On the equation of state of Dark Energy

The formalism in order to obtain the Dark Energy equation of state is extended to non-flat universes and we consider the inequalities that must be satisfied by Phantom Dark Energy in this case. We show that due to a non-vanishing spatial curvature satisfying the observational bounds, the uncertainty on the determination of the Dark Energy equation of state parameter $w$, when it is taken constant, can be significant and that it is minimal for some redshift $z_{cr}\sim 3$. We consider the potential of future measurements of the gravitational waves emitted by binaries at high redshifts $z>z_{cr}$ to reduce this uncertainty. Results obtained here should also be relevant for a weakly varying equation of state with $w\approx -1$.Comment: 11 pages, 4 figures;typo corrected, final version to appear in Phys. Lett.

Scalar-Tensor Models of Normal and Phantom Dark Energy

We consider the viability of dark energy (DE) models in the framework of the scalar-tensor theory of gravity, including the possibility to have a phantom DE at small redshifts $z$ as admitted by supernova luminosity-distance data. For small $z$, the generic solution for these models is constructed in the form of a power series in $z$ without any approximation. Necessary constraints for DE to be phantom today and to cross the phantom divide line $p=-\rho$ at small $z$ are presented. Considering the Solar System constraints, we find for the post-Newtonian parameters that $\gamma_{PN}<1$ and $\gamma_{PN,0}\approx 1$ for the model to be viable, and $\beta_{PN,0}>1$ (but very close to 1) if the model has a significantly phantom DE today. However, prospects to establish the phantom behaviour of DE are much better with cosmological data than with Solar System experiments. Earlier obtained results for a $\Lambda$-dominated universe with the vanishing scalar field potential are extended to a more general DE equation of state confirming that the cosmological evolution of these models rule them out. Models of currently fantom DE which are viable for small $z$ can be easily constructed with a constant potential; however, they generically become singular at some higher $z$. With a growing potential, viable models exist up to an arbitrary high redshift.Comment: 30 pages, 4 figures; Matches the published version containing an expanded discussion of various point

On Some Properties of Dark Energy

Les résultats des observations cosmologiques réalisées à la charnière du siècle (SN1A, CMB, BAO) montrent que contrairement aux prévisions du modèle standard, l'expansion de l'Univers est actuellement en train de s'accélérer. Pour rendre compte de ce phénomène, un composant inconnu dénommé "énergie noire" (Dark Energy) a été introduit soit directement comme un fluide de pression négative, soit indirectement en modifiant la Relativité générale. Après avoir présenté le cadre général de la description de l'Univers, ainsi que le modèle cosmologique standard actuellement accepté, la présente thèse étudie les interactions possibles entre l'énergie noire et une éventuelle courbure de l'espace, en s'intéressant plus particulièrement aux cas où l'incertitude sur la courbure peut falsifier la nature "fantôme" de cette énergie noire. Dans un deuxième temps, la possibilité d'obtenir un comportement de type énergie noire au moyen d'une modification de la Relativité générale est abordée en faisant appel aux théories scalaire-tenseur. Les conditions générales de viabilité de ces théories sont présentées, ainsi que les conditions d'existence d'énergie noire, normale et fantôme. Enfin la possibilité de mettre en évidence cette énergie noire d'origine scalaire-tenseur par des mesures dans le Système solaire est étudiée en utilisant le formalisme de l'analyse post-newtonienne paramétrée.The results of the cosmological observations at the turn of the century (SN1a, CMB, BAO) show that, in contrast to the predictions of the standard model, the Universe expansion is presently accelerating. To account for this fact, an unknown component dubbed "dark energy" was introduced either directly as a fluid with negative pressure, or indirectly as a modification of General Relativity.After the presentation of the general frame of the Universe description, and of the presently accepted cosmological standard model, we study the interactions between dark energy and a possible spatial curvature, with special attention to the cases where the curvature uncertainty may falsify the phantom nature of dark energy. In a second step we consider a modification of General Relativity, the Scalar-Tensor theories, as a way to generate dark energy. The general viability conditions for these theories are presented, as well as the conditions for the presence of normal and phantom dark energy. In particular we study the possibility to detect this Scalar-Tensor dark energy with measurements within the Solar System using the Parametrised Post-Newtonian formalism

On Some Properties of Dark Energy

Les résultats des observations cosmologiques réalisées à la charnière du siècle (SN1A, CMB, BAO) montrent que contrairement aux prévisions du modèle standard, l'expansion de l'Univers est actuellement en train de s'accélérer. Pour rendre compte de ce phénomène, un composant inconnu dénommé "énergie noire" (Dark Energy) a été introduit soit directement comme un fluide de pression négative, soit indirectement en modifiant la Relativité générale. Après avoir présenté le cadre général de la description de l'Univers, ainsi que le modèle cosmologique standard actuellement accepté, la présente thèse étudie les interactions possibles entre l'énergie noire et une éventuelle courbure de l'espace, en s'intéressant plus particulièrement aux cas où l'incertitude sur la courbure peut falsifier la nature "fantôme" de cette énergie noire. Dans un deuxième temps, la possibilité d'obtenir un comportement de type énergie noire au moyen d'une modification de la Relativité générale est abordée en faisant appel aux théories scalaire-tenseur. Les conditions générales de viabilité de ces théories sont présentées, ainsi que les conditions d'existence d'énergie noire, normale et fantôme. Enfin la possibilité de mettre en évidence cette énergie noire d'origine scalaire-tenseur par des mesures dans le Système solaire est étudiée en utilisant le formalisme de l'analyse post-newtonienne paramétrée.The results of the cosmological observations at the turn of the century (SN1a, CMB, BAO) show that, in contrast to the predictions of the standard model, the Universe expansion is presently accelerating. To account for this fact, an unknown component dubbed "dark energy" was introduced either directly as a fluid with negative pressure, or indirectly as a modification of General Relativity.After the presentation of the general frame of the Universe description, and of the presently accepted cosmological standard model, we study the interactions between dark energy and a possible spatial curvature, with special attention to the cases where the curvature uncertainty may falsify the phantom nature of dark energy. In a second step we consider a modification of General Relativity, the Scalar-Tensor theories, as a way to generate dark energy. The general viability conditions for these theories are presented, as well as the conditions for the presence of normal and phantom dark energy. In particular we study the possibility to detect this Scalar-Tensor dark energy with measurements within the Solar System using the Parametrised Post-Newtonian formalism.MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Teaching energy in the light of the history and epistemology of the concept

International audienc

Quelle progression dans l’enseignement de l’énergie de l’école au lycée ? Une analyse des programmes et des manuels

Des travaux récents en didactique des sciences ont renouvelé la question de l’enseignement de l’énergie en pointant la nécessité d’une progression tout au long de la scolarité. En outre, on assiste, en France comme dans de nombreux autres pays, à une évolution de l’enseignement des sciences qui intègre toujours plus explicitement la question des liens sciences-société. Les enjeux éducatifs liés à l’énergie sont donc à la fois de construire progressivement le concept scientifique mais aussi d’éduquer à l’énergie dans une perspective de développement durable. Comment se positionnent à cet égard les programmes et les manuels français du primaire et du secondaire ? Quels choix de transposition didactique opèrent-ils ? Dans cet article, nous analysons ces programmes et une sélection de manuels. Dans ses grandes lignes, la progression proposée apparaît conforme à ce qui est recommandé dans la littérature : le principe de conservation fait figure de point d’aboutissement et les différents aspects de l’énergie nécessaires pour le comprendre sont introduits progressivement à partir du primaire. Cependant, la terminologie employée n’offre pas toujours les conditions pour une différentiation claire de ces différents aspects. De plus, plusieurs questions souvent débattues dans la littérature semblent être ignorées : entrée par les transformations ou les transferts, place de la conception substantialiste, mise en avant de la fonction d’unification, rupture entre les conceptions scientifique et sociétale. Nous discutons de l’importance de prendre en charge ces différents points pour permettre l’apprentissage du concept d’énergie.Recent studies in science education have renewed the question of how to teach the concept of energy by pointing out the necessity of a progression throughout schooling. In addition, in France as well as in numerous other countries, science education is addressing more and more explicitly the links between science and society. So the educational issues around teaching energy are both to progressively construct the scientific concept and to “educate to” energy in relation to sustainable development. In this regard, what is the stance of the French programs and textbooks of primary and secondary school? What choices are made in adapting and reformulating scientific knowledge? In this paper, we analyse these programs and a selection of textbooks. Broadly speaking, we found that the proposed progression seems to be in line with what is recommended in the literature: the principle of energy conservation appears as an end point and the different aspects of energy necessary for understanding the concept are introduced progressively, starting from primary school. However, the terminology used does not always provide conditions for a clear differentiation of these different aspects. Furthermore, several questions often debated in the literature are not included: beginning instruction in the concept by explaining energy transformation or transfer, defining the role of the substantialist conception, highlighting the unifying function, or discussing the radical difference between scientific and societal conceptions of energy. This paper discusses the importance of taking these points into account in order to support the learning of the concept of energy

Quelle progression dans l’enseignement de l’énergie de l’école au lycée ? Une analyse des programmes et des manuels

International audienceDes travaux récents en didactique des sciences ont renouvelé la question de l’enseignement de l’énergie en pointant la nécessité d’une progression tout au long de la scolarité. En outre, on assiste, en France comme dans de nombreux pays, à une évolution de l’enseignement des sciences qui intègre toujours plus explicitement la question des liens sciences-société. Les enjeux éducatifs liés à l’énergie sont donc à la fois de construire progressivement le concept scientifique mais aussi d’éduquer à l’énergie dans une perspective de développement durable. Comment se positionnent à cet égard les programmes et les manuels français du primaire et du secondaire ? Quels choix de transposition didactique opèrent-ils ? Dans cet article, nous analysons ces programmes et une sélection de manuels. Dans ses grandes lignes, la progression proposée apparaît conforme à ce qui est recommandé dans la littérature : le principe de conservation fait figure de point d’aboutissement et les différents aspects de l’énergie nécessaires pour le comprendre sont introduits progressivement à partir du primaire. Cependant, la terminologie employée n’offre pas toujours les conditions pour une différentiation claire de ces différents aspects. De plus, plusieurs questions débattues dans la littérature semblent être ignorées : entrée par les transformations ou les transferts, place de la conception substantialiste, mise en avant de la fonction d’unification, rupture entre les conceptions scientifique et sociétale. Nous discutons de l’importance de prendre en charge ces différents points pour permettre l’apprentissage du concept d’énergie

Énergies

L’énergie est un thème mobilisé en biologie, en chimie, en géologie, en physique et en technologie. En outre, l’énergie intéresse également les champs investis par les questions socialement vives (la consommation et les économies d’énergie, etc.) ainsi que les domaines de l’éducation à la santé (avec les notions de calories, d’effort physique, de bilan, etc.), au développement durable (ressource énergétique, réchauffement climatique, énergie renouvelable ou non-renouvelable, etc.). Cependant, il y a fort à parier que derrière un même terme, se cachent des concepts différents selon les disciplines, les questions posées, les phénomènes étudiés. Par ailleurs l’énergie est un des grands objectifs d’enseignement des sciences (thème de convergence au collège, Enseignement Intégré de Science et de Technologie). Cette importance donnée à l’énergie a connu des variations au fil des changements de programme. Parallèlement les études didactiques sur l’enseignement du concept de l’énergie ont connu aussi des évolutions, tant dans leur quantité que dans leur angle d’attaque. L’objet de ce numéro est de faire l’inventaire des recherches actuelles, et de comparer les significations attachées à ce terme dans les champs disciplinaires scientifiques ou dans les « éducations à » qui le mobilisent, ainsi que les modes d’approche didactique. Nous espérons ainsi élargir les horizons des différentes disciplines et améliorer la cohérence des modes de présentation des concepts en jeu, dans le parcours scolaire des élèves. Energy is a topic very frequently used in the fields of biology, chemistry, geology, physics and technology. Moreover, energy also concerns many domains in the area of socio-scientific issues (energy uses and economies, etc.), as well as health education (with the notions of calories, physical effort, balance, etc.) or sustainable development (energy resources, global heating, renewable or not-renewable energy, etc.). Nevertheless, you can be sure that behind the same term, are hidden different concepts depending on the disciplines, the questions, and the phenomena that are studied. Moreover, energy is a major teaching objective in science instruction (‘themes de convergence’ at lower secondary school, Science and Technology Integrated Instruction). This importance devoted to energy teaching has varied throughout the changes in curricula. Similarly, science education studies about energy teaching have also evolved, both concerning their number and their approach. The aim of this issue is to inventory the current trend of research, and to compare the meanings linked to this term ‘energy’ in the scientific disciplinary fields or in the ‘education to’ that use it, together with the didactical approaches. We hope in this manner widen the scopes of different disciplines, and strengthen the coherence of the presentation of these concepts, in the student school pathways