PHY574 - Cosmologie
La cosmologie est un champ d’application de la physique qui porte sur l’Univers comme objet physique, son contenu matériel ou énergétique, son histoire passée et son évolution dynamique. C’est un domaine de recherche qui a connu des progrès extraordinaires au cours des dernières décennies grâce à l’utilisation d’outils observationnels toujours plus performants (observatoires au sol ou missions spatiales) et l’émergence de concepts théoriques nouveaux hérités des développements théoriques du 20ième siècle. Ces constructions ont pris corps dans le modèle du «big-bang chaud» dont nombre de prédictions ont maintenant été vérifiées avec une très grande précision.
Ainsi on peut aujourd’hui retracer dans ses grandes lignes l’histoire de l’Univers depuis ses premiers instants jusqu’à maintenant. Cette histoire nous conduit à explorer les phases successives sous lesquelles la matière existe. L’étude de la dynamique de l’univers permet aussi de comprendre comment les grandes structures de l’Univers, galaxies, amas de galaxies ou superamas de galaxies, résultent de l’instabilité gravitationnelle opérant dans un milieu initialement composé de perturbations de densité de très faible ampleur. Si il existe un paradigme théorique permettant de comprendre l’origine de ces perturbations de densité, l’« inflation », le modèle détaillé de cette phase reste à construire. Mentionnons enfin les observations qui montrent que la majeure partie du contenu énergétique de l’Univers est composé de « matière noire » (invisible) et d’ « énergie noire », dont la nature et l’origine restent incomprises. Les années à venir apporteront peut-être des éléments de réponses à ces questions, autant d’informations précieuses sur la physique fondamentale régissant des lois de la gravitation et des autres interactions.
Cet enseignement d'approfondissement propose donc une introduction à la cosmologie moderne par le biais d’une série de sept cours d’environ deux heures chacun, complétée par des présentations d'intervenants extérieurs, des travaux dirigés et des travaux de recherches personnels sur un sujet d'approfondissement au choix de l’élève.
Référence bibliographique :
« Cosmologie : des fondements théoriques aux observations » de F. Bernardeau
• Editeur : EDP Sciences (11 octobre 2007)
• Collection : Savoirs actuels
Niveau requis : PHY430 - Physique quantique avancée et PHY433 - Physique statistique 1
Langue du cours : Français et Anglais
PHY574 – Cosmology
Cosmology is a field of application of physics whose object of study is the Universe as a physical object, its material or energetic content, its past history and its dynamical evolution. It is a field of research that has made extraordinary progress over the last decades thanks to the use of ever more powerful observational tools (ground-based observatories or space missions) and the emergence of new theoretical concepts inherited from the theoretical developments of the 20th century. These constructions have taken shape in the "hot big-bang" model whose predictions have now been verified with great accuracy.
Thus, we can now trace the history of the Universe from its earliest moments to the present. This history leads us to explore the successive phases under which matter exists. The study of the dynamics of the Universe also allows us to understand how the large structure of the Universe, galaxies, clusters of galaxies or superclusters of galaxies, results from the gravitational instability operating in a medium initially composed of density perturbations of very low magnitude. Furthermore, a theoretical paradigm has been put forward to explain the origin of these density perturbations, the so-called "inflation". A detailed modeling of this phase remains however to be built. Finally, we should mention that observations show that most of the energy content of the Universe is composed of "dark matter" (invisible) and "dark energy", whose nature and origin are still not understood. The coming years will perhaps bring elements of answers to these questions, as well as precious information on the fundamental physics governing the laws of gravitation and other interactions.
This course therefore offers an introduction to modern cosmology through a series of seven lectures of about two hours each, supplemented by presentations by outside speakers, tutorials, and personal research on a topic of the student's choice.
Bibliographic reference:
« Cosmologie : des fondements théoriques aux observations » de F. Bernardeau, in French
• Editeur : EDP Sciences (11 octobre 2007)
• Collection : Savoirs actuels
« Primordial cosmology », by Jean-Philippe Uzan and Patrick Peter
- Editor: OUP Oxford, 2013
Level required : PHY430 - Advanced quantum physics and PHY433 - Statistical physics
Course language : French and English