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Les principes cosmologiques |
D'après la relativité générale d'Einstein, pour connaître parfaitement le continuum espace-temps, il faut prendre en compte la distribution du couple masse-énergie de l'univers : la position de chaque atome, leur vitesse ainsi que la position des photons avec leur énergie propre. C'est évidemment impossible en pratique, il faut alors faire les bonnes simplifications pour décrire la distribution d'énergie de l'univers et être ainsi capable de résoudre l'équation d'Einstein et d'accéder au continuum espace-temps de l'Univers. Ces simplifications sont définies sous le terme de "principes cosmologiques" ; ce sont des postulats caractérisant les propriétés de l'univers. En utilisant les données observationnelles de la distribution de la matière dans l'univers de la fin du XXe siècle jusqu'à nos jours, on s'aperçoit que ces principes tendent à être vérifiés dans la partie de l'univers observable.
Les premiers principes de cosmologie concernent le caractère spatial de l'univers. Il est supposé isotrope et homogène. Cela signifie que l'univers n'a pas de direction privilégiée, il est le même quelque soit la direction dans laquelle on le regarde. De plus, il n'a pas de position privilégiée, il est le même quelque soit l'endroit où l'on se trouve.
Le second principe cosmologique concerne le temps. Peu importe où l'on se situe dans l'univers, son évolution a été la même. Ce principe est très important lorsque l'on observe des galaxies lointaines. En effet, étant très éloignées, elles sont vues dans le passé. Ces galaxies ne sont donc pas directement les ancêtres de notre Voie Lactée et des autres galaxies proches de nous. Cependant grâce au principe d'équivalence temporelle, ces galaxies sont statistiquement les ancêtres des galaxies de l'univers proche.
Historiquement, le principe d'homogénéité était généralisé au temps. En effet pour Einstein, l'univers était identique quelque soit le lieu mais aussi l'époque. Cela a généré un univers statique ; ce qui est faux. L'expansion de l'univers montre que l'univers n'est pas statique, l'univers évolue. Toute la suite de ce cours présentera son évolution.
En ce qui concerne les postulats sur le caractère spatial de l'univers, si ce dernier était réellement homogène et isotrope, ce serait un nuage de gaz dont la masse volumique moyenne serait de 1 atome d'hydrogène par mètre cube. Il est évident qu'à petite échelle ces deux propriétés sont fausses ; galaxies, étoiles et planètes le prouvent. Cependant à grande échelle, plusieurs centaines de Mpc, elles paraissent cohérentes avec les données observationnelles. Cela signifie que nous ne décrirons l'évolution de l'univers qu'à grande échelle ; tout comme l'on décrit la terre comme une sphère alors qu'elle est couverte de montagnes la rendant non sphérique à petite échelle. Il est certain que lorsque nous aurons une bonne connaissance du continuum espace-temps à grande échelle, l'étape suivante sera de comprendre et de quantifier l'effet des inhomogénéités de masse tels que les amas ou les grands vides sur le continuum espace-temps.
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