE ON RADAR IN METEOROLOGY AND HYDROLOGY ERAD 2014 Abstract ID 306 2 Using a pattern recognition scheme, single pixels or groups of pixels that show unusual signatures compared to precipitation echoes, are identified in these accumulation products. Such signatures may be straight edges, high gradients or systematic over- or .
