Condensé cosmologique Félix Pharand 13-05

CONDENSÉ
COSMOLOGIQUE
par Félix Pharand-Deschênes
15.08.2003

Condensé cosmologique Félix Pharand-Deschênes.
1. ÉCHELLE DE TEMPS COSMOLOGIQUE
0. Singularité : théorie des supercordes – théorie M ?
Théorie de Kaluza-Klein à 11 dimensions ? Espace de Calabi-Yau ?
Ère quantique : u-topie et u-chronie; « temps imaginaire » de Hartle-Hawking ?
I. Ère des quarks – échelles de Planck
1. Durée : 10-43 s à 10-37 s Grande Unification, annihilation des X± en quarks±
2. Échelle : 10-33 cm Domination stochastique de la matière sur l’antimatière
3. Température : 1032 K
4. Densité : 1094 g/m3
II. Ère inflationnaire : « Surfusion » des fluctuations du « vrai vide »
1. 10-37 s à 10-32 s Brisure de symétrie
2. 1018 a.l. / s / n
3. 1026 K
III. Ère hadronique : Découplage bosons et fermions
1. 10-32 s à 10-4 s 1 hadron / 108 photons ; annihilation proton-antiproton
2. ?
1
3. 1026 K à 1012 K
4. 1074 g/m3
IV. Ère leptonique : Matérialisation des neutrinos et électrons
1. 10-4 s à 1 s 1 électron / 108 photons ; annihilation électron-positron
3. 1012 K à 1010 K
4. 1018 g/m3
V. Ère nucléosynthétique : Synthèse de l’hélium et du deutérium primordiaux
1. 1 s à 1 000 s
3. 1010 K à 109 K
4. 106 g/m3
VI. Ère radiative : Plasma et rayonnement
1. 1 000 s à 379 000 a Se termine par le découplage matière-énergie (RFC)
2. Expansion
3. Refroidissement jusqu’à 3 000 K
VII. Ère massive ou stellaire : Formation des étoiles (200 Ma), des galaxies et des amas
1. 379 000 a à AUJOURD’HUI
3. 2,7251 K, asymptotiquement vers O K
2. PROSPECTIVES COSMIQUES
si Ω > 1 : vers le Big Crunch — inverse temporel du Big Bang
2
si Ω < 1 : vers le Big Chill
[si proton > 1032 ans]
VIII. Ère de dégénérescence :
1014 a : astres dégénérés et cadavres stellaires ; 1015 a : errances planétaires
1019 a : hémorragies galactiques ; 1027 a : formation trous noirs métagalactiques (> 1013 Msol)
IX. Ère des trous noirs :
1066 a : évaporation des trous noirs stellaires lorsque RFC chute sous 10-7 K
1099 a : évaporation des trous noirs galactiques lorsque RFC chute sous 10-17 K
10117 a : évaporation des trous noirs métagalactiques lorsque RFC chute sous 10-21 K
X. Ère noire :
101500 a : transformation de la matière froide restante en fer par effet tunnel
1010 puissance 26 a [76 a] : reformation de trous noirs…
[si proton ≈ 1032 ans]
1033 a : déclin de la matière baryonique ; règne obligé des trous noirs
Atomes de « positronium » liés par électromagnétisme et s’annihilant en 10120 a
1
L’échelle spatiale post-inflationnaire ne peut être totalement observée en raison de la vitesse finie de la lumière. Tandis que
l’Univers observable est de l’ordre de 1028 cm, l’Univers en entier, selon Linde, couvrirait 1010 puissance 12.
2
Bien que conformément à la 2ème loi de la thermodynamique qui prédit une augmentation constante de l’entropie.

Condensé cosmologique Félix Pharand-Deschênes.
3. MODÈLES D’INFLATION
Modèle de Guth : « faux vide » métastable à « vrai vide » stable par effet tunnel ; inflation rapide
Modèle d’Albrecht, Steinhardt et Linde : progression « faux vide » à « vrai vide » ; inflation lente
Modèle de Linde : « faux vide » aléatoire retournant au « vrai vide » ; inflation chaotique
4. LES FLÈCHES DU TEMPS
1. Flèche thermodynamique : accroissement de l’entropie
2. Flèche psychologique : concaténation des instants ; souvenir du passé, non de l’avenir
3. Flèche ondulatoire : éloignement d’une onde de sa source
4. Flèche cosmologique : dynamique de la sphère en comouvement – Big Crunch versus Big Chill
5. À LA RECHERCHE D’OMÉGA [Ω]
3
1. Matière observable baryonique :
Estimation à 140 000 000 000 de galaxies ; nuages de gaz et poussière ; 1088 nucléons
Évidences : observations luminiques
Contribution à Ω : 0,01
2. Matière sombre baryonique :
Exoplanètes ; naines brunes ; MACHOs [Massive Compact Halo Objects]
Évidences : nucléosynthèse primordiale calculée et abondance de deutérium observée
Contribution à Ω : 0,044
3. Matière sombre non-baryonique :
« Axions » ; neutrinos ; WIMPs [Weak Interacting Massive Particules]
Évidences : écart entre les effets gravifiques et la matière observée (étoiles et halos galactiques)
Contribution à Ω : 0,224
4. Matière sombre « cosmologique » :
Constante cosmologique ou « énergie du vide »
Évidences : désaccord entre le RFC (K = 0) et les estimations de Ωm
Contribution à Ω : 0,73
6. MODÈLES COSMOLOGIQUES
K Ω Étendue Destinée
avec Big Bang
4
Friedmann-Lemaître -1 hyperbolique < 1 ouvert et infini expansion infinie
Einstein-de Sitter 0 plat = 1 ouvert et infini ralentissement asymptotique
Friedmann-Lemaître +1 sphérique > 1 fermé et fini expansion puis effondrement
avec constante cosmologique
Friedmann-Lemaître -1 hyperbolique < 1 ouvert et infini expansion exponentielle
sans Big Bang
Eddington-Lemaître +1 sphérique > 1 fermé et fini statique, puis expansion infinie
État stationnaire 0 plat < 1 ouvert et infini stationnaire (mais non statique)
7. SEPT NOMBRES DÉTERMINANT L’UNIVERS
5
1. αS : constante de couplage de l’interaction nucléaire forte
2. α : constante de couplage de l’interaction électromagnétique
3. αW : constante de couplage de l’interaction nucléaire faible
4. αG : constante de couplage de l’interaction gravitationnelle
5. Me / Mn : rapport entre la masse de l’électron et celle du neutron
6. ∆ Mn / Mp : différence de masse entre le proton et le neutron
7. n : dimensionnalité de l’espace
3
Pour fixer les idées, si Ω = 2, l’expansion se prolongera encore sur quarante milliards d’années (i.e. 60 x 109 a après le Big
Bang) avant de se contracter ; à ce point, la température aura chuté à 1,5 K et le rayon de l’horizon cosmologique aura doublé.
4
En vertu du principe cosmologique, l’Univers est homogène et isotrope.
5
Selon I. Rozental

Condensé cosmologique Félix Pharand-Deschênes.
8. VARIABLES COSMOLOGIQUES
6
1. Ho : constante de Hubble = taux d’expansion de l’Univers
2. t : âge de l’univers
3. Ωb : densité de la matière baryonique
4. Ωm : densité de la matière sous toutes ses formes
7
5. Ωλ : densité de la constante cosmologique
6. Ωtot : rapport de la densité moyenne de l’univers sur sa densité critique (détermine le futur de l’univers)
9. DONNÉES DE 2003 (WMAP)
1. Ho = 71 ± 4 km / s / Mpc
2. t = 13,7 ± 0,2 Ga
3. Ωb = 0,044 ± 0,004
4. Ωm = 0,27 ± 0,04 [dont 0,224 ± 0,0009 de matière sombre froide]
5. Ωλ = 0,73 ± 0,04
6. Ωtot : 1,02 ± 0,02
8
10. ORIENTATION DES RECHERCHES
a. Ωbh2 : mesure de l’hélium et du deutérium laissé par les premières phases de l’univers
9
b. Ωm - Ωλ : évaluation des distances à grande et petite échelles
c. Inventorier : étoiles, gaz intergalactique, WIMPs et MACHOs dans les amas et superamas
d. Déterminer la masse des neutrinos en laboratoire
e. Sophistiquer les modèles pour expliquer la formation des galaxies telles qu’observées
10
11. VECTEURS DE MOUVEMENT
1. Rotation terrestre : 1 290 km/h
2. Révolution terrestre : 107 278 km/h ou 29,78 km/s
3. Révolution solaire : 240 km/s
4. Soleil vers l’apex vers Hercule : 19,7 km /s
5. Voie Lactée vers Andromède : 130 km/s
6. Amas local vers l’amas de la Vierge : 630 km/s (l 268 ° ; b 27 °)
7. Superamas de la Vierge vers le superamas du Centaure : 220 km/s (l 284° ; b 75°)
495 km/s (l 274° ; b 12°)
8. Grand Attracteur : l 307° ; b 9° (± 40° x 40°)
12. PEDIGREE COSMIQUE
Température de l’univers : 2,7251 K [RFC : 410,4 millions de photons / m3]
Densité de l’univers : 10-29 g/cm3 ou 2,5 x 10-7 nucléon / cm3 [3 x 109 photons / baryon]
Densité de la matière galactique dans l’univers : 2 x 10-31 g/cm3
Densité moyenne des galaxies dans l’univers : 0,02 galaxie / Mpc
6
À eux seuls, tous ces nombres décriraient le passé, le présent et le futur de tout univers homogène et isotrope possible où la
Relativité générale serait une bonne théorie de la gravitation.
7
Normalisée en la densité qui serait nécessaire pour mettre fin à l’expansion infinie de l’Univers.
8
Les observations effectuées par B. P. Schmidt et S. Perlmutter (1998), ainsi que la sonde WMAP (2001-2003), suggèrent un
modèle d’univers euclidien au sein duquel la constante cosmologique contrecarre la gravitation à grande distance. Bien que sa
nature reste encore obscure, elle agirait comme une force lévitationnelle et augmenterait le taux d’expansion de l’Univers aux
échelles cosmologiques, i.e. > 5 x 109 a.l.
9
« h » est la constante de Hubble en unité de km / s / Mpc.
10
La théorie de la croissance hiérarchique (du plus petit au plus grand) se confronte à la théorie de la fragmentation (du plus
grand au plus petit).

Condensé cosmologique Félix Pharand-Deschênes.
13. BESTIAIRE DES PARTICULES
TACHYON (tachyos = rapide) : particule supraluminique hypothétique
BOSON (d’après Satyendranâth Bose) : spin entier et vecteur
PHOTON (photos = lumière) : vecteur de l’interaction électromagnétique
GLUON : vecteur de l’interaction nucléaire forte entre les quarks
GRAVITON : vecteur hypothétique de l’interaction gravitationnelle
W+, W-, Zo : vecteurs de l’interaction nucléaire faible
HIGGS : vecteur hypothétique des champs scalaires
FERMION (d’après Enrico Fermi) : spin demi-entier et acteur ; principe d’exclusion de Pauli
LEPTON (leptos = léger) : interaction nucléaire faible
NEUTRINO : électronique, muonique et tauonique
ÉLECTRON ≠ POSITRON
MUON (200 fois la masse de l’électron)
TAU (3 600 fois la masse de l’électron)
QUARK (bleu, rouge, vert) : up, down – strange, charm – bottom, top
HADRON (hadros = fort) : composé de quarks ; interaction nucléaire forte
MÉSON : composé de deux quarks ±
PION : π+, π-, πo
KAON (970 fois la masse de l’électron)
BARYON (baryos = lourd) : composé de trois quarks ; principe d’exclusion de Pauli
NUCLÉON : PROTON, NEUTRON
HYPÉRON
14. ÉQUIVALENTS SUPERSYMÉTRIQUES
Boson SUSY Fermion SUSY
Gluon Gluino Électron Sélectron
Photon Photino Neutron Neutralino
W+ W- Zo Wino, Zino Neutrino Sneutrino
Graviton Gravitino Quark Squark
Higgs Higgsino Lepton Slepton
15. LES QUATRE MAINS DU DÉMIURGE
Interactions Portée Intensité Vecteurs
Gravitationnelle ∞ 10-38 Gravitons
Électromagnétique ∞ 10-2 Photons
Nucléaire forte 10-13 cm 1 Gluons
Nucléaire faible 10-16 cm 10-7 W+ W- Zo
16. DÉFAUTS TOPOLOGIQUES dans l’ESPACE-TEMPS QUADRIDIMENSIONNEL (d4)
1. Texture (d0) : événement spatio-temporel ; sphères tridimensionnelles non contractiles
2. Monopôle magnétique (d1) : point dans l’espace ; sphères non contractiles
3. Corde cosmique (d2) : ligne fermée ou infinie dans l’espace ; boucles non contractiles
[Typiquement, épaisseur de 10-27 cm et densité de 1023 g/cm]
4. Mur domanial (d3) : surface fermée ou infinie dans l’espace ; vide non connexe
[Espaces non connexes où les symétries discrètes respectives sont de F = 1 et F = -1]
17. CHAMPS ET PARTICULES ASSOCIÉES
Scalaire : particules de Higgs
Spinoriel : fermions
Vectoriel : bosons
Tensoriel : supercordes