Cette force mystérieuse qui pousse l'espace à s'agrandir de plus en plus vite

L’Univers est en expansion. Cela n’est pas un paradoxe. Tout au contraire, c’est une prédiction claire de la théorie d’Einstein corroborée depuis un siècle par les observations.

Mais il y a quelques années une poignée de chercheurs ont entrepris, dans l’indifférence générale, de mesurer précisément la décélération de L’Univers. Puisque la gravitation est attractive, elle agit comme une sorte de force de freinage. L’Univers doit donc grandir de moins en moins vite, il doit décélérer. À l’instar d’un vélo qui avance, mais de plus en plus doucement, à cause du frottement de l’air et de la route.

La mesure de la valeur exacte de cette décélération n’était pas un problème central de cosmologie et s’inscrivait au rang des petites investigations secondaires à mener à défaut de projets plus ambitieux. La méthode est assez simple. Certaines supernovae, des étoiles en fin de vie, explosent en émettant toujours la même quantité de lumière. En mesurant la proportion de cette lumière atteignant un télescope sur Terre, on peut donc en déduire leur distance. Un peu comme une flamme de bougie : plus elle est vue faiblement, plus la bougie est éloignée de l’oeil qui la scrute ou du détecteur qui l’étudie.Par ailleurs, l’effet Doppler, le fait que la longueur d’onde change quand une source est en mouvement, permet de mesurer la vitesse de celle-ci. On peut ainsi connaître la vitesse d’éloignement des supernovae en fonction de leur distance. Elle trace directement la vitesse d’expansion de l’Univers puisque les astres ne se meuvent pas de façon importante sur la trame de fond à ces échelles. Étant donné que la lumière se déplace à une vitesse finie, voir loin, c’est voir tôt. Il est donc possible d’accéder à l’évolution de la vitesse en fonction du temps, c’est-à-dire à la décélération cosmique.

Une telle approche fut effectivement mise en oeuvre et conduisit en fait à un résultat inattendu et tout à fait prodigieux : la décélération de l’Univers est négative ! Autrement dit : l’Univers accélère ! Il ne se contente pas de s’agrandir, il s’agrandit, en fait, de plus en plus vite... Comment est-ce possible alors que la gravitation attire et doit donc freiner ?

Il s’agit sans aucun doute de l’un des résultats les plus importants de ces dernières décennies. Non seulement pour la cosmologie mais aussi pour la physique en général. On peut évaluer l’énergie associée à ce processus d’accélération. Elle s’avère être presque trois fois plus importante encore que celle de la matière noire ! On la nomme « énergie noire ». Un terme qui masque pudiquement notre incompréhension du phénomène. Quelque chose, quelque chose de mystérieux qui constitue l’essentiel de contenu de l’Univers, pousse l’espace à s’étendre de plus en plus vite. On peut raisonnablement y voir les traces d’une nouvelle force. Inconnue et répulsive à grande distance. Une force qui ne ressemble à rien d’identifié à l’heure actuelle. Une cinquième force peut-être ?

Autrement dit, une quintessence. L’enjeu est si considérable et la situation si étrange que de très nombreux physiciens théoriciens travaillent aujourd’hui sur cette question. Il n’est pas exagéré de dire que trois ou quatre articles, en moyenne, sont publiés chaque jour sur ce sujet et qu’il existe sans doute plusieurs centaines de modèles différents pour tenter d’expliquer le phénomène.En un certain sens, la relativité générale peut sembler fournir une explication simple à cette situation. Les équations d’Einstein comportent en effet un terme, une constante cosmologique, qui peut engendrer une telle accélération. Il existe donc une solution plus naturelle et plus immédiate que pour la matière noire. Néanmoins, la mécanique quantique impose aussi ses lois et n’autorise pas la valeur effectivement observée.

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Extrait de "Big bang et au-delà : balade en cosmologie" (Editions Dunod), 2013. Pour acheter ce livre, cliquez ici.