Inflation or not inflation ?

[Deedee81]

Salut,

J'ai (une grande partie) du dossier spécial PLS sur le Big Bang.

Il y a deux articles intéressants qui m'ont interpellés :
"La crise de croissance de l'Univers" Alain Riazuelo
"L'inflation va-t-elle faire pschitt ?" Anna Ijjas, Paul Steinhardt, Abraham Loeb

Riazuelo défend l'idée d'inflation et Steinhard (un des fondateurs de l'inflation !) la critique fortement.

Steinhard soulève des arguments intéressants. Celui sur les fluctuations quantiques du champ scalaire (inflaton) conduisant à une impossibilité de l'arrêt de l'inflation est particulièrement intéressant (mais il ne parle pas des modèles non basés sur l'inflaton mais sur d'autres mécanismes tel que les brisures de symétrie que je trouve personnellement plus séduisants. Pourquoi ajouter des champs quand on a déjà un mécanisme possible ?).

Steinhard parle aussi de la non scientificité de cette hypothèse (un problème majeur qui ne touche pas que l'inflation d'ailleurs, mais d'autres domaines de la cosmologie ou de la physique théorique). Alors que Riazuelo on contaire met en avant la scientificité de l'hypothèse. Chacun a de solides raisons de dire ça.

Mais ce désaccord est surtout basé sur deux affirmations totalement contradictoires :
- Riazuelo défend le fait que les données de Planck (CMB) confortent les modèles d'inflation les plus simples.
- Steinhard affirme que les données de Planck montrent que les modèles d'inflation les plus simples sont faux et nécessitent des modèles plus compliqués.

Il s'agit de quelque chose de factuel là. L'analyse des données et la confrontation aux modèles théoriques connus. Une telle contradiction est surprenante !!!!

Quelqu'un à des infos là dessus ? Quelqu'un sait-il lequel a raison ?
-----

[stefjm]

Il suffit de laisser AR s'exprimer sur ce forum comme il le faisait parfois, voir de l'y inviter...

[viiksu]

Je ne sais pas trop quoi penser de ceci, qu'il y ait inflation pas champ scalaire ou par rebond est-ce que cela ne revient pas au même c'est à dire le passage d'un taille de Planck à une taille gigantesque en un temps record? On n'imagine pas le Big-bang est un Slow-Bubble prenant une éternité et l'éternité c'est long.

[Deedee81]

Il suffit de laisser AR s'exprimer sur ce forum comme il le faisait parfois, voir de l'y inviter...

Il sera clairement le bienvenu. J'apprécie beaucoup ses travaux (je ne connais pas du tout Steinhard par contre, mais c'est aussi un scientifique de renom).
Mais j'aurais bien aimé un avis extérieur ou mieux une référence sur la confrontation des données du CMB avec les modèles d'inflation.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Je me répond à moi-même (ça arrive avec l'âge, on parle tout seul ).

J'ai trouvé ceci : https://arxiv.org/abs/1502.02114
qui va plutôt dans le sens de Steinhard.
Ou ceci : http://www.planetastronomy.com/speci...ouchet-SAF.htm
Qui va clairement dans le sens de Riazuelo

C'est vraiment pas clair

[yves95210]

Quelqu'un sait-il lequel a raison ?

Si on le savait, il me semble que le débat serait clos

[viiksu]

En relisant rapidement l'article de PLS je ne vois aucun dimensionnement dans la théorie du rebond? temps volumes?

[yves95210]

Lu récemment un point de vue (épistémologique ?) sur le sujet, qui me semble plutôt raisonnable.
Accessoirement vous y trouverez des liens vers les articles publiés par Steinhardt et al., et la réponse signée par 33 physiciens en défense de la théorie de l'inflation.

[viiksu]

The horizon problem asks “why this initial condition” for the universe. This question is justified if an initial condition is complicated in the sense of requiring a lot of information. But a homogeneous temperature isn’t complicated. It’s dramatically easy.

Alors là je jubile car j'ai toujours trouvé bizarre ce besoin d'une inflation pour homogénéiser un univers au départ hétérogène à priori. I m'a toujours semblé plus logique qu'il le soit dès le départ.

[Deedee81]

En relisant rapidement l'article de PLS je ne vois aucun dimensionnement dans la théorie du rebond? temps volumes?

Je n'ai pas compris la remarque.

Accessoirement vous y trouverez des liens vers les articles publiés par Steinhardt et al., et la réponse signée par 33 physiciens en défense de la théorie de l'inflation.

Merci Yves.

I m'a toujours semblé plus logique qu'il le soit dès le départ.

Moi aussi

Mais peut-être pas du tout pour les mêmes raisons que toi.

Notons aussi que l'inflation ne règle pas que ce problème mais aussi la platitude (il faut savoir qu'un écart même très faible à la platitude à tendance à très vite s'en écarter, on devrait voir un univers fortement courbé spatialement. Il faut donc invoquer une platitude initial presque parfaite. Or l'univers étant localement hétérogène, il y a autant de chance d'avoir une platitude vraiment prafaite que de voir un canard à trois pattes. Ce qui est dommage car cela pourrait être justifié par une loi ou une symétrie, même inconnue) et il y a aussi le spectre en puissance des fluctuations (de 0.96 d'après Planck, 1 étant un spectre parfait. Et cette valeur de 0.96 est une prédiction des modèles simples d'inflation).

Je ne suis malgré tout pas un défenseur à tout crin de l'inflation... tant qu'on ne l'a pas observé de manière plus directe ou réfutée.

Je n'aime pas beaucoup non plus les univers avec rebond pour des raisons philo, je préfère les univers avec transition de phase (pas du tout abordé dans le dossier, je parle du pré big bang, pas après, comme l'article sur les cordes cosmiques). EDIT : heu, je m'avance un peu, j'ai pas fini de tout lire

[Gilgamesh]

Mais ce désaccord est surtout basé sur deux affirmations totalement contradictoires :
- Riazuelo défend le fait que les données de Planck (CMB) confortent les modèles d'inflation les plus simples.
- Steinhard affirme que les données de Planck montrent que les modèles d'inflation les plus simples sont faux et nécessitent des modèles plus compliqués.

Il s'agit de quelque chose de factuel là. L'analyse des données et la confrontation aux modèles théoriques connus. Une telle contradiction est surprenante !!!!

Quelqu'un à des infos là dessus ? Quelqu'un sait-il lequel a raison ?

Eh bien, tout simplement, les modèles "le plus simple" il y en a plusieurs. Et certains passent le tests, tandis que d'autres sont mis hors course par les données de Planck.

Dans la théorie de l'inflation, le taux d'expansion H est une fonction directe de la densité d'énergie du vide H ~ √Λ/3. Cette densité Λ se modélise comme celle d'un champ quantique Φ, et ce dernier fluctue de place en place de façon purement quantique comme il se doit. La valeur de Λ étant monstrueusement élevée (~ planckienne) le taux d'expansion l'est aussi, c'est le principe de l'inflation, tout en étant très fluctuant. Si vous prenez une bulle d'espace de dimension disons planckienne en inflation, elle va grandir à un certain taux, puis en chacune de ses parties la densité d'énergie du vide va varier en chaque point, puis au sein de chacune des bulles d'espace nées de ces point, la densité va à nouveau varier, etc. On a un système de poupées russes de fluctuations emboîtées, et la mécanique quantique nous dit que toutes ces fluctuations sont invariantes d'échelle. Cela se traduit par un indice spectral n_s=1.

C'était donc et en première approximation, la prédiction forte de la théorie de l'inflation concernant le paysage des fluctuations. Sauf que, des théoriciens raffinant le résultat ont tenu à prendre en compte le fait que l'inflation finit bien par cesser un jour ! Sinon, on ne serait pas là... Au moment où le champ s'effondre, les dernières fluctuations sur le point de s'enfler ont les ailes coupées : on doit trouver une coupure dans la distribution des plus petite fluctuations (les dernières à s'être produites) et ça se traduit par un indice spectral prédit de 0,96. La mission Planck arrive, avec pour mission d'extraire l'intégralité du signal du spectre des fluctuation de température du CMB, et paf : n_s = 0,968, et la valeur 1 exclue à plus de 5 sigma. C'est considéré comme un gros succès de la théorie "générique".

Ci-dessous, n_s (primordial tilt) est en abscisse. En ordonnée, on a le ratio entre les mode B et les mode E de polarisation du rayonnement. Les modes E et B sont nommés ainsi par analogie avec la façon dont ont note usuellement le champs électrique (E) et le champ magnétique (B), bien que ça n'ait rien à voir ici avec l'action d'un champ électrique ou magnétique. Le mode E désigne une polarisation radiale et tangentielle et le mode B une polarisation circulaire. Les mode B primordiaux sont ceux qui se forment du fait que les fluctuations du champ inflationnaire impliquent des différences de densités, et la création d'onde gravitationnelles qui à leur tour influe sur les mouvement du plasma primordiaux. Les divers modèles d'inflation font des prédictions assez précises de r, le ratio mode tenseur (= ondes gravitationnelles =>polarisation B) / mode scalaire (= ondes de densité => polarisation E), et la mission Planck permet de procéder à un premier dégrossissage.

Le modèle avec le potentiel d'inflation quadratique (V ~ Φ²), était sans doute le modèle d'inflation le plus simple. On voit qu'il est maintenant fortement défavorisé. L'inflation naturelle, où l'inflaton est un pseudo-boson de Golsdtone avec un potentiel cosinus, est en difficulté également. Plus généralement, les données privilégient maintenant une forme concave du potentiel pendant la période d'inflation observable.

Mais tu vois aussi que le le modèle le plus favorisé par les donnée est le modèle d'inflation R² qui, paradoxalement, est le premier modèle d'inflation jamais écrit (Starobinsky, 1980) Pour aller plus loin, ce modèle prédit 0,003 <r <0,005, ce qui devrait être testable dans un avenir pas si lointain.

[mmanu_F]

Salut,

en complément du résumé de Gilga, la revue de Jérome Martin (2015/02) The Observational Status of Cosmic Inflation after Planck (2013/2015) qui faisait partie de la biblio de l'article d'Alain dans PLS si ma mémoire est bonne. (pour info : ISL est sa réf [18]).

[stefjm]

Alors là je jubile car j'ai toujours trouvé bizarre ce besoin d'une inflation pour homogénéiser un univers au départ hétérogène à priori. I m'a toujours semblé plus logique qu'il le soit dès le départ.

S'il y a un départ...

[yves95210]

The problem with inflation isn’t the idea per se, but the overproduction of useless inflationary models. There are literally hundreds of these models, and they are – as the philosophers say – severely underdetermined. This means if one extrapolates any models that fits current data to a regime which is still untested, the result is ambiguous. Different models lead to very different predictions for not-yet made observations. Presently, is therefore utterly pointless to twiddle with the details of inflation because there are literally infinitely many models one can think up.

Une illustration, issue de l'article de J. Martin et al, "The best inflationary models after Planck".
(Histogram of the {\EI} models within the four Jeffreys' categories (inconclusive: blue, weakly disfavoured: red, moderately disfavoured: green and strongly disfavoured: yellow) and for different number of unconstrained parameters. The number of preferred models is 1717, corresponding to 99 different types of potential.)

[viiksu]

Gilgamesh > les données privilégient maintenant une forme concave du potentiel pendant la période d'inflation observable.

On peut avoir une idée de ce que cela veut dire? Merci

[invite51d17075]

bonjour,

- Steinhard affirme que les données de Planck montrent que les modèles d'inflation les plus simples sont faux et nécessitent des modèles plus compliqués.

j'ai qcq questions.
"nécessiter des modèles complexes" induit elle une remise en cause sur le fond selon Steinhard ?
je pose la question car les liens très techniques donnés ( par exemple le arxiv donné par Deedee est assez obscur pour moi )
en second lieu , entre l'inflation et nos observations , il y a la "période sombre" ( pour faire simple ).
donc un modèle transitoire .
j'ai du mal à saisir, sans remettre en cause le sérieux des chercheurs, comment on peut directement ( si c'est l'idée ) passer de l'hétérogénéité du CMB à des considérations sur l'inflation sachant que le déroulement de cette période sombre n'est peut être pas "coulée dans le marbre".

désolé de la "naïveté probable " de ma question.
Cdt

edit : @viksu : qu'est que la période d'inflation observable ? ( il ne s'agit pas de l'expansion ici )

[Gilgamesh]

Gilgamesh > les données privilégient maintenant une forme concave du potentiel pendant la période d'inflation observable.

On peut avoir une idée de ce que cela veut dire? Merci

Si on trace en ordonnée la valeur du potentiel V(Φ) et en abscisse la valeur du champ Φ, la courbe ressemble plus à une colline (concave) qu'à une cuvette (convexe).

[viiksu]

Le potentiel est-il maximum quand le champ est nul? Comment évolue le potentiel?

[Gilgamesh]

en second lieu , entre l'inflation et nos observations , il y a la "période sombre" ( pour faire simple ).
donc un modèle transitoire .
j'ai du mal à saisir, sans remettre en cause le sérieux des chercheurs, comment on peut directement ( si c'est l'idée ) passer de l'hétérogénéité du CMB à des considérations sur l'inflation sachant que le déroulement de cette période sombre n'est peut être pas "coulée dans le marbre".

Je ne comprend pas ta question.

Dans l'ordre des z décroissants on a :

inflation z --> infini
puis CMB z=1089
puis âge sombre
puis réionisation à z=6, ère des quasars

L'âge sombre étant postérieur au CMB, en quoi les incertitudes de son déroulement devraient être pris en compte pour évaluer le lien qui pourrait exister entre le spectre des hétérogénéités du CMB et la théorie de l'inflation ?

[Gilgamesh]

Le potentiel est-il maximum quand le champ est nul? Comment évolue le potentiel?

Tous les modèles sont basés sur le fait que le potentiel n'est pas nul quand le champ est nul. Mais ensuite, il y a une foule de propositions (près de 200) pour modéliser cette fonction V = f(Φ). Et c'est incontestablement la principal faiblesse de la théorie. Mais ça reste scientifique dans la mesure où des observables complexes comme celle obtenues avec Planck permettent de faire un tri des modèles.

[Deedee81]

Salut,

Eh bien, tout simplement, les modèles "le plus simple" il y en a plusieurs. Et certains passent le tests, tandis que d'autres sont mis hors course par les données de Planck.

D'accord. Merci pour les explications (et les liens des uns et des autres). J'y vois déjà plus clair.

Donc, je considère que jusqu'à preuve du contraire, c'est plutôt en faveur de ce qu'explique Riazuelo dans son article.
Restera bien sûr à voir les prochaines mesures pour la recherches des OG primordiales. Cela contraindra fortement les modèles comme le dit d'ailleurs Riazuelo.

[invite51d17075]

L'âge sombre étant postérieur au CMB,.......

houlala, la grosse boulette ce matin !
mille excuses .

[yves95210]

Tous les modèles sont basés sur le fait que le potentiel n'est pas nul quand le champ est nul. Mais ensuite, il y a une foule de propositions (près de 200) pour modéliser cette fonction V = f(Φ). Et c'est incontestablement la principal faiblesse de la théorie. Mais ça reste scientifique dans la mesure où des observables complexes comme celle obtenues avec Planck permettent de faire un tri des modèles.

Selon l'analyse de Jérôme Martin et al. (2013), même après avoir exclu 34% des modèles parce que fortement défavorisés et 38% moyennement ou faiblement défavorisés, il en reste quand-même 17 "préférés", basés sur 9 types différents de potentiel (*).
Cela fait quand-même beaucoup pour une théorie scientifique : si ces 17 modèles sont réfutés par de futures observations, ne restera-t-il pas la possibilité d'en construire d'autres par dizaines ou par centaines faisant des prédictions compatibles avec ces observations, en attendant que d'autres de leurs prédictions puissent être réfutées par de nouvelles observations ? et ainsi de suite...

(*) quand-même pas 1717 / 99 comme pourrait le laisser croire le copié-collé que j'avais fait depuis cette page dans un message précédent . Désolé je n'avais pas relu le message avant de l'enregistrer (je viens de réessayer le copié-collé, il redonne la même bizarrerie...)

[Deedee81]

Salut,

ne restera-t-il pas la possibilité d'en construire d'autres par dizaines ou par centaines faisant des prédictions compatibles avec ces observations, en attendant que d'autres de leurs prédictions puissent être réfutées par de nouvelles observations ? et ainsi de suite...

Ca, ce serait problématique et comme je l'ai dit plus haut, il n'y a pas que l'inflation qui soit concernée et même pas que la cosmologie.

Reste le critère de Riazuelo, si ça reste des modèles simple, c'est bon. Si on doit compliquer les modèles de plus en plus, là, ça vaut la peine de réfléchir ! Un autre auteur dans le magazine parlait d'épicycles. C'est quelque chose auquel il faut constamment rester attentif.

[Gilgamesh]

Selon l'analyse de Jérôme Martin et al. (2013), même après avoir exclu 34% des modèles parce que fortement défavorisés et 38% moyennement ou faiblement défavorisés, il en reste quand-même 17 "préférés", basés sur 9 types différents de potentiel (*).
Cela fait quand-même beaucoup pour une théorie scientifique : si ces 17 modèles sont réfutés par de futures observations, ne restera-t-il pas la possibilité d'en construire d'autres par dizaines ou par centaines faisant des prédictions compatibles avec ces observations, en attendant que d'autres de leurs prédictions puissent être réfutées par de nouvelles observations ? et ainsi de suite...

(*) quand-même pas 1717 / 99 comme pourrait le laisser croire le copié-collé que j'avais fait depuis cette page dans un message précédent . Désolé je n'avais pas relu le message avant de l'enregistrer (je viens de réessayer le copié-collé, il redonne la même bizarrerie...)

Je ne peux qu'être d'accord, l'observable est dégénérée par rapport à la multiplicité des potentiels envisageables. Mais il y a d'autres observables à venir. Et on sait qu'il reste une théorie de la gravité quantique à construire. On peut espérer qu'elle pourra mettre des contraintes théoriques à la construction de ce potentiel.

[Deedee81]

Reste le critère de Riazuelo

Pour être honnête, c'est aussi le critère de Steinhardt. Leur désaccord semble plutôt tourner sur ce qu'ils appellent des modèles simples.

Et on sait qu'il reste une théorie de la gravité quantique à construire.

... et à valider. J'espère qu'on le verra de notre vivant

On peut espérer qu'elle pourra mettre des contraintes théoriques à la construction de ce potentiel.

Pour les théories candidates (cordes et boucles) je suis loin dans être sûr. Quand on voit le paquet de modèles cosmologiques que ces théories permettent. Mais on peut espérer des améliorations. Et puis je ne voudrais pas jouer les madame Irma

[yves95210]

Pour être honnête, c'est aussi le critère de Steinhardt. Leur désaccord semble plutôt tourner sur ce qu'ils appellent des modèles simples.

Je n'ai pas lu PLS, mais cet article de 2014 de Ijjas, Steinhardt et Loeb me semble faire le tour de la question (de leur point de vue). C'est assez court (6 pages) et synthétique.

[invite6486d7bd]

Et on sait qu'il reste une théorie de la gravité quantique à construire. On peut espérer qu'elle pourra mettre des contraintes théoriques à la construction de ce potentiel.

C'est aussi mon avis (qui vaut ce qu'il vaut...).
Sauf que pour ma part je pense qu'il ne s'agit pas juste de savoir encore mieux associer la physique quantique à la relativité, mais de savoir pourquoi les phénomènes de la relativité sont en fait équivalents aux phénomènes quantiques.
Une théorie globale novatrice permettrait alors de comprendre pourquoi certains phénomènes relèvent plus de la physique quantique que de la physique relativiste et permettrait éventuellement de reconnaitre des phénomènes quantiques là où à grande échelle on y voit (actuellement) des phénomènes relativistes.

[Deedee81]

Salut,

Je n'ai pas lu PLS, mais cet article de 2014 de Ijjas, Steinhardt et Loeb me semble faire le tour de la question (de leur point de vue). C'est assez court (6 pages) et synthétique.

Merci,

C'est aussi mon avis (qui vaut ce qu'il vaut...).
Sauf que pour ma part je pense qu'il ne s'agit pas juste de savoir encore mieux associer la physique quantique à la relativité, mais de savoir pourquoi les phénomènes de la relativité sont en fait équivalents aux phénomènes quantiques.

Pardon ??? Pourquoi serait-ils équivalents ???? Aucune chance !
(Même si on est un chercheur de "It from Qubits" )
Ou as-tu été chercher que les phénomènes de la relativité sont équivalents aux phénomènes quantiques ????

Le problème ici c'est que au début du big bang (ou au centre d'un trou noir aussi d'ailleurs) les conditions sont telles que la relativité générale et la physique quantique s'y appliquent tous les deux de manière cruciale. Impossible d'utiliser deux théories donnant des résultats contradictoires. Il faut forcément passer à une version quantique de la relativité générale. Ce qu'on n'a pas encore tout à fait (et en tout cas pas validé).

[yves95210]

Salut Deedee,

Le point de vue exprimé par Philip Helbig (plutôt favorable au paradigme de l'inflation après avoir longtemps été sceptique - c'est lui qui le dit), dans ce commentaire, me semble assez sain.