Detailed analysis of the curvature bounce: background dynamics and imprints in the CMB

If the spatial sections of the Universe are positively curved, extrapolating the inflationary stage backward in time inevitably leads to a classical bounce. This simple scenario, non-singular and free of exotic physics, deserves to be investigated in details. The background dynamics exhibits interesting features and is shown to be mostly insensitive to initial conditions as long as observational consequences are considered. The primordial scalar power spectrum is explicitly computed, for different inflaton potentials, and the subsequent CMB temperature anisotropies are calculated. The results are compatible with current measurements. Some deviations with respect to the standard paradigm can however appear at large scales and we carefully disentangle what is associated with the vacuum choice with what is more fundamentally due to the bounce itself

Sur la phénoménologie des trous noirs en évolution, l'énergie noire et les cosmologies en rebond

This thesis explores alternative approaches to gravity in General Relativity, focusing on black holes, dark energy, and early universe cosmology. It addresses the inconsistencies between General Relativity and quantum physics, as well as certain cosmological and black hole phenomena.The study examines black holes surrounded by an isotropic fluid, revealing the catastrophic behavior of the Schwarzschild black hole in the cosmological context. A more complex analysis using Painlevé-Gullstrand coordinates uncovers the existence of two distinct horizons: a cosmological and a black hole horizon.The thesis also delves into the conceptual issues of late-time accelerated expansion and dark energy. It highlights the challenges faced by string theory and proposes tests for alternative dynamical dark energy theories using gravitational waves.Furthermore, the thesis explores the possibility of resolving the big bang singularity through a curvature bounce in conjunction with inflation. It emphasizes the importance of considering a non-zero curvature density parameter and suggests investigating the potential signature of the bounce in the cosmic microwave background.The thesis discusses the predictions of Loop Quantum Cosmology and the need for a comprehensive approach to address potential inconsistencies. It acknowledges the challenges posed by the lack of experimental evidence for physics beyond the standard model.Despite these challenges, the author remains optimistic about the prospects of discovering exotic physics in the near future. The era of precision cosmology is beginning, and forthcoming cosmological surveys hold the promise of advancing our understanding of the universe.Cette thèse explore des approches alternatives à la gravité dans la Relativité Générale, en se concentrant sur les trous noirs, l'énergie sombre et la cosmologie de l'univers primitif. Elle aborde les incohérences entre la Relativité Générale et la physique quantique, ainsi que certains phénomènes cosmologiques et l'évolution des trous noirs.L'étude examine les trous noirs entourés d'un fluide isotrope, révélant le comportement catastrophique du trou noir de Schwarzschild dans le contexte cosmologique. Une analyse plus complexe utilisant les coordonnées de Painlevé-Gullstrand met en évidence l'existence de deux horizons distincts : un horizon cosmologique et un horizon de trou noir.La thèse aborde également les problèmes conceptuels de l'expansion accélérée à long terme et de l'énergie sombre. Elle met en évidence les défis auxquels est confrontée la théorie des cordes et propose des tests pour des théories alternatives de l'énergie sombre dynamique utilisant les ondes gravitationnelles.De plus, la thèse explore la possibilité de résoudre la singularité du big bang par un rebond de courbure en conjonction avec l'inflation. Elle souligne l'importance de prendre en compte un paramètre de densité de courbure non nul et suggère d'étudier la signature potentielle du rebond dans le fond diffus cosmologique.La thèse aborde les prédictions de la cosmologie quantique en boucles et la nécessité d'une approche globale pour résoudre les incohérences potentielles. Elle reconnaît les défis posés par le manque de preuves expérimentales en faveur de la physique au-delà du modèle standard.Malgré ces défis, la conclusion reste optimiste quant aux perspectives de découverte de physique exotique dans un avenir proche. L'ère de la cosmologie de précision commence et les prochaines enquêtes cosmologiques offrent la promesse de faire progresser notre compréhension de l'univers

Sur la phénoménologie des trous noirs en évolution, l'énergie noire et les cosmologies en rebond

This thesis explores alternative approaches to gravity in General Relativity, focusing on black holes, dark energy, and early universe cosmology. It addresses the inconsistencies between General Relativity and quantum physics, as well as certain cosmological and black hole phenomena.The study examines black holes surrounded by an isotropic fluid, revealing the catastrophic behavior of the Schwarzschild black hole in the cosmological context. A more complex analysis using Painlevé-Gullstrand coordinates uncovers the existence of two distinct horizons: a cosmological and a black hole horizon.The thesis also delves into the conceptual issues of late-time accelerated expansion and dark energy. It highlights the challenges faced by string theory and proposes tests for alternative dynamical dark energy theories using gravitational waves.Furthermore, the thesis explores the possibility of resolving the big bang singularity through a curvature bounce in conjunction with inflation. It emphasizes the importance of considering a non-zero curvature density parameter and suggests investigating the potential signature of the bounce in the cosmic microwave background.The thesis discusses the predictions of Loop Quantum Cosmology and the need for a comprehensive approach to address potential inconsistencies. It acknowledges the challenges posed by the lack of experimental evidence for physics beyond the standard model.Despite these challenges, the author remains optimistic about the prospects of discovering exotic physics in the near future. The era of precision cosmology is beginning, and forthcoming cosmological surveys hold the promise of advancing our understanding of the universe.Cette thèse explore des approches alternatives à la gravité dans la Relativité Générale, en se concentrant sur les trous noirs, l'énergie sombre et la cosmologie de l'univers primitif. Elle aborde les incohérences entre la Relativité Générale et la physique quantique, ainsi que certains phénomènes cosmologiques et l'évolution des trous noirs.L'étude examine les trous noirs entourés d'un fluide isotrope, révélant le comportement catastrophique du trou noir de Schwarzschild dans le contexte cosmologique. Une analyse plus complexe utilisant les coordonnées de Painlevé-Gullstrand met en évidence l'existence de deux horizons distincts : un horizon cosmologique et un horizon de trou noir.La thèse aborde également les problèmes conceptuels de l'expansion accélérée à long terme et de l'énergie sombre. Elle met en évidence les défis auxquels est confrontée la théorie des cordes et propose des tests pour des théories alternatives de l'énergie sombre dynamique utilisant les ondes gravitationnelles.De plus, la thèse explore la possibilité de résoudre la singularité du big bang par un rebond de courbure en conjonction avec l'inflation. Elle souligne l'importance de prendre en compte un paramètre de densité de courbure non nul et suggère d'étudier la signature potentielle du rebond dans le fond diffus cosmologique.La thèse aborde les prédictions de la cosmologie quantique en boucles et la nécessité d'une approche globale pour résoudre les incohérences potentielles. Elle reconnaît les défis posés par le manque de preuves expérimentales en faveur de la physique au-delà du modèle standard.Malgré ces défis, la conclusion reste optimiste quant aux perspectives de découverte de physique exotique dans un avenir proche. L'ère de la cosmologie de précision commence et les prochaines enquêtes cosmologiques offrent la promesse de faire progresser notre compréhension de l'univers

Sur la phénoménologie des trous noirs en évolution, l'énergie noire et les cosmologies en rebond

This thesis explores alternative approaches to gravity in General Relativity, focusing on black holes, dark energy, and early universe cosmology. It addresses the inconsistencies between General Relativity and quantum physics, as well as certain cosmological and black hole phenomena.The study examines black holes surrounded by an isotropic fluid, revealing the catastrophic behavior of the Schwarzschild black hole in the cosmological context. A more complex analysis using Painlevé-Gullstrand coordinates uncovers the existence of two distinct horizons: a cosmological and a black hole horizon.The thesis also delves into the conceptual issues of late-time accelerated expansion and dark energy. It highlights the challenges faced by string theory and proposes tests for alternative dynamical dark energy theories using gravitational waves.Furthermore, the thesis explores the possibility of resolving the big bang singularity through a curvature bounce in conjunction with inflation. It emphasizes the importance of considering a non-zero curvature density parameter and suggests investigating the potential signature of the bounce in the cosmic microwave background.The thesis discusses the predictions of Loop Quantum Cosmology and the need for a comprehensive approach to address potential inconsistencies. It acknowledges the challenges posed by the lack of experimental evidence for physics beyond the standard model.Despite these challenges, the author remains optimistic about the prospects of discovering exotic physics in the near future. The era of precision cosmology is beginning, and forthcoming cosmological surveys hold the promise of advancing our understanding of the universe.Cette thèse explore des approches alternatives à la gravité dans la Relativité Générale, en se concentrant sur les trous noirs, l'énergie sombre et la cosmologie de l'univers primitif. Elle aborde les incohérences entre la Relativité Générale et la physique quantique, ainsi que certains phénomènes cosmologiques et l'évolution des trous noirs.L'étude examine les trous noirs entourés d'un fluide isotrope, révélant le comportement catastrophique du trou noir de Schwarzschild dans le contexte cosmologique. Une analyse plus complexe utilisant les coordonnées de Painlevé-Gullstrand met en évidence l'existence de deux horizons distincts : un horizon cosmologique et un horizon de trou noir.La thèse aborde également les problèmes conceptuels de l'expansion accélérée à long terme et de l'énergie sombre. Elle met en évidence les défis auxquels est confrontée la théorie des cordes et propose des tests pour des théories alternatives de l'énergie sombre dynamique utilisant les ondes gravitationnelles.De plus, la thèse explore la possibilité de résoudre la singularité du big bang par un rebond de courbure en conjonction avec l'inflation. Elle souligne l'importance de prendre en compte un paramètre de densité de courbure non nul et suggère d'étudier la signature potentielle du rebond dans le fond diffus cosmologique.La thèse aborde les prédictions de la cosmologie quantique en boucles et la nécessité d'une approche globale pour résoudre les incohérences potentielles. Elle reconnaît les défis posés par le manque de preuves expérimentales en faveur de la physique au-delà du modèle standard.Malgré ces défis, la conclusion reste optimiste quant aux perspectives de découverte de physique exotique dans un avenir proche. L'ère de la cosmologie de précision commence et les prochaines enquêtes cosmologiques offrent la promesse de faire progresser notre compréhension de l'univers

On the Phenomenology of Evolving Black Holes, Dark Energy and Bouncing Cosmology

Cette thèse explore des approches alternatives à la gravité dans la Relativité Générale, en se concentrant sur les trous noirs, l'énergie sombre et la cosmologie de l'univers primitif. Elle aborde les incohérences entre la Relativité Générale et la physique quantique, ainsi que certains phénomènes cosmologiques et l'évolution des trous noirs.L'étude examine les trous noirs entourés d'un fluide isotrope, révélant le comportement catastrophique du trou noir de Schwarzschild dans le contexte cosmologique. Une analyse plus complexe utilisant les coordonnées de Painlevé-Gullstrand met en évidence l'existence de deux horizons distincts : un horizon cosmologique et un horizon de trou noir.La thèse aborde également les problèmes conceptuels de l'expansion accélérée à long terme et de l'énergie sombre. Elle met en évidence les défis auxquels est confrontée la théorie des cordes et propose des tests pour des théories alternatives de l'énergie sombre dynamique utilisant les ondes gravitationnelles.De plus, la thèse explore la possibilité de résoudre la singularité du big bang par un rebond de courbure en conjonction avec l'inflation. Elle souligne l'importance de prendre en compte un paramètre de densité de courbure non nul et suggère d'étudier la signature potentielle du rebond dans le fond diffus cosmologique.La thèse aborde les prédictions de la cosmologie quantique en boucles et la nécessité d'une approche globale pour résoudre les incohérences potentielles. Elle reconnaît les défis posés par le manque de preuves expérimentales en faveur de la physique au-delà du modèle standard.Malgré ces défis, la conclusion reste optimiste quant aux perspectives de découverte de physique exotique dans un avenir proche. L'ère de la cosmologie de précision commence et les prochaines enquêtes cosmologiques offrent la promesse de faire progresser notre compréhension de l'univers.This thesis explores alternative approaches to gravity in General Relativity, focusing on black holes, dark energy, and early universe cosmology. It addresses the inconsistencies between General Relativity and quantum physics, as well as certain cosmological and black hole phenomena.The study examines black holes surrounded by an isotropic fluid, revealing the catastrophic behavior of the Schwarzschild black hole in the cosmological context. A more complex analysis using Painlevé-Gullstrand coordinates uncovers the existence of two distinct horizons: a cosmological and a black hole horizon.The thesis also delves into the conceptual issues of late-time accelerated expansion and dark energy. It highlights the challenges faced by string theory and proposes tests for alternative dynamical dark energy theories using gravitational waves.Furthermore, the thesis explores the possibility of resolving the big bang singularity through a curvature bounce in conjunction with inflation. It emphasizes the importance of considering a non-zero curvature density parameter and suggests investigating the potential signature of the bounce in the cosmic microwave background.The thesis discusses the predictions of Loop Quantum Cosmology and the need for a comprehensive approach to address potential inconsistencies. It acknowledges the challenges posed by the lack of experimental evidence for physics beyond the standard model.Despite these challenges, the author remains optimistic about the prospects of discovering exotic physics in the near future. The era of precision cosmology is beginning, and forthcoming cosmological surveys hold the promise of advancing our understanding of the universe

Catastrophic fate of Schwarzschild black holes in a thermal bath

Using the Schwarzschild metric as a rudimentary toy model, we pedagogically revisit the curious prediction that the mass of a classical black hole in a constant temperature thermal bath diverges in a finite amount of time. We study in detail how this instability behaves if the temperature of the bath is allowed to vary with time and conclude that whatever the background behavior (but for a zero-measure subspace of the initial conditions), the black hole mass either diverges or vanishes in a finite time if the Hawking radiation is taken into account. The competition between both effects is subtle and not entirely governed by the hierarchy of the relevant temperatures. This instability is also shown to be reached before the background singularity in a contracting universe, which has implications for bouncing models. The results are generalized to spaces with extra dimensions and the main conclusions are shown to remain true. The limitations of the model are reviewed, both from the point of view of the dynamical black hole horizon and from the point of view of the background space expansion. Comparisons with other approaches are suggested and possible developments are underlined

Detailed analysis of the curvature bounce: background dynamics and imprints in the CMB

If the spatial sections of the Universe are positively curved, extrapolating the inflationary stage backward in time inevitably leads to a classical bounce. This simple scenario, non-singular and free of exotic physics, deserves to be investigated in details. The background dynamics exhibits interesting features and is shown to be mostly insensitive to initial conditions as long as observational consequences are considered. The primordial scalar power spectrum is explicitly computed, for different inflaton potentials, and the subsequent CMB temperature anisotropies are calculated. The results are compatible with current measurements. Some deviations with respect to the standard paradigm can however appear at large scales and we carefully disentangle what is associated with the vacuum choice with what is more fundamentally due to the bounce itself