08/12/17 Démarrons ce cours, qui va nous tenir 20ans et plus en haleine ,je pense terminer cet ouvrage d'unification avant 2039 (on est parti pour 1000 pages au moins, ce cours sera tenu avec les technologies émergantes en la matière et n'est donc pas restrictif mais prêt à être complété) désignons les  7(ou 4) forces (fondamentales) de notre univers :

1) Gravitation (je vais tout redémontrer ici, de la loi de Newton issue de la relativité générale)

2) Electro-magnétique (je vais redémontrer les équations de Maxwell avec les gradients)

3) Thermonucléaire forte (Cohésion atomique , théorie des quarks ,on parlera des interactions et désintegration nucléaire, désintégration au sein d'une étoile)

4) Thermonucléaire faible (La sécurité n'étant pas fiable dans notre monde ; je m'attaquerai également aux radiations faibles et ses conséquences pour l'homme)

5) Matière Noir (Système d'interaction avec les anti-particules, système à compensation rotative,..)

6) Energie Sombre (Cosmologie branaire de Zwicky, théorie des univers parrallèles, théorie des cordes et gravitation quantique à corde...)

7) Pseudo-Force Centrifuge (résultante de la relativité générale)

En cosmologie, l'énergie sombre, ou énergie noire (dark energy en anglais) est une forme d'énergie hypothétique emplissant uniformément tout l'Univers et dotée d'une pression négative, qui la fait se comporter comme une force gravitationnelle répulsive. L'existence de l'énergie sombre est nécessaire pour expliquer diverses observations astrophysiques, notamment l'accélération de l'expansion de l'Univers détectée au tournant du xxie siècle.

Malgré une densité très faible (de l'ordre de 10-29 g/cm3), l'énergie sombre est une composante majeure de l'Univers, représentant environ 68% de la densité d'énergie totale de l'Univers. Sa nature reste aujourd'hui encore inconnue. Il peut s'agir simplement de la constante cosmologique induite par la relativité générale qui aurait une valeur non nulle. Il existe d'autres hypothèses, menant soit à une modélisation différente de la matière (quintessence, k-essence, modèles unifiés de matière et d'énergie sombre), soit à une modélisation différente de la gravitation (gravité f(R), champs scalaires, cosmologie branaire). Le choix entre ces différentes hypothèses dépend essentiellement des contraintes apportées par l'observation, notamment des supernovae de type Ia, de fond diffus cosmologique ou des oscillations acoustiques des baryons.

L'énergie sombre ne doit pas être confondue avec la matière sombre qui, contrairement à l'énergie sombre, ne remplit pas uniformément l'univers et qui interagit normalement (forces attractives) avec la gravitation.

Le terme d'énergie sombre est un terme générique qui englobe tout phénomène physique imitant une forme d'énergie à pression suffisamment négative[réf. souhaitée].

L'expression dark energy (énergie sombre) a été citée pour la première fois dans un article de Huterer et Turner1 en 1998, quelques mois après la découverte de l'accélération de l'expansion de l'UniversDE 1. En effet, à la fin des années 1990, les satellites et les télescopes ont permis des mesures très précises des supernovæ distantes et du rayonnement fossile micro-onde. Plusieurs caractéristiques observées, notamment l'accélération de l'expansion de l'Univers, conduisent à supposer qu'il existe effectivement une sorte d'énergie (baptisée sombre), dont une des caractéristiques principales serait d'avoir une pression négative, qui la fait se comporter comme une force gravitationnelle répulsive

Du fait de sa nature répulsive, l'énergie sombre a tendance à accélérer l'expansion de l'Univers, plutôt que la ralentir, comme le fait la matière « normale ». Un Univers accélérant est exactement ce que l'on constate en observant les supernovas les plus lointaines. D'une manière remarquable, ces observations semblent indiquer que l'énergie sombre doit représenter environ 70 % de la densité d'énergie totale de l'UniversDE 2.

Mais l'idée d'une composante accélératrice, invisible et diffuse, de l'univers est plus ancienneDE 1.

Historiquement, la seule forme d'énergie (hypothétique) se comportant comme de l'énergie sombre était la constante cosmologique, proposée dans un autre contexte par Albert Einstein en 1916, et les seuls modèles faisant appel à de l'énergie sombre utilisaient en réalité une constante cosmologique. La motivation initiale d'Einstein restait cependant fort éloignée de celles qui motivent l'intérêt actuel pour l'énergie sombre. En effet, en 1916, date à laquelle l'expansion de l'Univers n'était pas connue, Albert Einstein considérait que l'Univers devait être statique, aussi lui fallait-il introduire une nouvelle force s'opposant à l'attraction gravitationnelle. Le candidat idéal fut trouvé avec la constante cosmologique, qui permettait, dans certaines conditions très particulières de contrebalancer exactement l'effet attractif de la force gravitationnelle.

Ce n'est que bien plus tard, en 1988, que fut proposé par les astrophysiciens Jim Peebles et Bharat Ratra un autre modèle d'énergie sombre, qui fut plus tard appelée quintessence. L'intérêt pour l'énergie sombre ne prit son essor qu'à partir de la fin des années 1990, époque où fut mise en évidence la réalité de l'énergie sombre par le phénomène d'accélération de l'expansion de l'Univers. Par la suite, d'autres modèles furent proposés, parmi lesquels l'énergie fantôme, la k-essence, et le gaz de Chaplygin. Tous possèdent la même caractéristique essentielle, celle de posséder une pression suffisamment négative pour permettre d'expliquer, au moins qualitativement, l'accélération de l'expansion de l'Univers.

Les recherches astrophysiques actuelles sur le sujet ont pour but principal de mesurer avec précision l'histoire de l'expansion de l'Univers afin de déterminer la manière dont l'expansion varie avec le temps et en déduire les propriétés de l'énergie sombre, en particulier son équation d'état.

La nature exacte de l'énergie sombre fait largement partie du domaine de la spéculation. Certains estiment que l'énergie sombre serait l'énergie du vide quantique, modélisée par la constante cosmologique de la relativité générale. C'est l'explication la plus simple et poser une constante cosmologique signifie que la densité de l'énergie sombre est uniforme, et constante dans tout l'Univers, invariable en fonction du temps. C'est la forme introduite par Einstein, et cette forme est cohérente avec nos observations actuelles de l'Univers. Si l'énergie sombre prend effectivement cette forme, cela signifie qu'il s'agit d'une propriété fondamentale de l'Univers.

D'autres hypothèses ont été avancées. Ainsi, l'énergie sombre pourrait-elle être induite par l'existence de particules inconnues. Ces modèles sont appelés quintessence. Certaines théories affirment que ces particules ont été créées en quantité suffisante lors du big bang pour remplir tout l'espace. Néanmoins, si cela était le cas, on s'attendrait à ce qu'elles se regroupent, de la même manière que la matière ordinaire, et on observerait des variations de densité en fonction du temps. Aucune preuve n'en a été observée, mais la précision des observations ne permet pas d'exclure cette hypothèse. Toutefois, ce genre d'hypothèse se rapproche fortement des théories obsolètes de l'éther, précisément abandonnées car elles présupposaient l'existence d'une substance masquée emplissant tout l'Univers.

L'énergie sombre peut être une notion directement reliée à la constante cosmologique . Cette dernière apparaît dans le second membre de l'équation d'Einstein « modifiée » : .

Cette constante a été ajoutée par Albert Einstein à son équation primitive afin qu'elle puisse modéliser un univers statique (il sera prouvé par la suite que l'Univers statique d'Einstein est instable). Elle introduit une sorte d'énergie (un champ scalaire constant) présente en tout point du continuum spatio-temporel, qui, avec un choix convenable de signe et de valeur, peut s'opposer à la gravité et modifier le profil d'évolution de la « taille de l'Univers » (facteur d'échelle dans la métrique FLRW).

Lors de la découverte de l'expansion de l'Univers (cf. Edwin Hubble), Einstein renia cette verrue (« l'erreur la plus patente de ma vie ») au profit de l'équation originelle (où ne figure pas), jugée plus « esthétique » et conforme avec les observations de l'époque. Jusque dans les années 1980, la constante cosmologique a été plus ou moins ignorée en cosmologie « conventionnelle ».

En fait, cette "erreur" n'en est peut-être pas une, car la constante cosmologique apparaît une des solutions les plus simples et naturelles au problème de l'énergie noireDE 3. Un modèle cosmologique intégrant la constante cosmologique en tant qu'énergie noire existe : le modèle ΛCDM, qui est de plus en plus utilisé comme modèle de travail pour les cosmologistes.

Toutefois, cette solution ne s'impose pas (tout en restant toujours possible) pour les raisons suivantes :

L'histoire de la constante cosmologique est jusqu'ici toujours la même, depuis Einstein : une constante ad hoc ajoutée artificiellement pour expliquer des observations ou un état supposé de l'univers, et qui a finalement été abandonnée2.

Du point de vue de la physique des particules, la constante cosmologique apparaît comme la densité d'énergie du vide. Or, les calculs de cette densité d'énergie à l'aide du modèle standard donne une valeur gigantesque de l'ordre de , alors que la valeur attendue de la constante cosmologique est extrêmement faible, de l'ordre de DE 3. Cette différence de plus de 120 ordres de grandeur entre la valeur théorique et mesurée n'est pas comprise. Il n'existe aucune explication ou théorie physique des champs donnant une valeur faible et non nulle pour l'énergie du vide3.

Si on fait intervenir une supersymétrie totale de la physique des particules, la densité d'énergie du vide est alors précisément zéro, la contribution de chaque boson étant annulée par son fermion supersymétrique et réciproquement. Cependant, l'état actuel de l'univers correspond à un état "brisé" de la supersymétrie, qui donne alors de nouveau pour le calcul de l'énergie du vide une valeur bien plus grande que celle attendue, bien que plus faible que celle du modèle standard (un rapport de l'ordre de au lieu de )2.

Cette différence d'ordre de grandeur implique également un ajustement fin de la constante cosmologique. Celle-ci a dû être égale à une certaine valeur, à près, pour que l'évolution de l'univers puisse donner son état actuel. Fixer arbitrairement un paramètre cosmologique avec une telle précision, sans base théorique, est scientifiquement difficilement acceptable2.

Il faut que la valeur de l'énergie noire reste rigoureusement constante au cours du temps. Ce point n'est pas encore établi. Les observations impliquent une densité d'énergie noire de l'ordre de , avec a le facteur d'échelle de l'expansion de l'univers, et n proche de zéro, et peut-être égal à zéro (donnant alors une constante)DE 3. De plus, l'énergie du vide est soumise à des fluctuations quantiques alors que la constante cosmologique est fondamentalement et rigoureusement une constante3.

Ces raisons poussent les scientifiques à rechercher d'autres modèles d'énergie noire, qui laissent une valeur nulle à la constante cosmologique.

Attendre est le mieux