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la cosmologie est le science qui a pour objet d'étude l 'univers dans son ensemble, qu'il tente d'expliquer en particulier l'origine et l'évolution. En ce sens, elle est étroitement liée à la cosmologie comprise comme une branche de philosophie. largement ontologique ce qui a pour tâche de corriger ou effacer la myriade de théories métaphysiques ou religieuses sur les origines du monde.

Cosmologie a ses racines historiques dans les récits religieux l'origine de toutes choses (cosmogonie) Et les grands systèmes philosophique-scientifique pré-moderne (comme système ptolémaïque). À l'heure actuelle la cosmologie est une science physique qui convergent vers différentes disciplines, telles queastronomie, l 'astrophysique, la la physique des particules, la relativité générale.

Histoire de la cosmologie

Cosmologie (astronomie)
Carte céleste du monde, avec des orbites géocentriques des planètes et les étoiles selon la modèle ptolémaïque

Le système géocentrique

Dans le monde occidental les premières théories cosmologiques avec une base scientifique (et non purement religieux) ont été développés par les astronomes et les philosophes des 'Grèce antique. Comme il y avait des voix discordantes (par exemple Aristarque de Samos soutenu un modèle dans lequel la terre tourne autour de la soleil), L'opinion dominante était que la terre était immobile au centre de l'univers, alors que le Soleil, lune, la planètes et étoiles Ils tournaient autour d'elle intégrée dans des sphères concentriques. La principale exposition de ce système a été donné par Ptolémée en deuxième siècle, raison pour laquelle il est également connu sous le nom système ptolémaïque.

Dans le monde grec a été largement admis que l'univers est immuable, qui est incréé et éternel. Cette position a été soutenue principalement pour éviter les graves problèmes philosophiques que l'idée de la création de l'univers apporterait: devrait expliquer ce qu'il était avant la création, et ce qui a causé. Ces idées se sont opposés à la philosophie de stoïciens, qui a fait valoir que le monde était passé par un nombre infini de créations et de destructions, et que dans chacune des phases de ce cycle chaque événement terrestre et céleste sera répété exactement de la même manière.

L'idée de la création selon la révélation judéo-chrétienne

L'avènement de la révélation juive a conduit à des contributions originales dans le débat cosmologique. Ces contributions se concentrent principalement sur la question du temps, peut-être conçu comme constante inconnue (du point de vue de la structure de l'espace, le christianisme a repris essentiellement le modèle ptolémaïque). dérivant de judaïsme, Il reprend l'idée d'un univers créé par Dieu, il avait un début et une fin.

Les premiers philosophes chrétiens sont tellement concentrés sur la critique des philosophes qui ont soutenu l'éternité Univers, principalement sur la question de ce qui a fait Dieu Avant de créer l'univers, et pourquoi il a choisi de commencer à créer un instant plutôt qu'une autre, car avant était rien indifférencié la création du cosmos. Diverses solutions ont été proposées pour ces problèmes. Origène Adamantium l'idée du tournage stoïciens le cycle éternel de la création et la destruction, mais le déterminisme nié que les forces de chaque boucle pour répéter exactement les mêmes événements de l'année précédente. Une solution plus originale était de Agostino, que dans son confessions d'abord, il a suggéré que le temps était pas une entité éternelle, mais avait commencé avec l'espace. De cette façon, la question de ce qui était premier la création de sens tombe. Cette idée, très moderne, a obtenu le consensus général.

La révolution copernicienne et la gravitation universelle

Il était seulement XVIe siècle que copernic Il a relancé le système héliocentrique (Ou, pour être précis, copernicienne), Qui a finalement pris la relève en XVIIe siècle, grâce au travail de GalileoSelon cette théorie, le Soleil est immobile au centre de l'univers, alors que la Terre et les autres planètes gravitent autour d'elle. Du point de vue philosophique, cette étape a marqué la fin de la conception de l'univers centré sur l'homme, qui a causé de nombreuses résistances, par exemple par la Eglise catholique. Compte tenu de l'énorme importance qui avait même en dehors du domaine scientifique, ce changement de perspective est communément connu sous le nom Révolution copernicienne.

Copernic et Galilée, toujours influencé par la pensée grecque, encore considérés comme les orbites planétaires comme des cercles parfaits. Une étape importante a été faite par Kepler qui a découvert que ces orbites sont en fait elliptique.

en 1687 newton Il a fourni une des premières clés d'interprétation de la structure système solaire et l'univers en général: loi de la gravitation universelle, une série de phénomènes qui unifié (la chute des corps lourds, la marées, le mouvement des planètes); la cosmologie des deux prochains siècles, est en grande partie une tentative d'appliquer les lois de la mécanique Newtonien première dans le système solaire et ensuite à une plus grande échelle.

Cependant, la vraie star de la nature (et avec elle la capacité d'estimer les distances cosmologiques) est resté incertain jusqu'à près de deux siècles après la publication de la théorie de Newton. En raison de l'absence d'observation du mouvement de parallaxe, de nombreux partisans du système copernicien avaient supposé qu'ils étaient les étoiles semblables au Soleil, mais beaucoup plus lointain, et donc l'univers consistait en une mer sans fin des étoiles (le premier à soutenir cette thèse était peut-être Giordano Bruno). Ces hypothèses ont été confirmées dans 1838, quand Bessel Il a pu mesurer la parallaxe (et donc la distance, d'environ 8 années-lumière) De l'étoile 61 Cygni.

La découverte de la Voie Lactée et d'autres galaxies

Pendant ce temps, en 1785 Herschel Il a découvert que la distribution des étoiles dans le ciel n'est pas uniforme, mais dans la bande circulaire connue depuis l'antiquité comme la Voie Lactée le nombre est beaucoup plus élevé qu'ailleurs. Ce fait a suggéré que le Soleil était dans un disque en forme de système d'étoiles qui a été appelé galaxie. La position du Soleil dans le Galaxy a longtemps été l'objet de controverses, jusqu'à ce que dans 1922 l'astronome néerlandais Kapteyn Il a montré qu'il est pas du tout proche du centre galactique, mais plutôt dans une position plutôt périphérique: la composante stellaire de notre galaxie forment en fait un disque aplati d'environ 85000 années-lumière (26 kiloparsec) De diamètre, et la distance de Soleil du centre est d'environ trois cinquièmes de la longueur du rayon (de l'épaisseur de la bande brillante est à environ un millier d'années-lumière).

Mais depuis les dernières années du XIXe siècle l'intérêt de la cosmologie avait déménagé dans une autre controverse qui a opposé ceux qui prétendaient que le Galaxy constituent pratiquement l'univers entier, et ceux qui ont fait valoir que le soi-disant nébuleuses spirales Ils étaient que les galaxies comme la nôtre, que nous observons de l'extérieur. Cette seconde hypothèse est révélée correcte lorsque la 1924 Edwin Hubble Il a pu mesurer la distance de la Galaxie d'Andromède, découvrir qu'il est d'environ deux millions d'années-lumière de: il est donc bien à l'extérieur de notre galaxie et a des dimensions semblables à lui.

La naissance de la cosmologie contemporaine

On peut dire que la cosmologie contemporaine se pose entre la 1915 et 1929En fait, en 1915, Einstein Il a publié le premier article sur la la théorie de la relativité générale, tandis qu'en 1929 Hubble découvert son célèbre loi, ce qui implique que l'univers est en expansion.

Peu de temps après la publication de sa théorie (qui « remplacé » la gravitation newtonienne), Einstein d'abord appliquée à l'évolution de l'univers calcul dynamique. Il était immédiatement évident que, en supposant que la question est répartie uniformément dans l'univers, même un univers infini aurait tendance à s'effondrer sur lui-même. Cependant, étant donné que l'opinion commune que l'univers était statique (et éternelle), Einstein a eu recours à l'artifice d'ajouter dans le champ gravitationnel équations une constante, appelée constante cosmologique (Généralement désigné par Λ), à contre-balancer cette contraction. Cette constante ne changeait en rien les prédictions de la théorie dans tous les autres domaines, mais son introduction se prêtait à un autre genre de critique. En fait, il y a seulement valeur de la constante cosmologique qui permet d'avoir un univers en équilibre statique, et aussi dans ce cas, l'équilibre est instable; Cela signifie que pour avoir un univers statique éternel la valeur « physique » de la constante cosmologique devrait être exactement celui requis par la condition statique. Toute autre valeur, même très proche de celle indiquée par Einstein, conduit à un univers ou l'expansion d'effondrement.

en 1922 Fridman abandonné alors l'hypothèse que l'univers est statique (et éternelle), a constaté que les solutions des équations de la relativité générale indique que l'univers aurait eu un commencement où il aurait été infiniment dense, et que, puisqu'il serait alors élargi; cinq ans plus tard Lemaître Il est venu au même résultat indépendamment. Les deux Friedman que Lemaître a également constaté que dans le cas examinés par eux (et aussi communément admis à l'heure actuelle) d'un univers homogène et isotrope (acceptant la principe cosmologique), Le métrique qui permet de résoudre les équations du champ de gravitation est la soi-disant métrique Friedman-Lemaître-Robertson-Walker. L'ensemble de cette mesure et les solutions trouvées par Friedmann et Lemaître constituent le soi-disant modèle cosmologique de Friedmann-Lemaître

Quelques années plus tard, ces idées théoriques ont trouvé une confirmation expérimentale sensationnelle dans le Hubble a découvert que les galaxies se éloignent de nous à une vitesse proportionnelle à leur distance, qui seraient faciles à expliquer en supposant que l'univers est en expansion.

La théorie du Big Bang et état stable

L'idée que l'univers a un début a conduit à la formulation de la théorie de Big Bang, à savoir que l'univers est né d'une singularité gravitationnelle dans laquelle se concentre tout l'espace-temps et de la matière de l'univers; en particulier dans le 1948 Alpher, Bethe et Gamow a présenté le soi-disant modèle αβγ, qui a expliqué comment il pourrait effectuer la synthèse des éléments chimiques dans le cadre de la théorie du Big Bang, que dans un univers en expansion rapide et le refroidissement.

Cependant, certains scientifiques n'ont pas accepté l'idée d'un univers qui n'était pas éternel et a proposé des modèles alternatifs; parmi ceux-ci le plus célèbre et a été le succès théorie de l'état d'équilibre de Fred Hoyle, dans lequel l'univers est éternel et la dilution de la matière en raison de l'expansion, il serait compensé par une création spontanée de particules continue (1948).

Pour environ 20 ans, le différend entre les deux modèles cosmologiques a été quelque peu sous tension; Cependant, il est venu à une conclusion assez rapide après l'observation de rayonnement de fond cosmologique Micro-ondes (en 1964 de Arno Penzias et Robert Woodrow Wilson) Et plusieurs mesures de la densité quasar Ils ne conduit à l'abandon presque complet des théories alternatives et l'adoption quasi unanime de ceux basés sur le Big Bang.

L'inflation et la matière noire

comme après 1970 le modèle du Big Bang a été pratiquement aucune alternative sérieuse, il a présenté et présente des lacunes importantes. Deux des plus importants, qui ont conduit à l'introduction de deux modifications importantes à la théorie, est apparu peu de temps après la découverte du rayonnement de fond, et lié à l'uniformité extrême du ciel tout le rayonnement lui-même:

  • le premier problème (problème horizon) Est-ce que dans les modèles standards du big bang deux régions du ciel suffisamment loin de l'autre (à une distance angulaire supérieure à environ un degré) ne peut pas être entrer en contact les uns avec les autres avant l'heure à laquelle le rayonnement de fond a été émis, pour lesquels ils peuvent ne pas avoir atteint un équilibre thermique à la même température; Il serait donc logique d'attendre inhomogénéités beaucoup plus accentué dans le rayonnement que nous observons;
  • Le deuxième problème est que dans la théorie du big bang d'origine les fluctuations du fond cosmique micro-ondes sont beaucoup plus petites que serait nécessaire pour expliquer la formation des galaxies l'âge de l'Univers dans un temps plus court.

Pour résoudre le problème de l'horizon a été introduit idée théorique connue sous le nom inflation, dans lequel immédiatement après le Big Bang l'univers passerait par une phase d'expansion très accélérée (l'inflation, en fait); deux régions très éloignées entre elles auraient donc pu être dans le ciel de contact (et ont eu le temps de venir en équilibre thermique) premier l'inflation. L'inflation serait également rendre compte de plusieurs observations (par exemple. Le platitude univers) autrement difficile à expliquer.

En ce qui concerne la croissance des fluctuations pour former les galaxies, la solution communément admise est qu'il ya le soi-disant matière noire, qui est une forme de matière que nous n'avons pas encore observé dans ce qui serait serait électriquement neutre (et donc ne pas être en mesure d'émettre ou absorber lumière); la la physique des particules Il propose différents types de particules dont la matière noire pourrait être constituée, par exemple. la neutrino, ou plus probablement la soi-disant WIMP (Particules massives interagissant faiblement, interagissant faiblement particules massives). Parce que la matière noire ne serait pas affectée par le rayonnement de fond, il pourrait commencer son effondrement gravitationnel (à partir de laquelle naîtront les galaxies) bien avant que la matière normale (baryonique), Éliminant ainsi le problème du temps de la formation des galaxies. Bien que la matière noire expliquerait plusieurs autres observations, y compris les mesures de courbes de rotation des galaxies, ce qui était la raison pour laquelle il a été introduit.

L'inflation et la matière noire sont devenus une partie de la soi-disant modèle standard de la cosmologie, ou le modèle accepté par la plupart de la communauté scientifique. Toutefois, les deux ne sont pas considérés comme prouvé, bien qu'il y ait un réel espoir d'être en mesure d'atteindre une percée (comme l'identification des particules élémentaires qui constituent la matière noire) dans le pas trop long. D'autre part, il y a aussi des partisans de théories alternatives, par exemple la soi-disant théories MOND (à partir de Newton modifié la dynamique), Qui éliminerait ces problèmes (en particulier la seconde) en introduisant des modifications à la théorie de la gravitation: ces théories bénéficient peu plus tard, mais ne peut pas être complètement exclu.

L'énergie noire

Le problème peut-être plus important que afflige le modèle du Big Bang est actuellement l'un des soi-disant l'énergie sombre. En fait, à la fin de années nonante Quelques observations faites sur supernovae (Leur décalage vers le rouge) Ils ont montré que, contrairement à ce qui est attendu, l'expansion de l'univers ne ralentit pas, mais l'accélération[1]. Comme la relativité générale fournit un mécanisme (le même qui est utilisé depuis des décennies pour tenir compte de l'inflation) à travers laquelle il est possible d'expliquer les formes d'énergie qu'ils produisent une sorte de gravité répulsive, cette découverte a surpris plus cosmologistes.

A l'heure actuelle il n'y a pas de théorie acceptée qui peut expliquer ce qui est dérivé de l'énergie (immédiatement surnommé l'énergie sombre) Ce serait responsable de cette accélération, et ce serait la forme dominante d'énergie dans notre univers: en fait l'énergie sombre représenterait 73% de l'univers, la matière noire 23% et la matière baryonique (électrons, protons, neutrons, etc.) 4%.

Elle espère pouvoir faire la distinction entre les nombreux modèles théoriques proposés pour expliquer les propriétés de l'énergie noire (y compris la soi-disant quintessence, le gaz Chaplygin, les modèles DGP et KKLT et bien d'autres) à travers la mesure du paramètre w (qui caractérise la relation entre la pression d'énergie sombre et la densité d'énergie, P = wρ). Les modèles avec W≥-1 diffèrent qualitativement de celles avec w<-1. Nei primi l'Universo si espanderebbe più rapidamente che nel caso senza energia oscura, ma l'espansione avverrebbe sempre a velocità finite. Nei secondi invece l'accelerazione dovuta all'alimentation fantôme (Une expression qui indique des formes d'énergie sombre avec w<-1) sarebbe così forte che l'Universo finirebbe per "morire" nel cosiddetto Big Rip, (Big Tear), Parce que l'expansion atteindrait une vitesse infinie. W Les mesures sont encore plus incertaines que l'énergie au sujet sombre, et quand les deux options sont compatibles avec les données expérimentales limitées.

problèmes ouverts

En plus des problèmes inhérents à la matière noire (le test ou la négation de son existence et l'étude de sa composition possible) et l'énergie noire (l'existence d'un terme cosmologique Les équations d'Einstein), Dans la cosmologie actuelle de nombreuses questions concernant les premiers instants de l'univers, lorsque la densité reste ouverte, il est comparable à la densité Planck et les effets quantiques deviennent importants.

Pour fournir des données utiles pour limiter l'acceptabilité des théories sur les premières étapes de l'évolution de l'univers aidera les nouvelles d'observation basés sur Windows messagers qui peut passer à travers le matériau, même lorsque cela est opaque au rayonnement, par exemple des neutrinos et ondes gravitationnelles.

Un autre problème encore ouvert d'un intérêt extrême pour la cosmologie est la formation des structures, à toutes les échelles, de celle des superamas de galaxies, à cette galaxie, à planétaires.

Cosmologie en anthropologie

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Cosmologie (Anthropologie).

en sciences ethno-anthropologique le terme « cosmologie » sont définis comme des systèmes de pensée, des visions du monde liées à une culture donnée. Pour éviter toute confusion, il est utilisé plus souvent synonyme cosmogonie.

Cosmologie en philosophie

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Cosmologie (Philosophie).

Cosmologie, dans un sens philosophique, est une branche de la philosophie qui traite du monde (ou l'univers) est compris comme l'ensemble de tous les phénomènes dans l'espace et le temps, en enquêtant sur leurs causes profondes, le sens, les structures ontologiques et divers autres aspects.

notes

bibliographie

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  • (FR) J. A.Peacock, cosmologique Physique, Cambridge University Press
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  • (FR) A. R. Liddle D. H. Lyth, 2000. L'inflation cosmologique et structure à grande échelle, Cambridge University Press.
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