Constante cosmologique / Energie noire

[Markus Bloch]

Dans l'hypothèse où l'énergie noire est bien représentée par la constante cosmologique, comment expliquer que la densité d'énergie noire demeure constante dans l'expansion de l'univers ? Est-ce que d'autres formes de matière et/ou d'énergie se transforment en énergie noire dans l'expansion (pour expliquer que la densité demeure constante) ?
La RG étant une interprétation géométrique de la Gravitation, dans ce cadre, si j'ai bien compris, il n'existe pas de force gravitationnelle. Peut on imaginer qu'à l'échelle de la physique quantique, la notion de Gravitation n'existe pas du tout (le Graviton n'existerait pas) , la notion de Gravitation n'émergeant que dans le domaine de la physique classique ? Dans ce cas, est-ce que l'énergie noire pourrait représenter le milieu nécessaire à la propagation des ondes gravitationnelles?

[bongo]

Dans l'hypothèse où l'énergie noire est bien représentée par la constante cosmologique, comment expliquer que la densité d'énergie noire demeure constante dans l'expansion de l'univers ?

Tu prends le problème à l’envers. Mais je vais te rappeler l’historique.
Einstein montre en 1917 (non satisfait que ces équations conduisent à un univers dynamique) que la forme la plus générale pour ses équations sont avec une constante cosmologique, c’est-à-dire que la constante qui intervient ne dépend de rien, c’est constant, et peut s’interpréter comme la densité d’énergie du vide.

En 1998, en étudiant tout un tas de supernovae Ia, Perlmutter et Riess et d’autres, montrent que l’expansion s’accélère. Une façon de comprendre comment ça se passe est de reprendre les équations d’Einstein avec la constante cosmologique, qui permet à la gravitation d’être répulsive à partir d’une certaine échelle.

On ne sait pas si c’est bien elle qui est à l’origine de l’accélération de l’expansion. Mais en tout cas, avec la théorie actuelle, on arrive à reproduire ce que l’on observe, aux imprécisions de mesure près, et la source de l’expansion accélérée se comporte comme une constante.

Et puis raisonner en terme de conservation de l’énergie n’est pas valable dans un espace en expansion. L’énergie se conserve bien localement, mais pas au niveau global.

Est-ce que d'autres formes de matière et/ou d'énergie se transforment en énergie noire dans l'expansion (pour expliquer que la densité demeure constante) ?

Et bien raisonner en vase communiquant ne marche pas.

La RG étant une interprétation géométrique de la Gravitation, dans ce cadre, si j'ai bien compris, il n'existe pas de force gravitationnelle.

C’est un raccourci un peu rapide… disons que la notion de force disparaît, mais le champ gravitationnel reste, c’est la courbure.

Peut on imaginer qu'à l'échelle de la physique quantique, la notion de Gravitation n'existe pas du tout (le Graviton n'existerait pas) , la notion de Gravitation n'émergeant que dans le domaine de la physique classique ?

Et bien en physique quantique le graviton existe, c’est même un des critères d’acceptation des théories des cordes ou de supergravité (de toute façon on ne sait pas déduire d’autres choses de ces théories).

Dans ce cas, est-ce que l'énergie noire pourrait représenter le milieu nécessaire à la propagation des ondes gravitationnelles?

Non, le support des ondes gravitationnelles c’est l’espace-temps, c’est en fait la courbure qui se propage. La constante cosmologique, c’est pas possible, puisque c’est quelque chose de constant.

[Markus Bloch]

Si le Graviton est un "passage obligé" d'une théorie quantique élargie, comment interprète-t-on le fait qu'à l'échelle quantique, le phénomène Gravitation se manifeste par l'intermédiaire d'un boson , qui est a priori un médiateur de force, pour se manifester à grande échelle uniquement comme une modification de la métrique de l'espace-temps, et non comme une force au sens strict? Est-ce que la Gravitation quantique à boucles envisage de même l'existence du Graviton à toutes les énergies? Enfin, l'éventualité d'une modification de la loi de Newton pour de très faibles valeurs de la courbure de l'espace ou de l'espace-temps (genre MOND ou f(R) ou autre) ne pourrait-elle pas trahir les prémices d'une évolution de la RG vers sa forme quantique? PS: l'évolution d'une particule quantique dans un potentiel de Gravitation dépend de la masse, contrairement à l'évolution d'une particule classique; quelles considérations cela implique-t-il à l'échelle quantique pour la Gravitation?

[bongo]

Si le Graviton est un "passage obligé" d'une théorie quantique élargie, comment interprète-t-on le fait qu'à l'échelle quantique, le phénomène Gravitation se manifeste par l'intermédiaire d'un boson , qui est a priori un médiateur de force, pour se manifester à grande échelle uniquement comme une modification de la métrique de l'espace-temps, et non comme une force au sens strict?

Disons que dans les prémices des théories de la gravitation quantique, je pense aux années 70 avec les théories de supergravité, celles-ci reposent exclusivement sur le formalisme de la théorie quantique des champs, c’est-à-dire l’échange d’un boson dans un espace-temps fixe. C’est d’ailleurs une des raisons pour lesquels ce genre de théorie ne pourra pas devenir une théorie de la gravitation à proprement parlé, mais seulement une approximation à champ faible, où la courbure de l’espace-temps peut être négligée.
C’est un peu ce qu’il s’est passé quand Schrödinger a quantifié l’équation relativiste de l’énergie et n’a pas trouvé la forme souhaitée, laissant la primeur à Klein et Gordon.
Du coup il est reparti de l’équation classique de conservation de l’énergie, ce qui n’a pas empêché le succès de la théorie quantique.

Est-ce que la Gravitation quantique à boucles envisage de même l'existence du Graviton à toutes les énergies?

Je ne connais pas suffisamment en détail cette théorie pour te répondre de manière fiable. Mais de ce que j’en comprends, cette théorie est une théorie de la structure de l’espace-temps à petite échelle. Dans une approximation à faible champ, il me semble bien qu’on retrouve quelque chose qui ressemble au graviton.
http://www.cpt.univ-mrs.fr/~rovelli/propagator.pdf

Enfin, l'éventualité d'une modification de la loi de Newton pour de très faibles valeurs de la courbure de l'espace ou de l'espace-temps (genre MOND ou f(R) ou autre) ne pourrait-elle pas trahir les prémices d'une évolution de la RG vers sa forme quantique?

Et bien c’est dur de répondre à cela, surtout qu’on ne trouve pas d’argument fondamental pour introduire une accélération (celle qui joue dans MOND par exemple).
Il y a bien des théories TeVeS, version relativiste de MOND, mais pour l’instant aucune quantification.

Je pense que pour aller au-delà de la relativité générale, il faut sonder les hautes énergies, la physique du Big Bang par exemple.

PS: l'évolution d'une particule quantique dans un potentiel de Gravitation dépend de la masse, contrairement à l'évolution d'une particule classique; quelles considérations cela implique-t-il à l'échelle quantique pour la Gravitation?

Actuellement, il y a une expérience destinée à tester le principe d’équivalence. Cela pourrait se traduire par la violation du principe d’équivalence, de l’invariance de Lorentz…

[Tutiou]

Intéressant comme conversation, j'apprends plein de choses !

Est-ce que la Gravitation quantique à boucles envisage de même l'existence du Graviton à toutes les énergies?

Je ne connais pas suffisamment en détail cette théorie pour te répondre de manière fiable. Mais de ce que j’en comprends, cette théorie est une théorie de la structure de l’espace-temps à petite échelle. Dans une approximation à faible champ, il me semble bien qu’on retrouve quelque chose qui ressemble au graviton.
http://www.cpt.univ-mrs.fr/~rovelli/propagator.pdf

J'ai lu un livre sur cette théorie il n'y a pas longtemps. Elle décrit bien l'espace-temps à petite échelle en la rendant "granulaire", discontinue, et essaie de supprimer le temps. D'ailleurs, gravité quantique et gravité quantique à boucles, ce n'est pas la même chose ? (à moins que le premier soit plus vaste)

[bongo]

J'ai lu un livre sur cette théorie il n'y a pas longtemps. Elle décrit bien l'espace-temps à petite échelle en la rendant "granulaire", discontinue, et essaie de supprimer le temps.

Ca c’est la gravitation quantique à boucle. Je me demande quel bouquin c’est.

D'ailleurs, gravité quantique et gravité quantique à boucles, ce n'est pas la même chose ? (à moins que le premier soit plus vaste)

Non, la gravité quantique désigne toutes les théories quantiques de la gravitation.
Dans ces théories, tu as toute une classe de théories de supergravité, et ça dépend comment tu inclus la supergravité (qu’on dénomme par des noms comme N=2 N=8 etc…).
La gravitation quantique à boucles est une théorie de gravitation quantique.
Ces deux-là sont spécifiquement des théories quantiques de la gravitation.

La théorie des cordes décrirait également la gravitation dans le formalisme quantique. Mais elle est plus large, elle décrirait également les autres interactions, c’est plutôt une TOE (Theory of Everything, ou théorie du tout).

Y a aussi une super belle tentative du français Alain Connes, qui a développé tout un pan des mathématiques (les géométries non commutatives).

Tu as également d’autres tentatives plus ou moins avortées telle que la théorie des twisteurs de Penrose.

La théorie des cordes est en train d’incorporer ces formalismes dans la théorie M.