Physique du temps / temps de la physique I : révolutions relativistes Loïc Villain Laboratoire de Mathématiques et Physique Théorique, Univ. Tours loic@lmpt.univ-tours.fr UE libre Temps Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 1 / 55
Résumé de l épisode précédent Conceptions du temps varient selon les lieux et les époques nombreuses notions entremélées dans celle de temps physique : aspects objectifs (mesurables) ; modélisation mathématique valable dans certains contextes précis lien important entre temps et espace Temps de la physique newtonienne temps linéaire universel (partout le même) absolu (indépendant de tout phénomène ou observateur) chronologie absolue notion de simultanéité absolue Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 2 / 55
Plan 1 Lumière et relativité du temps Optique classique et électromagnétisme Einstein, Minkowski et la relativité restreinte 2 Géométrie pseudo-riemannienne et temps local Universalité de la chute libre et principe d équivalence Prédictions et tests de la relativité générale 3 Trous noirs et temps gelé 4 Cosmologie, modèle du Big Bang et naissance du temps Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 3 / 55
Lumière et relativité du temps 1 Lumière et relativité du temps Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 4 / 55
Lumière et relativité du temps Optique classique et électromagnétisme 1 A : Optique classique et électromagnétisme Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 5 / 55
Simultanéité Lumière et relativité du temps Optique classique et électromagnétisme Temps absolu newtonien événements indexés par une date t (choix d un calendrier : origine et échelle) ; simultanéité : même date pour deux événements besoin de communiquer (échanger des informations) si événements en des lieux distants ; en pratique : rôle primordial de la vue/de la lumière ; parfois seul canal d information : astronomie antique ; besoin d étudier l outil lui-même : modélisation de la lumière fondamentale pour l évolution des connaissances (relativité, physique quantique, etc.) possibilité de comprendre même des objets invisibles dont certains au milieu desquels on baigne! exemples : matière noire, énergie noire, neutrinos, etc. Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 6 / 55
Simultanéité Lumière et relativité du temps Optique classique et électromagnétisme Temps absolu newtonien événements indexés par une date t (choix d un calendrier : origine et échelle) ; simultanéité : même date pour deux événements besoin de communiquer (échanger des informations) si événements en des lieux distants ; en pratique : rôle primordial de la vue/de la lumière ; parfois seul canal d information : astronomie antique ; besoin d étudier l outil lui-même : modélisation de la lumière fondamentale pour l évolution des connaissances (relativité, physique quantique, etc.) possibilité de comprendre même des objets invisibles dont certains au milieu desquels on baigne! exemples : matière noire, énergie noire, neutrinos, etc. Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 6 / 55
Simultanéité Lumière et relativité du temps Optique classique et électromagnétisme Temps absolu newtonien événements indexés par une date t (choix d un calendrier : origine et échelle) ; simultanéité : même date pour deux événements besoin de communiquer (échanger des informations) si événements en des lieux distants ; en pratique : rôle primordial de la vue/de la lumière ; parfois seul canal d information : astronomie antique ; besoin d étudier l outil lui-même : modélisation de la lumière fondamentale pour l évolution des connaissances (relativité, physique quantique, etc.) possibilité de comprendre même des objets invisibles dont certains au milieu desquels on baigne! exemples : matière noire, énergie noire, neutrinos, etc. Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 6 / 55
Simultanéité Lumière et relativité du temps Optique classique et électromagnétisme Temps absolu newtonien événements indexés par une date t (choix d un calendrier : origine et échelle) ; simultanéité : même date pour deux événements besoin de communiquer (échanger des informations) si événements en des lieux distants ; en pratique : rôle primordial de la vue/de la lumière ; parfois seul canal d information : astronomie antique ; besoin d étudier l outil lui-même : modélisation de la lumière fondamentale pour l évolution des connaissances (relativité, physique quantique, etc.) possibilité de comprendre même des objets invisibles dont certains au milieu desquels on baigne! exemples : matière noire, énergie noire, neutrinos, etc. Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 6 / 55
Simultanéité Lumière et relativité du temps Optique classique et électromagnétisme Temps absolu newtonien événements indexés par une date t (choix d un calendrier : origine et échelle) ; simultanéité : même date pour deux événements besoin de communiquer (échanger des informations) si événements en des lieux distants ; en pratique : rôle primordial de la vue/de la lumière ; parfois seul canal d information : astronomie antique ; besoin d étudier l outil lui-même : modélisation de la lumière fondamentale pour l évolution des connaissances (relativité, physique quantique, etc.) possibilité de comprendre même des objets invisibles dont certains au milieu desquels on baigne! exemples : matière noire, énergie noire, neutrinos, etc. Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 6 / 55
Simultanéité Lumière et relativité du temps Optique classique et électromagnétisme Temps absolu newtonien événements indexés par une date t (choix d un calendrier : origine et échelle) ; simultanéité : même date pour deux événements besoin de communiquer (échanger des informations) si événements en des lieux distants ; en pratique : rôle primordial de la vue/de la lumière ; parfois seul canal d information : astronomie antique ; besoin d étudier l outil lui-même : modélisation de la lumière fondamentale pour l évolution des connaissances (relativité, physique quantique, etc.) possibilité de comprendre même des objets invisibles dont certains au milieu desquels on baigne! exemples : matière noire, énergie noire, neutrinos, etc. Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 6 / 55
Simultanéité Lumière et relativité du temps Optique classique et électromagnétisme Temps absolu newtonien événements indexés par une date t (choix d un calendrier : origine et échelle) ; simultanéité : même date pour deux événements besoin de communiquer (échanger des informations) si événements en des lieux distants ; en pratique : rôle primordial de la vue/de la lumière ; parfois seul canal d information : astronomie antique ; besoin d étudier l outil lui-même : modélisation de la lumière fondamentale pour l évolution des connaissances (relativité, physique quantique, etc.) possibilité de comprendre même des objets invisibles dont certains au milieu desquels on baigne! exemples : matière noire, énergie noire, neutrinos, etc. Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 6 / 55
Lumière et relativité du temps La vitesse de la lumière Optique classique et électromagnétisme La découverte de Roemer longtemps supposée infinie Galilée : essai à l aide de lanternes distantes échec 1610, Galilée : découverte des lunes de Jupiter dont Io 1676, Rømer : décalage dans le mouvement d Io L avance ou le retard dans le mouvement d Io sont dûs au temps que met la lumière à nous parvenir première détermination de la vitesse de la lumière 300 000 km/s Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 7 / 55
Newton et l optique Lumière et relativité du temps Optique classique et électromagnétisme 1669 : lumière blanche composée notion de spectre modélisation corpusculaire : couleur différente particules de vitesse différente réfraction due à une force réfringente qui agit près de la surface Décomposition de la lumière blanche par un prisme Modèle de Newton de l optique la lumière se comporte comme les objets matériels mais vitesse élevée Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 8 / 55
Lumière et relativité du temps Optique classique et électromagnétisme Limitations de l optique corpusculaire optique newtonienne imparfaite (ex. : problème pour expliquer les interférences) 1678-1690,Huygens : modèle ondulatoire convient Interférences Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 9 / 55
Lumière et relativité du temps Optique classique et électromagnétisme Électromagnétisme et lumière : Maxwell 1864, Maxwell : théorie de l électromagnétisme (électricité et magnétisme) la lumière visible = onde électromagnétique parmi d autres! Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 10 / 55
Lumière et relativité du temps Optique classique et électromagnétisme Propagation de la lumière et éther : théorie théorie de Maxwell ondes électromagnétiques se propagent à la vitesse c propagation au travers de l éther (cf. vagues sur l eau) formule d addition des vitesses prédit possibilité de mesurer la vitesse de la Terre par rapport à l éther : V Lum/T erre = c ± V T erre/ether v + u = V Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 11 / 55
Lumière et relativité du temps Optique classique et électromagnétisme Propagation de la lumière et éther : expériences échec de plusieurs expériences dont celle de Michelson & Morley (1887) c + u = c pas d effet visible c ± V T erre/ether = c même quand V T erre/ether change!!! la vitesse de la lumière est la même pour tous les observateurs Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 12 / 55
Théorie de Lorentz Lumière et relativité du temps Optique classique et électromagnétisme Lorentz garde la physique newtonienne (ancienne et en accord avec les expériences) et modifie un peu la théorie de Maxwell (plus récente et moins bien comprise) pour expliquer les résultats expérimentaux mais hypothèses obscures nécessaires juste pour expliquer l absence de variations mesurables de c : Poincaré parle de complot de la Nature Contraction et dilatation contraction des longueurs dans le sens du mouvement ; besoin de supposer de plus une dilatation temporelle!?! explication : problème de synchronisation des horloges en mouvement par rapport à l éther variable t non physique (?) mais vrai temps t inobservable en général Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 13 / 55
Lumière et relativité du temps Einstein, Minkowski et la relativité restreinte 2 B : Einstein, Minkowski et la relativité restreinte Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 14 / 55
Lumière et relativité du temps Einstein, Minkowski et la relativité restreinte Remarque d Einstein sur la notion de simultanéité (1905) Simultanéité pas absolue! notion relative liée à l outil d observation/de communication pas de temps absolu : peut-être Newton est coupable dans l incompatibilité apparente avec Maxwell Premier article sur la relativité restreinte (1905) pas de notion absolue de simultanéité convention reposant sur un protocole expérimental pas de temps absolu tous les observateurs inertiels : même vitesse pour la lumière et mêmes résultats pour les expériences électromagnétiques invariance observée de c compatible avec le principe de relativité Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 15 / 55
Lumière et relativité du temps Einstein, Minkowski et la relativité restreinte Principe de relativité selon Einstein (1905) Idée : application du principe de relativité à toutes les lois de la physique, pas seulement la mécanique Principe de relativité selon Einstein : deux observateurs en mouvement à vitesse constante l un par rapport à l autre obtiendront les mêmes résultats pour toutes les expériences physiques qu ils peuvent faire L espace et le temps sont des concepts relatifs le principe de relativité appliqué à l électromagnétisme et à la mécanique ainsi que l abandon des hypothèses d un temps et d un espace absolus conduisent aux mêmes prédictions que la théorie de Lorentz (contraction des longueurs, dilatation des durées) mais sans étranges hypothèses électromagnétiques : le principe de relativité est l ingrédient clef. Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 16 / 55
Lumière et relativité du temps Einstein, Minkowski et la relativité restreinte Conséquences directes du principe de relativité (1905) La contraction des longueurs et la dilatation temporelle sont symétriques! Il n y a pas d éther l hypothèse d un éther n est plus utile pas de mouvement de la Terre par rapport à l éther observé car pas d éther! Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 17 / 55
Lumière et relativité du temps Vérifications expérimentales Einstein, Minkowski et la relativité restreinte dilatation temporelle vérifiée dans les collisionneurs de particules (CERN, etc.), en astrophysique des hautes énergies, via les rayons cosmiques, etc. testée précisément aussi avec des horloges atomiques dans des avions voyageant autour de la Terre (cf. paradoxe des jumeaux de Langevin) : pas de symétrie car l un est accéléré pour faire demi-tour Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 18 / 55
Lumière et relativité du temps Einstein, Minkowski et la relativité restreinte Quelques autres conséquences de la relativité restreinte Situation en 1908 la théorie d Einstein modifie les équations newtoniennes la masse est une forme prise par l énergie : E = mc 2 seule l énergie est conservée, pas la masse création de particules, annihilation, antimatière, etc. impossible d atteindre ou dépasser la vitesse c addition des vitesses : V u + v mais si u ou v = c V = c V = u + v 1 + u v c 2 théorie reposant sur des hypothèses simples, mais en pratique pas très intuitive et équations compliquées... Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 19 / 55
Lumière et relativité du temps La naissance de l espace-temps Einstein, Minkowski et la relativité restreinte Minkowski (1908) relativité restreinte plus simple et condensée géométriquement ingrédient clef : l espace-temps à 4 dimensions points de l espace-temps = événements (quelque part à un instant donné) espace-temps est identique pour tous les observateurs et n est pas affecté par eux : objet absolu relativité de la simultanéité relativité dans le découpage de l espace-temps en tranches spatiales (= en moments présents) contraction et dilatation de Lorentz effets de perspective spatio-temporelle principe d inertie relativiste : lignes droites dans l espace-temps et pas uniquement l espace vitesse de la lumière = constante géométrique vitesse maximale pour l information et vitesse de toute particule sans masse (pas uniquement la lumière) Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 20 / 55
Lumière et relativité du temps Einstein, Minkowski et la relativité restreinte Observateurs inertiels et diagramme d espace-temps Gauche : observateurs inertiels dans l espace-temps selon Newton : tous ont le même temps et le même espace ; Droite : pour Minkowski, l espace (= ensemble des événements simultanés) dépend de l observateur. Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 21 / 55
Lumière et relativité du temps Einstein, Minkowski et la relativité restreinte Observateurs inertiels et cônes de lumière Cônes de causalité : délimitent les événements qui peuvent être en relation causale ordre indépendant de l observateur si un événement dans le cône de l autre Hors des cônes : ordre chronologique dépend de l observateur, pas de relation causale possible ; Distance spatio-temporelle : S 2 = c 2 ( t) 2 ( x) 2 S 2 > 0 dans le cône (v < c) ; S 2 = 0 sur le cône (v = c) ; S 2 < 0 en dehors (v > c) Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 22 / 55
Lumière et relativité du temps Einstein, Minkowski et la relativité restreinte Résumé et questions ouvertes en relativité restreinte Temps et espace relatifs durées et distances dépendent de l observateur pas de simultanéité ni de chronologie absolues relation de causalité entre événements cruciale espace-temps absolu Problèmes et questions Pourquoi seuls les observateurs inertiels ont le droit au principe de relativité? certaines personnes sont moins relatives que les autres? Qu en est-il de la gravitation selon Newton si aucune information ne peut voyager plus vite que c? à peine quinze ans plus tard : la relativité générale répond à ces questions (et en pose d autres!) l espace-temps lui-même n est pas absolu et le temps est local Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 23 / 55
Géométrie pseudo-riemannienne et temps local 2 Géométrie pseudo-riemannienne et temps local Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 24 / 55
Géométrie pseudo-riemannienne et temps local Universalité de la chute libre et principe d équivalence 2 A : Universalité de la chute libre et principe d équivalence Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 25 / 55
Géométrie pseudo-riemannienne et temps local Principe d équivalence selon Einstein Universalité de la chute libre et principe d équivalence universalité de la chute libre pas de différence localement entre un champ de gravitation et une accélération (associée à une force d inertie due à l accélération du référentiel) principe d équivalence En haut : accélération uniforme En bas : un champ gravitationnel n est pas homogène : déviations liées à des effets de marée le principe d équivalence est local Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 26 / 55
Géométrie pseudo-riemannienne et temps local Accélérations, gravitation et géométrie Universalité de la chute libre et principe d équivalence Disque en rotation : contraction de Lorentz (pas pour le rayon) Circonférence < 2 π Rayon la géométrie euclidienne n est plus valable! : l espace semble courbe (géométrie relative) Principe d équivalence la même chose doit avoir lieu en présence d un champ de gravitation les effets de marées sont une illustration de cette courbure Extension de la formulation de Minkowski de la relativité restreinte la gravitation témoigne de la courbure de l espace-temps Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 27 / 55
Géométrie pseudo-riemannienne et temps local Universalité de la chute libre et principe d équivalence De la relativité restreinte à la relativité générale Modifications apportées à la relativité restreinte et à la physique newtonienne le principe de relativité est valable pour tous les observateurs, mais cela nécessite de compliquer la géométrie apparente de l espace et du temps : ils semblent courbes à un observateur accéléré en présence de masse et d énergie, la géométrie réelle de l espace-temps est modifiée : l espace-temps n est plus absolue (affecté par son contenu) et la courbure se traduit par une déviation des trajectoires gravitation Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 28 / 55
Géométrie pseudo-riemannienne et temps local Gravitation relativiste Universalité de la chute libre et principe d équivalence Espace-temps en présence de gravitation description relativiste de la gravitation requiert un espace-temps courbe la présence d énergie ou de matière modifie ses propriétés la gravitation affecte aussi le rythme du temps qui devient local la lumière doit être également déviée par un champ de gravitation Raison pour laquelle la Terre orbite autour du Soleil selon la relativité générale Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 29 / 55
Géométrie pseudo-riemannienne et temps local Prédictions et tests de la relativité générale 1 B : Prédictions et tests de la relativité générale Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 30 / 55
Géométrie pseudo-riemannienne et temps local Prédictions et tests directs de la RG Prédictions et tests de la relativité générale Avance du périhélie de Mercure le mouvement de Mercure n était pas parfaitement compris : l orbite tournait plus vite que prévu par les calculs newtoniens la RG donne le résultat exact Déviation de la lumière la lumière provenant d étoiles lointaines et passant à côté du Soleil est déviée plus facile à constater pendant une éclipse de Soleil 1919 : Eddington vérifia la prédiction d Einstein Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 31 / 55
Géométrie pseudo-riemannienne et temps local Prédictions et tests de la relativité générale L effet Einstein et le décalage vers le rouge influence d un champ de gravitation sur le temps : crucial pour le GPS une onde émise avec une certaine fréquence dans un champ de gravitation intense aura une fréquence plus faible là où le champ est moins intense décalage vers le rouge gravitationnel ( effet Doppler qui est lié à un mouvement relatif) vérifié même dans le champ de gravitation terrestre et sur une distance de 22 mètres (1960, Pound et Rebka, différence relative en fréquence de 1/10 15 ) Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 32 / 55
Trous noirs et temps gelé 2 Trous noirs et temps gelé Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 33 / 55
Trous noirs et temps gelé Astres obscurs et vitesse de libération 1783, Michell : astres tels que v lib > c? v lib > c invisibles mais effet gravitationnel observable si autre astre proche v lib = 2 G M R augmente si M augmente ou R diminue situation suffisante : masse du Soleil dans une boule de 3 km de rayon... : Vitesse de libération Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 34 / 55
Trous noirs et temps gelé Solution de Schwarzschild et singularité 1916, Karl Schwarzschild : première solution des équations d Einstein espace-temps autour d une masse sphérique pour une masse M donnée, un terme infini (= une singularité) apparaît dans la solution mathématique si le rayon R est plus petit que le rayon de Schwarzschild R S = 2 G M c 2 (1) R S = rayon telle que v lib = c! longs débats pour décider du sens physique à donner à ce phénomène et juger de sa réalité... dans un premier temps, semble peu intéressant : R S M M 2950 m très différent des étoiles observées... exemple : rayon Schwarzschild Terre = 9 mm... Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 35 / 55
Trous noirs et temps gelé Un pas vers les trous noirs : supernovæ, pulsars, etc. première moitié du vingtième siècle : compréhension de la structure des étoiles (réactions nucléaires, etc.), de leur évolution, etc. deuxième moitié du vingtième siècle : observation d étoiles compactes (pulsar, étoiles à neutrons, etc.) trous noirs envisagés plus sérieusement comme résultat possible de l effondrement d étoiles massives en fin de vie âge d or des trous noirs dans les années 1960-1970 (Hawking, Penrose, Wheeler, Carter, etc.) Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 36 / 55
Trous noirs et temps gelé Photos de supernovæ Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 37 / 55
Résidu central Trous noirs et temps gelé résidu central = soupe très chaude et dense : T 10 milliards de degrés ; masse du volume d une balle de tennis 10 milliards de tonnes (10 13 kg) contraction en moins d une minute, rayon 10 km étoile à neutrons ou trou noir si trop de masse Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 38 / 55
Trous noirs Trous noirs et temps gelé trou noir = région de l espace-temps dont rien ne sort (même la lumière) frontière = horizon du trou noir (surface = 4 π R 2 S ) 1967, Wheeler : terme trou noir espace-temps extrêmement courbe : lumière en orbite circulaire possible invisible mais effet gravitationnel sur objet proche (prédiction Michell) Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 39 / 55
Trous noirs et temps gelé Horizon (vu de loin) pas une surface physique espace-temps extrêmement courbe : R S n est pas la distance entre le centre du trou noir et l horizon accélération infinie pour rester immobile à cet endroit décalage vers le rouge infini par rapport aux observateurs lointains : matière semble gelée/ temps arrêté un observateur lointain ne voit jamais la matière en chute libre vers un trou noir passer l horizon mais elle devient invisible Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 40 / 55
Trous noirs et temps gelé Passage à travers l horizon rien de spécial à la traversée pour observateur en chute libre si trou noir suffisamment gros effets de marées (diminue avec masse du trou noir) entrée dans un trou noir supermassif sans effets notables! à l intérieur : courbure de plus en plus importante et destruction inévitable (détails précis inconnus!) chaque cellule du corps (voire chaque atome) a son propre temps! Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 41 / 55
Trous noirs et temps gelé Observation des objets compacts trou noir : pas d émission directe de lumière, mais matière à proximité souvent localisés dans des systèmes binaires matière arrachée au compagnon disque d accrétion matière chauffée émission de rayons X, ondes radio, etc. même scénario possible si étoile à neutrons et pas trou noir Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 42 / 55
Trous noirs et temps gelé Trous noirs supermassifs et quasars idem pour trous noirs très massifs : plusieurs milliards de masses solaires trou noir supermassif au centre des galaxies (même la Voie Lactée) accrétion d étoiles observation de quasars : objets très lointains (distances cosmologiques) avec très forte émissivité mais spectre semblable à celui d une étoile quasar le plus brillant : 2000 milliards (10 12 ) de fois le Soleil, 100 fois plus qu une galaxie comme la Voie Lactée Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 43 / 55
Trous noirs et temps gelé Sagittarius A au centre de la Voie lactée Sagittarius A : trou noir (M 4 10 6 M, r < 120 UA) Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 44 / 55
Cosmologie, modèle du Big Bang et naissance du temps 3 Cosmologie, modèle du Big Bang et naissance du temps Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 45 / 55
Cosmologie, modèle du Big Bang et naissance du temps Décalage vers le rouge et expansion de l Univers espace-temps objet physique Univers aussi cosmologie scientifique 1917, Einstein : premier modèle cosmologique statique (univers fermé, avec une constante cosmologique pour l empêcher de s effondrer) 1922-1940, Friedman, Lemaître, Hubble, Gamow : idée d un Univers dynamique en expansion (grands décalages vers le rouge observés) Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 46 / 55
Cosmologie, modèle du Big Bang et naissance du temps Expansion de l Univers et début de la matière? espace-temps dynamique matière en expansion (pas une explosion!) Lemaître : par le passé, atome primitif (modèle du Big Bang ) Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 47 / 55
Cosmologie, modèle du Big Bang et naissance du temps Univers primordial et commencement du temps plasma primordial et naissance de l espace-temps frontière Si on revient trop en arrière la notion de temps perd son sens! Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 48 / 55
Cosmologie, modèle du Big Bang et naissance du temps Observation de l univers primordial 1964, Penzias et Wilson : observation faite par hasard d un rayonnement de fond micro-onde homogène relique du passé dense et chaud de l Univers Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 49 / 55
Cosmologie, modèle du Big Bang et naissance du temps Observation du CMB : WMAP (2003) vs Planck (2013) Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 50 / 55
Cosmologie, modèle du Big Bang et naissance du temps Accélération de l expansion et énergie sombre 1990-2000 : mesures précises du rayonnement de fond (CMB) bon accord avec la relativité générale 1999 : expansion de l Univers accélérée (Nobel 2011) à cause d une énergie noire /constante cosmologique? Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 51 / 55
Cosmologie, modèle du Big Bang et naissance du temps Problème de la masse manquante rappel : on pèse les astres en les observant (lois de Kepler) observations en désaccord avec la théorie : les galaxies semblent contenir plus de masse que ce que l on voit même conclusion avec les mirages gravitationnels Interprétation : il existe de la matière noire qui n émet aucune lumière Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 52 / 55
Cosmologie, modèle du Big Bang et naissance du temps Bilan du contenu de l Univers selon la cosmologie moderne Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 53 / 55
Cosmologie, modèle du Big Bang et naissance du temps Fin du temps et de tout? Destin incertain de l Univers expansion indéfinie (?) Big Crunch (?) Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 54 / 55
Cosmologie, modèle du Big Bang et naissance du temps Résumé et révolutions relativistes Temps et espace doublement relatifs durées et distances dépendent de l observateur mais aussi de l énergie présente espace-temps pas absolu pas de temps (simultanéité, durée, chronologie) absolu possibilité de temps gelé possibilité de régions causalement coupées horizon naissance et mort du temps, de l espace et de la matière? Questions et limites de la théorie premiers instants de l Univers et intérieur des trous noirs? singularités (= infinis) témoignent des limites de la théorie besoin de savoir décrire l espace-temps aux toutes petites échelles... la gravitation quantique essaie d apporter des éléments de réponses à ces questions mais elle en pose encore plus l espace-temps existe-t-il vraiment ou n est-il qu un cadre de pensée commode au quotidien? Loïc Villain (LMPT) Mars 2014 55 / 55