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La constante cosmologique, introduit il y a un siècle par Albert Einstein dans sa théorie de la relativité générale, est une épine dans le pied des physiciens. La différence entre la prédiction théorique de ce paramètre et sa mesure basée sur des observations astronomiques est de l'ordre de 10 121 . Il n'est pas surprenant d'apprendre que cette estimation est considérée comme la pire de toute l'histoire de la physique. Dans un article à paraître dans Physique Lettres B , un chercheur de l'Université de Genève (UNIGE), La Suisse, propose une approche qui peut apparemment résoudre cette incohérence. L'idée originale de l'article est d'accepter qu'une autre constante, la gravitation universelle de Newton G, qui fait aussi partie des équations de la relativité générale—peut varier. Cette percée potentiellement majeure, qui a été accueilli favorablement par la communauté scientifique, doit encore être poursuivi afin de générer des prédictions qui peuvent être confirmées (ou réfutées) expérimentalement.
"Mon travail consiste en une nouvelle manipulation mathématique des équations de la relativité générale qui permet enfin d'harmoniser théorie et observation sur la constante cosmologique, " dit Lucas Lombriser, maître de conférences au Département de physique théorique de la Faculté des sciences de l'UNIGE et auteur unique de l'article.
Expansion en pleine accélération
La constante cosmologique Λ (lambda) a été introduite dans les équations de la relativité générale par Einstein il y a plus d'un siècle. Le célèbre physicien avait besoin de la constante pour s'assurer que sa théorie serait compatible avec un univers qu'il croyait statique. Cependant, en 1929, un autre physicien, Edwin Hubble, découvre que les galaxies s'éloignent toutes les unes des autres, un signe que l'univers est réellement en expansion. En apprenant cela, Einstein regrettait d'avoir introduit la constante cosmologique, qui était devenu inutile à ses yeux, et l'a même décrit comme "la plus grande bévue de ma vie".
En 1998, l'analyse précise des supernovae lointaines a offert la preuve que l'expansion de l'univers, loin d'être constant, accélère en fait, comme si une force mystérieuse gonflait le cosmos de plus en plus rapidement. La constante cosmologique est alors à nouveau invoquée pour décrire ce que les physiciens appellent « l'énergie du vide », une énergie dont la nature est inconnue (on parle d'énergie noire, quintessence, etc.) mais qui est responsable de l'expansion accélérée de l'univers.
Les observations les plus précises des supernovae, et surtout du fond diffus cosmologique (rayonnement micro-ondes qui provient de toutes les parties du ciel et qui est considéré comme un vestige du Big Bang), ont permis de mesurer une valeur expérimentale de cette constante cosmologique. Le résultat est un chiffre très petit (1,11 × 10 -52 m -2 ) qui est néanmoins suffisamment important pour générer l'effet souhaité d'expansion accélérée.
Énorme écart entre la théorie et l'observation
Le problème est que la valeur théorique de la constante cosmologique est très différente. Cette valeur est obtenue grâce à la théorie quantique des champs :celle-ci considère que des paires de particules à très petite échelle sont créées et détruites presque instantanément en tout point de l'espace et à tout moment. L'énergie de cette « fluctuation du vide » — un phénomène bien réel — est interprétée comme une contribution à la constante cosmologique. Mais quand sa valeur est calculée, un chiffre énorme est obtenu (3,83 × 10 +69 m -2 ), ce qui est largement incompatible avec la valeur expérimentale. Cette estimation représente le plus grand écart jamais obtenu (d'un facteur 10 121 ) entre la théorie et l'expérimentation à travers la science.
Ce problème de la constante cosmologique est l'un des sujets les plus "chauds" de la physique théorique actuelle, et il mobilise de nombreux chercheurs à travers le monde. Tout le monde regarde les équations de la relativité générale de tous les côtés pour tenter de dénicher des idées qui résoudront la question. Bien que plusieurs stratégies aient été proposées, il n'y a pas de consensus général pour le moment.
Professeur Lombriser, pour sa part, eu l'idée originale il y a quelques années d'introduire une variation dans la constante universelle de gravitation G (celle de Newton) qui apparaît dans les équations d'Einstein. Cela signifie que l'univers dans lequel nous vivons (avec un G de 6,674 08 × 10 -11 m 3 / kg s 2 ) devient un cas particulier parmi une infinité de possibilités théoriques différentes.
Après de nombreux développements et hypothèses, L'approche mathématique du professeur Lombriser permet de calculer le paramètre (oméga lambda), ce qui est une autre façon d'exprimer la constante cosmologique mais qui est beaucoup plus facile à manipuler. Ce paramètre désigne aussi la fraction actuelle de l'univers qui est constituée d'énergie noire (le reste étant composé de matière). La valeur théorique obtenue par le physicien genevois est de 0,704 ou 70,4 %. Ce chiffre est en accord étroit avec la meilleure estimation expérimentale obtenue à ce jour, 0,685 ou 68,5%, indiquant qu'il s'agit d'une énorme amélioration par rapport aux 10 121 divergence.
Ce premier succès doit maintenant être suivi de nouvelles analyses afin de vérifier si le nouveau cadre proposé par Lombriser peut être utilisé pour réinterpréter ou éclaircir d'autres mystères de la cosmologie. Le physicien a déjà été invité à présenter et expliquer sa démarche dans des conférences scientifiques, qui reflète l'intérêt manifesté par la communauté.
