Dans cet extrait de « Matière : La magnifique illusion » (Polity, 2025, traduit par Edward Williams), l’auteur et physicien Guido Tonelli se penche sur la découverte de l’énergie noire et sur les multiples tentatives pour expliquer cet étrange phénomène qui semble être à l’origine de l’expansion toujours croissante de l’univers.
La découverte de énergie sombre a été une véritable surprise pour tout le monde, y compris pour ceux qui y travaillaient. Lorsque cela s’est produit, en 1998, les astronomes qui ont été les premiers à se trouver en présence de données aussi surprenantes n’en ont pas cru leurs yeux. Et pourtant, les résultats ne laissent aucun doute.
La vitesse à laquelle l’univers s’était développé n’était pas constante ; au contraire, depuis un certain temps déjà, elle augmente considérablement. Tout s’éloignait de tout à un rythme de plus en plus frénétique.
Ce que les scientifiques voyaient contredisait ce à quoi ils s’attendaient ; l’idée d’une expansion accélérée de l’univers était contre-intuitive. Tout le monde s’attendait à ce que l’attraction exercée par la gravité réduise lentement la vitesse d’expansion de l’espace-temps, alors que c’est exactement le contraire qui se produit.
Pendant de nombreuses années, différentes équipes de scientifiques ont tenté de comprendre si ce que les données indiquaient était réel ou si, au contraire, des erreurs avaient été commises dans les mesures. Finalement, ils ont cédé à l’évidence. Il ne faisait aucun doute qu’un nouveau phénomène naturel était observé, aussi complètement inattendu soit-il. Finalement, même l’Académie royale des sciences de Suède à Stockholm a reconnu l’importance du travail de Saul Perlmutter, Brian Schmidt et Adam Riessles trois astronomes qui ont mené les premières recherches et récompensé leur découverte par le prix Nobel 2011.
Dès les premiers instants, pour tenter d’expliquer cet étrange phénomène, l’expression d’énergie noire a été inventée, indiquant l’ignorance totale du mécanisme qui la produisait : une forme d’énergie absolument inconnue qui semble éloigner tout du reste et croître au fur et à mesure que l’énergie se développe. les dimensions de l’univers grandissent.
Certains ont imaginé une sorte d’antigravité, un comportement extrêmement étrange de la gravité qui, d’attrayant, tel que nous le connaissons, devient répulsif à grande distance. D’autres ont imaginé une sorte d’énergie du vide, une énergie positive, qui crée une sorte de pression négative, poussant ainsi tout vers la dilatation.
L’idée selon laquelle le vide contient de l’énergie positive qui le fait se dilater remonte à de nombreuses années. Et Albert Einstein a été le premier à l’inventer. Pour rendre l’univers statique, c’est-à-dire pour contrebalancer l’effet de la gravité qui, agissant seule, ferait tôt ou tard tout s’effondrer en un seul point, Einstein a ajouté une constante positive, appelée « constante cosmologique » dans ses équations à la main, c’est-à-dire arbitrairement. Cette classification servait à construire un équilibre : faire s’étendre l’univers contrecarrait les effets de la gravité et le rendait stable.
Plus tard, lorsqu’on découvrit que tout avait eu un début mouvementé et que les galaxies s’éloignaient encore les unes des autres, Einstein regretta ce choix, au point d’y faire référence comme l’une des pires erreurs de sa vie. En fait, avec un univers issu d’une singularité ultra-dense et super-incandescente, il n’était pas nécessaire de recourir à cet élan supplémentaire d’expansion pour produire un état d’équilibre. Ce qui est curieux, c’est que personne, et encore moins Einstein, ne pouvait prédire que d’ici la fin du XXe siècle, les découvertes faites par Perlmutter, Schmidt et Riess remettraient sa constante cosmologique à la mode. Il semble donc que la nature finira toujours par donner raison à Einstein, même si le grand scientifique est convaincu qu’il a clairement tort.
Dans ce cas également, de précieuses informations sur la présence et la répartition de l’énergie sombre peuvent être extraites en analysant la moindre inhomogénéité du rayonnement de fond cosmique et les effets de lentille gravitationnelle produits par les galaxies et les amas. C’est curieux de découvrir qu’il fait encore jour ce qui nous permet de jeter un oeil sur cette face sombre du cosmos.
La répartition de l’énergie noire dans le cosmos est très homogène. Il se comporte très différemment de la matière, qu’elle soit matière ordinaire ou matière noire. Ces dernières substances matérielles ont des distributions réticulaires avec des nœuds et des filaments de haute densité alternant avec de larges espaces vides. Au contraire, l’énergie noire est distribuée uniformément dans tout l’espace et semble occuper tout le volume de l’univers avec bonheur, exerçant une force répulsive sur tout.
Pour tenter de comprendre l’origine de cette mystérieuse forme d’énergie, les scientifiques ont vérifié si la vitesse d’expansion est la même, sur une période donnée, pour toutes les différentes régions de l’univers. Ils ont également réalisé que ce phénomène n’est devenu dominant qu’au cours des derniers milliards d’années. Pendant une longue période, l’univers s’est développé selon un rythme très différent de celui actuel.
Diverses hypothèses ont été testées, parmi lesquelles l’idée qu’il s’agisse d’une nouvelle force fondamentale ou d’un comportement anormal de la gravité ou encore de la présence dans la fabrique de l’espace-temps de structures très particulières, semblables à des défauts de son motif régulier. Mais jusqu’à présent, personne n’a réussi à comprendre ce qui donne naissance à cet étrange phénomène, et expliquer l’énergie noire reste l’un des défis les plus redoutables de la science moderne.
Si le mystère de ses origines demeure, les mesures précises des effets de l’énergie noire sur la géométrie de l’univers et sur les fluctuations spatiales de la densité de la matière ont permis de quantifier le poids de cette composante dans la composition matérielle de l’univers. l’univers.
Le résultat est sensationnel ; L’énergie noire représente environ 68 % de la masse totale. Environ les deux tiers de l’univers sont constitués de ce composant le plus mystérieux. En additionnant l’apport de l’énergie noire, on obtient un résultat franchement embarrassant. Malgré les grands progrès réalisés par la science contemporaine, nous sommes obligés d’admettre que nous ne savons rien de 95 % de tout ce qui nous entoure.
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Reproduit avec la permission de Matière : La magnifique illusion par Guido Tonellidisponible auprès de Polity
