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Début
 


1 Histoire  





2 Évolution de l'Univers selon la métrique FLRW  





3 Formulation mathématique  





4 Métrique FLRW en fonction de la courbure spatiale  



4.1  Dans un espace plat  





4.2  Dans un espace de courbure positive  





4.3  Dans un espace de courbure négative  







5 Notes et références  



5.1  Notes  





5.2  Références  







6 Voir aussi  



6.1  Bibliographie  



6.1.1  Manuels d'enseignement supérieur  





6.1.2  Ouvrages fondamentaux  





6.1.3  Dictionnaires et encyclopédies  







6.2  Articles connexes  





6.3  Liens externes  
















Métrique de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker






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Si vous disposez d'ouvrages ou d'articles de référence ou si vous connaissez des sites web de qualité traitant du thème abordé ici, merci de compléter l'article en donnant les références utiles à sa vérifiabilité et en les liant à la section « Notes et références ».

En pratique : Quelles sources sont attendues ? Comment ajouter mes sources ?

Lamétrique de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker[1],[2] (ci-après FLRW) est une solution exacte de l'équation tensorielle fondamentale de la relativité générale d'Albert Einstein[3]. Elle décrit un univers homogèneetisotrope, en expansion ou en contraction[3]. L'espace-temps dont la métrique décrit la géométrie est feuilleté par des espaces tridimensionnels (hypersurfaces à trois dimensions et de genre temps) de courbure constante[4]. Celle-ci est soit nulle, soit positive, soit négative[4]. En cosmologie, cette métrique est utilisée pour la description de l'évolution de l'Univers aux grandes échelles. Elle constitue l'outil principal amenant la construction du modèle cosmologique standard : la théorie du Big Bang[5].

Histoire[modifier | modifier le code]

Les éponymes de la métrique sont Alexandre Friedmann, Georges Lemaître, Howard Percy RobertsonetArthur Geoffrey Walker[2],[6],[7].

Friedmann obtient la métrique dès [8] pour le cas d'un univers fermé[9],[10] puis en pour celui d'un univers ouvert[9],[11]. Indépendamment de Friedmann[8], Lemaître obtient la métrique en [8] pour le cas d'un univers ouvert[9],[12]. Robertson obtient en la métrique pour le cas le plus simple d'un univers plat[9]. Robertson en puis Walker en [13] obtiennent la métrique générale[14]. Il en démontrent, en , l'unicité : elle est l'unique métrique pour un espace-temps homogène et isotrope[8].

Il a été noté[6] une tendance à se référer à la métrique sous le nom de métrique de Robertson-Walker[2],[15],[16],[N 1] (RW) et à réserver le nom de Friedmann-Lemaître aux équations qui en décrivent sa dynamique[6]. Mais, suivant les préférences géographiques ou historiques, la métrique FLRW, et son modèle cosmologique conséquent, peuvent être désignés selon d'autres combinaisons des noms d'une partie des quatre scientifiques[20]. On trouvera, par exemple : Friedmann-Robertson-Walker (FRW), Friedmann-Lemaître (FL)…

Évolution de l'Univers selon la métrique FLRW[modifier | modifier le code]

La métrique FLRW décrit la géométrie moyenne de l'Univers aux grandes échelles. Elle nous donne sa dynamique et nous permet de connaître l'évolution de sa taille (contraction ou expansion de l'Univers).

Un univers homogène et isotrope demeure au cours de son évolution homogène et isotrope. Il ne peut rendre compte de la formation des structures le composant, de densité inhomogène par définition. La formation de ses structures, tels que les filaments ou les amas de galaxies, est permise par l'introduction de perturbations autour de cette métrique FLRW. Ces perturbations croissent au cours du temps, par attraction gravitationnelle, et entraînent la création des grandes structures observées. Elles sont supposées d'origine quantique, et leur existence nous est donnée par l'observation du fond diffus cosmologique, réalisée grâce aux satellites COBE, WMAP, et plus récemment Planck.

Formulation mathématique[modifier | modifier le code]

La métrique FLRW est de forme[21],[22],[23],[24] :

,

où :

Encoordonnées sphériques [25], l'élément de longueur d'espace-temps , pour la métrique FLRW, se note :

en choisissant la signature de la métrique (en) où :

En introduisant le changement de coordonnées : permet de déterminer la distance comobile, l'élément de longueur se reformule :

Métrique FLRW en fonction de la courbure spatiale[modifier | modifier le code]

Dans un espace plat[modifier | modifier le code]

Pour , la métrique FLRW se note :

L'espace est plat mais pas l'espace-temps. La métrique est différente de la métrique de Minkowski caractérisant la relativité restreinte.

Dans un espace de courbure positive[modifier | modifier le code]

Pour , la métrique FLRW s'écrit :

L'élément de longueur possédant une singularité en , on préfèrera utiliser son expression selon  :

Dans un espace de courbure négative[modifier | modifier le code]

Pour , il vient finalement :

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Enanglais : Robertson-Walker metric[15],[17],[18],[19].

Références[modifier | modifier le code]

  1. Barrau et Grain 2016, § 7.1.2 (« Forme de la métrique »), p. 131.
  • a b cetd Taillet, Villain et Febvre 2013, s.v. Robertson-Walker (métrique de), p. 609, col. 1.
  • aetb Petrov et al. 2017, chap. 5, sec. 5.3, § 5.3.2, p. 233.
  • aetb Griffiths et Podolský 2009, chap. 6, sec. 6.1, p. 69.
  • L. Bergström, A. Goobar, Cosmology and Particle Astrophysics, page 61, 2de édition (2006), (ISBN 3-540-32924-2)
  • a betc Taillet 2023, introduction, p. 262.
  • Daniel et Peter 2019, chap. 3, sec. 3.1, § 3.1.4, p. 159.
  • a b cetd Dimopoulos 2020, chap. 2, sec. 2.9, p. 33.
  • a b cetd Plebański et Krasiński 2006, partie II, chap. 17, sec. 17.1, p. 262.
  • Friedmann 1922.
  • Friedmann 1924.
  • Lemaître 1927.
  • Robertson 1935.
  • Plebański et Krasiński 2006, partie II, chap. 17, sec. 17.1, p. 263.
  • aetb EDDA, s.v. Robertson-Walker metric.
  • EU, s.v. Robertson-Walker (métrique de).
  • Coles 1999, s.v. Robertson-Walker metric, p. 312.
  • EB, s.v. Robertson-Walker metric.
  • OR, s.v. Robertson-Walker metric.
  • Allday 2019, chap. 12, notes, 6, p. 315.
  • a betc Binétruy 2006, appendices, D, D.2, p. 457.
  • Rubakov et Gorbunov 2017, chap. 2, sec. 2.2, p. 38.
  • a b cetd Wallisch 2019, chap. 2, sec. 2.1, § 2.1.1, p. 10.
  • a betc Wands et Maartens 2015, § 4.1.1, p. 163.
  • aetb Pérez 2016, p. 269.
  • aetb Pérez 2016, p. 270.
  • Voir aussi[modifier | modifier le code]

    Bibliographie[modifier | modifier le code]

    Manuels d'enseignement supérieur[modifier | modifier le code]

    Ouvrages fondamentaux[modifier | modifier le code]

    Dictionnaires et encyclopédies[modifier | modifier le code]

    Articles connexes[modifier | modifier le code]

    Liens externes[modifier | modifier le code]


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