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22 août 2020 6 22 /08 /août /2020 10:55

A chacun sa propre lecture du ‘Fond diffus cosmique micro-ondes’

Récemment, le 22/o7, j’ai posté l’article : ‘Anthrôpos ne cessera de creuser’ dans lequel je rapportai, entre autres, qu’avec le Télescope de Cosmologie d’Atacama (ACT), ayant cartographié le fond cosmique micro-ondes, il était confirmé les résultats du satellite Planck à propos de la constante de Hubble relative à l’univers primordial. Ce résultat n’est pas surprenant car les outils théoriques et partant les algorithmes pour décrypter le rayonnement fossile et déterminer la constante de Hubble (H) sont identiques dans les deux cas. On est convaincu depuis plusieurs années que les résultats donnés par l’équipe Planck sont fiables et ACT vient à nouveau le confirmer. Ainsi, A. Riess a pu applaudir, à juste raison, la qualité du travail des expérimentateurs et en même temps laissé entendre que, selon lui, le modèle standard de la cosmologie est faux : « Mon instinct (sic) me dit qu’il se passe quelque chose d’intéressant. »

            Rappelons-nous que la première image du fond diffus cosmique micro-ondes fut obtenue par hasard à la fin des année 1970. L’humanité n’avait jamais observé une ‘photographie’ aussi profondément lointaine dans le temps passé de l’univers. Sondes, satellites, ballons sondes, bolomètres, ont été depuis envoyés dans l’espace pour recueillir le maximum de détails relatifs à cette première image (qui est encore, aujourd’hui, première image possible, accessible, de l’univers pour l’humanité.) C’est donc à partir de ce référentiel de signes à décrypter qu’il fut imaginé et conçu, avec les outils scientifiques théoriques disponibles, l’histoire de ce qui a pu se produire jusqu’à ce que cette empreinte se soit formée (380.000 ans après le Big Bang) dont sa relique occupe tout l’espace du passé de l’univers jusqu’à aujourd’hui[1]. C’est à partir de cette première image restituée que les physiciens ont théorisé une origine de l’univers sous forme d’avènement Big Bang, à partir de rien, 380.000 ans avant celle-ci. Entre le temps zéro de l’univers et 380.000 ans toute une chronologie, d’événements, de surgissements de propriétés, de produits, a été scientifiquement élaborée pour que ce qui est décrypté dans le rayonnement fossile et ce qui est conçu coïncident. L’inflation primordiale a aussi été accepté pour rendre compte du constat que notre espace est euclidien (plan). En à peine deux décennies c’est une extraordinaire machinerie naturelle qui a été inventée, dont la communauté scientifique éprouvait, à juste raison, de la fierté.

            La gravité quantique à boucles (LQG), a été développée sur une base totalement théorique, c’est-à-dire que ses inventeurs[2] se sont donnés pour objectif de construire la version quantique de la Relativité Générale, puis ensuite la confronter à la connaissance acquise et que nous continuons d’acquérir de l’univers primordial. Dans cette entreprise la gravité quantique à boucles étend son domaine de référence et devient la cosmologie quantique à boucles (LQC). C’est donc avec un recul intellectuel que les physiciens adeptes de la LQC testent leur théorie en regard de la première image de l’univers car celle-ci ne constitue pas leur calibre de vérité. Cette lecture différente qu’ils peuvent avoir du rayonnement fossile est très certainement utile. Ainsi leur interprétation des quatre anomalies recensées ne doit pas être ignorée par les autres non adeptes de la LQC.

            Il n’y a pas que A. Riess qui pense que le modèle standard de la cosmologie est moribond car les progrès de l’observation grâce à des instruments de plus en plus performants mettent en évidence des écarts significatifs entre ce que l’on observe et ce que l’on pensait être finalement établi. L’article que j’ai recueilli dans PhysicsWorld le 17/08, amène à réfléchir à ce propos. En aucun cas, il n’est nécessaire d’être un(e) adepte de la LQG et de LQC pour lire avec intérêt cet article traduit par mes soins.

            En lisant cet article, nous devons avoir présent à l’esprit qu’actuellement il y a la conviction que la première image de l’univers fournie par le satellite Planck, après celle de WMAP : 15 ans plus tôt, contient certaines informations que, présentement, nous ne sommes pas capables de décrypter, car trop ténues. Il n’existe pas de projet possible de concevoir un satellite ou une sonde plus performant soit pour des raisons technologiques et/ou financières. Le recours actuel c’est : ‘Une Avancée Théorique’. Le laboratoire actuel pour tester cette Avancée, n’est rien d’autre que l’histoire que l’on prête et que l’on prêtera à notre univers.

‘Les anomalies micro-ondes renforcent le cas de la cosmologie quantique à boucles, disent les physiciens’

Article sur le site ‘PhysicsWorld’ le 17 août 2020

 Qu’a vu le satellite Planck : le ‘Fond diffus cosmique micro-ondes’ abrite-t-il des preuves en faveur de la cosmologie quantique à boucles ?

Une théorie de la gravité quantique qui décrit l’univers comme commençant par un « Big Bounce », « Grand Rebond », plutôt qu’un Big Bang a réussi à expliquer plusieurs anomalies dans le rayonnement du fond diffus micro-ondes cosmique (CMB) encore appelé tout simplement : rayonnement fossile.

La gravité quantique à boucles, (Loop quantum gravity : LQG) est une alternative à la théorie des cordes et décrit l’espace lui-même comme étant quantifié aux plus petites échelles, connues sous le nom de longueur de Planck, d’environ 10-35m. Selon la LQG, l’espace ne peut pas être réduit en dessous de cette valeur, et l’application de LQG à l’Univers plus large est connue sous le nom de cosmologie quantique à boucles, (Loop quantum cosmology : LQC).

Dans la cosmologie standard du Big Bang, si nous faisions reculer l’histoire de l’univers pour qu’il s’effondre plutôt que de s’étendre, l’univers se contracterait en une singularité inconnaissable. Cependant, dans la LQC, l’univers qui s’effondre, cesserait de s’effondrer à la longueur de Planck, puis rebondirait. Cela suggère que si la LQC est correct, il n’y avait pas de singularité Big Bang, mais un Grand Rebond résultant de l’effondrement d’un univers précédent (sic).

Caractéristiques anormales

Maintenant, une nouvelle recherche menée par une équipe dirigée par Abhay Ashtekar à l’Université d’État de Pennsylvanie, a constaté que la LQC peut expliquer plusieurs anomalies dans le CMB qui n’ont pas pu être expliquées dans le cadre d’autres théories. La recherche est décrite dans le ‘Physical Review Letters’.

Les travaux portent sur deux anomalies. L’une concerne le spectre de puissance[3] du CMB, qui trace les minuscules variations de température dans le CMB par rapport à leur taille angulaire. L’autre anomalie étudiée concerne l’amplitude de l’effet de lentille gravitationnelle, c’est-à-dire le degré par lequel la lumière CMB a été gravitationnellement modifiée pendant qu’elle a voyagé à travers l’univers. L’effet lentille gravitationnelle est le résultat de la distribution et de la densité de matière qu’elle traverse, qui à son tour est reliée aux fluctuations quantiques qui ont ondulé à travers l’univers très tôt, avant l’inflation.

Si la LQC est correct, alors le Grand Rebond devrait avoir influencé les propriétés du CMB. En particulier, la LQC décrit comment, au moment du Grand Rebond, la courbure de l’espace-temps était plus grande qu’à tout autre moment de l’histoire cosmique.

« La cosmologie quantique à boucles prédit une valeur spécifique pour la courbure au rebond, » Ashtekar dit à Physique World : « Cette valeur est essentielle pour obtenir ce que nous voyons, à savoir qu’il y a certaines modifications de l’inflation, précisément à ces grandes échelles angulaires, qui proviennent de la nature spécifique de la cosmologie quantique à boucles. »

Empreinte du Grand Rebond

La grande courbure de l’espace au Grand Rebond imprime des fluctuations spécifiques dans le CMB qui sont d’une longueur d’onde beaucoup plus grande que la taille de l’univers visible, et donc nous ne pouvons pas les détecter directement. Cependant, ils sont également en corrélation avec des modes de longueur d’onde plus petits qui ont un effet perceptible sur le CMB, sous la forme d’anomalies apparentes que le modèle du Big Bang ne peut pas expliquer adéquatement.

Il y a six paramètres fondamentaux qui déterminent ce que nous voyons lorsque nous regardons en arrière du fond diffus cosmique. Deux de ces paramètres sont primordiaux, relatifs à la fin de l’inflation, et leurs valeurs influencent le spectre de puissance fond diffus (CMB). Deux autres se rapportent à l’époque entre la fin de l’inflation, quand l’univers avait environ 10-32s, et le moment où la lumière du CMB a été émise, environ 379.000 ans plus tard. Les deux derniers paramètres décrivent ce qui se passe entre le moment où le CMB a été émis, et maintenant. Bien que le modèle standard de la cosmologie Big Bang soit capable de déterminer les valeurs de ces paramètres, la LQC modifie leurs valeurs de telle sorte que les anomalies sortent naturellement des données en tant que produits de l’empreinte de cette courbure extrême au Big Bounce.

« C’est assez étonnant qu’avec ces six paramètres, les cosmologistes soient en mesure de prédire ce que nous voyons aujourd’hui », dit Ashtekar.

Une troisième anomalie est hémisphérique – les deux hémisphères de la CMB ont des énergies moyennes différentes. Les travaux d’Ivan Agullo, de la Louisiana State University, ont déjà été en mesure d’examiner cette anomalie de la même manière, en exploitant les contraintes propres à la LQC. Agullo décrit le travail du groupe d’Ashtekar comme « fantastique », ajoutant : « Cela prouve que les processus physiques qui se produisent dans le passé lointain, avant l’époque inflationniste (sic), peuvent laisser des empreintes observables dans le ciel. »

Une quatrième anomalie – la tension entre les mesures de la constante de Hubble selon que vous la calculez en fonction du CMB ou via les chandelles standards plus locales telles que les supernovae de type Ia – attend toujours une explication. Ashtekar souligne toutefois que le travail d’Alejandro Perez de l’Université d’Aix-Marseille en France fait les premiers pas en utilisant la LQC pour résoudre ce problème.

 

[1] Les photons reliques ont actuellement une température de l’ordre de 2,725°K et une densité de 400/cm3. Lorsqu’ils furent émis, 380.000 ans après le Big Bang, ils étaient à la température de 3000°K. Ce refroidissement est dû essentiellement à l’expansion de l’univers.

[2] Citons parmi les principaux à ma connaissance : L. Smolin, C. Rovelli, A. Asthekar,

[3] Voir Wikipédia.

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