Phénoménologie de la cosmologie quantique à boucles

Consistency and observational consequences of loop quantum cosmology

• Auteur / Autrice : Linda Linsefors
• Direction : Aurélien Barrau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique théorique
• Date : Soutenance le 22/06/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (Grenoble ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Richard Taillet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Brax, Alejandro Perez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cosmologie

Gravité quantique

Mots clés libres

Gravitation quantique

Cosmologie

Relativité générale

Lqc

Lqg

Quantum gravity

Cosmology

General relativity

Lqc

Lqg

Résumé

Boucle gravité quantique (LQG) est une tentative pour résoudre le problème de la gravité quantique. Boucle cosmologie quantique (LQC) est une tentative d'appliquer LQG à la cosmologie précoce. Le but de LQC est de se connecter LQG avec des observations. Il est très difficile d'observer les effets de la gravité quantique parce que la densité d'énergie énorme est très probablement nécessaire. Ceci est exactement pourquoi l'Univers est choisi comme une étape pour rechercher des phénomènes de gravité quantique.Le résultat central de LQC est que la grande singularité bang est remplacé par un gros rebond. Toutefois, ce ne sont pas quelque chose qui est possible d'observer aujourd'hui. Pour cette raison, nous avons étudié la façon dont les perturbations cosmiques sont affectées par LQC. Nous avons utilisé l'approche dite d'algèbre déformée, et nous avons calculé les spectres obtenus pour les deux perturbations scalaires et tenseurs. Les spectres que nous avons trouvé ne sont pas compatibles avec l'observation. Cependant cela ne peut abeille considérée comme très forte preuve contre LQG car il y a trop d'hypothèses sur le chemin. Plutôt cela est le résultat de cette interprétation spécifique de LQC.Nous avons également étudié la dynamique de fond (la partie homogène des équations) de LQC. Depuis lent-roll inflation est essentielle pour expliquer de nombreuses caractéristiques de l'univers, y compris le CMB, nous voulons savoir si lent-roll inflation est compatible avec LQC. Nous avons constaté que, en effet, il est. Si un champ d'inflation potentiel carré est ajouté à la théorie, le rebond va lever l'énergie potentielle suffisante pour fournir environ 145 e-plis de lent-roll inflation. Toutefois, lorsque anisotropies sont pris en compte, le montant de l'inflation diminue, et peut même disparaître complètement s'il y a trop de cisaillement au moment du rebond.Nous avons dérivé l'équation Friedman modifié pour anisotrope LQC. Cela nous a permis d'étudier anisotrope LQC pas seulement numériquement, mais aussi analytiquement, qui nous a donné une compréhension beaucoup plus complète de la situation que ce qui était connu auparavant.Enfin, nous avons étudié certains aspects géométriques de l'espace de Sitter, qui a donné lieu à deux considérations très différentes. Tout d'abord nous avons constaté que nous pouvons, pour une théorie générale de la cosmologie modifiée et sous certaines hypothèses assez conservatrices, tirer la dynamique d'un univers spatialement incurvée, étant donné la dynamique d'un un espace plat. Cela est pertinent dans les théories telles que LQC, où il est plus facile de trouver la solution plate que celle incurvée. Deuxièmement, nous proposons un mécanisme possible pour l'origine et la renaissance de l'Univers.

Loop quantum gravity (LQG) is an attempt to solve the problem of quantum gravity. Loop quantum cosmology (LQC) is an attempt to apply LQG to early cosmology. The purpose of LQC is to connect LQG with observations. It is very hard to observe any quantum gravity effects because enormous energy density is most likely required. This is exactly why the early Universe is chosen as a stage to search for quantum gravity phenomena.The central result of LQC is that the big bang singularity is replaced by a big bounce. However this is not something that is possible to observe today. For this reason, we have investigated how cosmic perturbations are affected by LQC. We have used the so called deformed algebra approach, and have calculated the resulting spectrums for both scalar and tensor perturbations.The spectrums that we have found are not compatible with observation. However this can not bee taken as very strong evidence against LQG since there are too many assumptions on the way. Rather this is a result for this specific interpretation of LQC.We have also studied the background dynamics (the homogenous part of the equations) of LQC. Since slow-roll inflation is essential in explaining many features of the universe, including the CMB, we want to know if slow-roll inflation is compatible with LQC. We have found that, indeed, it is. If a square potential inflation field is added to the theory, the bounce will lift the potential energy enough to provide around 145 e-folds of slow-roll inflation. However, when anisotropies are taken into account, the amount of inflation decreases, and can even disappear completely if there is too much shear at the time of the bounce.We have derived the modified Friedman equation for anisotropic LQC. This has allowed us to study anisotropic LQC not just numerically, but also analytically, which has given us a much more comprehensive understanding of the situation than what was known before.Finally, we have studied some geometric aspects of de Sitter space, which has resulted in two very different considerations. Firstly we found that we can, for a general theory of modified cosmology and under some quite conservative assumptions, derive the dynamics for a spatially curved universe, given the dynamics of a spatially flat one. This is relevant in theories such as LQC, where it is easier to find the flat solution than the curved one. Secondly, we propose a possible mechanism for the origin and rebirth of the Universe.