Cosmologie Moderne

 

Cours donné à l'université Ouverte - Paris-Diderot 2013/2014

Ce cours vise a donner une idée assez détaillée de la situation actuelle en cosmologie (étude des propriétés, de l'histoire et du contenu de l'Univers). Cette discipline, longtemps un peu marginale faute de données expérimentales contraignantes, a connu une véritable révolution dans les dernières décennies devenant une science de précision, accumulant les confirmations observationnelles de prédictions basées sur un modèle aujourd'hui très détaillé de l'Univers et de son contenu. L'image de l'Univers dont on dispose aujourd'hui est fondée d'une part sur des raisonnements théoriques faisant appel aux deux théories les plus fondamentales de la physique contemporaine (la relativité générale et la mécanique quantique) mais aussi sur de très nombreuses observations rendues toujours plus précises grâce aux progrès technologiques (caméras CCD, électronique rapide, processeurs puissants, ...). Paradoxalement, l'image, en apparence détaillée, que l'on a aujourd'hui de l'Univers est loin d'être satisfaisante conceptuellement: 

  1. • on ne sait rien ou presque des premiers instants de l'Univers ou les effets quantiques de la gravitation devraient se manifester, 

  2. • la formation des structures repose sur un phénomène hypothétique, l'inflation, dont on attend toujours une confirmation directe,

  3. • notre Univers ne semble constitué qu'à 4% de matière ordinaire, alors que le reste semble être composé de 26% de matière sombre qui, malgré une relativement bonne compréhension théorique, reste encore à découvrir et, pire encore, de 70% d'énergie sombre dont la nature est encore totalement incomprise. 


Il y a manifestement encore beaucoup à comprendre en cosmologie.


Le cours proposé mêlera explications théoriques (y compris quelques calculs simples mais détaillés) et descriptions de résultats expérimentaux, d'instruments et techniques d'observations passées, présentes et futures. Les grands thèmes abordés seront les suivants: fondements de la cosmologie moderne, modèle de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker, histoire thermique de l'Univers et grandes transitions, problématique des mesures de distances en cosmologie et tests cosmologiques, matière noire, énergie sombre, fond diffus cosmologique, formation des structures, Univers primordial et inflation. Une certaine familiarité avec des outils mathématiques de bases comme les dérivées, les intégrales et les équations différentielles rendra les choses plus simples aux étudiants, même si les calculs seront fait de manière pédestre lorsqu'ils seront détaillés.



Bibliographie succincte:


En Français:

  1. • Cosmologie: James Rich, Ed. Vuibert 2010, Téléchargeable sur: http://catalogue.polytechnique.fr/Files/p_PrincCosmo.pdf

  2. • Inititation à la cosmologie: M. Lachièze-Rey, Ed. Dunod, 2013


En Anglais:

  1. • Observational Cosmology (en anglais): S. Serjeant, Cambridge University Press, 2010

  2. • Principles of Physical Cosmology: J. Peebles (la bible...) Princeton University Press, 1993

  3. • Cosmological Physics: J. Peacock (la seconde bible), Cambridge University Press, 1998

  4. • Modern Cosmology: S. Dodelson, Academic Press 2003

  5. • Cosmology: S. Weinberg, Oxford University Press 2008

  6. • Spacetime and Geometry, an introduction: S. Caroll, Ed. Addisson Weasley 2003

  1. ‣ Cours 1 (14/10/2013) : Introduction, échelles de distance en cosmologie

  2. ‣ Cours 2 (18/11/2013) : La relativité restreinte

  3. ‣ Cours 3 (25/11/2013) : La relativité générale, l’expansion de l’Univers

  4. ‣ Cours 4 (02/12/2013) : Le principe cosmologique

  5. ‣ Cours 5 (09/12/2013) : Métrique de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker, Équations de Friedman, ...

  6. ‣ Cours 6 (16/12/2013) : Retour sur le redshift, Équations de Friedman et Évolution du paramètre d’échelle

  7. ‣ Cours 7 (06/01/2014) : Dérivation Newtonienne des équations de Friedman

  8. ‣ Cours 8 (13/01/2014) : Évolution du paramètre d’échelle, FAQ de cosmologie

  9. ‣ Cours 9 (20/01/2014) : Histoire thermique de l’Univers (jusqu’à l’égalité matière-rayonnement)

  10. ‣ 27/01/2014 : Pas de cours

  11. ‣ Cours 10 (03/02/2014) : Histoire thermique de l’Univers jusqu’à la formation des structures

  12. ‣ Cours 11 (10/02/2014) : Histoire thermique de l’Univers (fin). Définition des distances en cosmologie

  13. ‣ 17/02/2014 : Pas de cours

  14. ‣ 24/02/2014 : Pas de cours

  15. ‣ 03/03/2014 : Pas de cours

  16. ‣ Cours 12 (10/03/2014) : La formation des structures, les indications de matière noire

  17. ‣ 17/03/2014 : Les candidats pour la matière noire, les indications de l’énergie sombre

  18. ‣ Cours 13: 12h30-14h30: Bâtiment Condorcet (UFR de Physique) - salle 631B

  19. ‣ Cours 14: 15h-17h: Bâtiment Condorcet (UFR de Physique) - salle 631B

  20. ‣ 24/03/2014 : Pas de cours

  21. ‣ 31/03/2014 : Le fond diffus cosmologique, sa polarisation et l’Univers primordial

  22. ‣ Cours 15: 12h30-14h30: Bâtiment Condorcet (UFR de Physique) - salle 437A

  23. ‣ Cours 16: 15h-17h: Bâtiment Condorcet (UFR de Physique) - salle 437A

  24. ‣ 07/04/2014 :

  25. ‣ Cours 17: 12h30-14h30: Bâtiment Condorcet (UFR de Physique) - salle 631B

  26. ‣ Cours 18: 15h-17h: Bâtiment Condorcet (UFR de Physique) - salle 631B


NB: le bâtiment Condorcet (UFR de Physique) est situé au : 10, rue Alice Domon et Léonie Duquet

Transparents des cours et dates des futurs cours

NB: les dates futures sont uniquement indicatives pour le moment...