Quantum Effects in Expanding Spacetimes

• Auteur / Autrice : Ahmed Youssef
• Direction : Jean-Pierre Gazeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique théorique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sitter, Willem de (1872-1934)

Relativité (physique)

Expansion de l'univers

Théorie quantique

Résumé

Les univers en expansion sont l'objet central de cette thèse. Tout d'abord, nous étudions la théorie quantique des champs dans le prototype de ces univers, à savoir l'espace-temps de de Sitter. En effet, les ( de la théorie des champs dans cet espace souffrent de toutes sortes de divergences infrarouges. Comment calculer correctement en présence de ces divergences et quel est leur sens ultime sont des questions centrales pour les cosmologistes. Nous étudions cette question en détail dans le cas de l'électrodynamique quantique. Nous étudions ensuite plusieurs aspects des théories de modification de la relativité générale. La principale motivation de ces théories est qu'élit donnent naturellement lieu à une phase d'expansion, soit dans l'univers primitif (inflation), soit aujourd'hui (énergie noire). Un trait caractéristique ces modèles est qu'ils conduisent à des théories avec des dérivées d'ordre supérieur, ce qui complique grandement leur analyse. Nous examinons l'équivalence de différentes formulations Hamiltoniennes de ces théories. Nous analysons ensuite les perturbations cosmologiques dans le cas d' modèle particulier, à savoir la gravité de Weyl, à nouveau dans le contexte des univers en expansion.

Expanding spacetimes are the central object of this thesis. First, we investigate quantum field theory (QFT) in the prototype of these spacetimes, the de Sitter spacetime. In particular, QFT calculations in Sitter space are plagued by ail sorts of infrared divergences. How to correctly compute in presence of these divergences and vvhat they ultimately are central questions to cosmologists. We study this issue in detail for free electrodynamics. We then study several aspects of higher-derivatives theories of gravity whose major motivation is that they give rise quite naturally to an examine phase either in the early universe (inflation), either today (dark energy). We examine the equivalence of different Hamiltonian formulations of the theories. We also analyze cosmological perturbations of a special higher-derivative theory of gravity, namely Weyl gravity, again in the context expanding spacetimes.