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Hors des sentiers battus
La cosmologie contemporaine (relativiste)

  "Newton, en formulant sa loi de la gravitation, avait dit expressément que l'espace et le temps, contenants universels des objets et des phé­nomènes, ne sont en rien affectés par ce qui se situe et se passe en eux. Dés lors, il n'était plus indispensable pour la physique de connaître la figure concrète du monde, la « facies totius universi » : ses lois n'en dépendaient pas.
  Pour Olbers, l'idée d'un Univers infini et homogène était en contra­diction avec l'interprétation, par la physique classique, des phénomènes d'observations. Dès lors, non seulement la physique se passait de cos­mologie, mais elle l'excluait.

  Einstein fut amené à reposer le problème cosmologique par les nécessités de la logique interne de son entreprise. Dans la théorie de la relativité, la géométrie n'est plus celle de l'espace, mais de l'espace-­temps, et elle dépend de la distribution de matière et d'énergie à l'en­droit et à l'instant des mesures. Le problème cosmologique était alors de nouveau posé, mais non résolu.
  C'est Hubble qui apporta les premiers éléments de réponse au nou­veau problème cosmologique en fournissant, par l'observation, des don­nées sur la répartition et le mouvement des objets dans l'Univers. Reculant vers l'infini les frontières du monde, il montra que l'Univers était homo­gène, isotrope et en expansion. II donnait ainsi des valeurs aux para­mètres des relations d'Einstein, permettant de mieux cerner la structure exacte de L'Univers.
  Dans le monde irréel, presque vide, élaboré par De Sitter comme solution aux équations d'Einstein, Weyl avait vu le red shift[1], mais sans pouvoir en tirer parti jusqu'au bout.
  Friedman trouva la solution générale des équations d'Einstein sous l'hypothèse d'une distribution homogène de matière, et quelques lignes de calcul lui auraient permis de donner la formule du red shift ; mais il n'y pensa pas, sans doute parce qu'il n'était pas au courant des décou­vertes des astronomes.
  Lemaître fut le premier à prévoir le red shift et l'expansion de l'Univers en construisant une solution cosmologique particulière aux équations d'Einstein. Cette solution appartenait à la classe des Univers de Friedman, mais il l'ignorait. En 1931, sans guère avoir de base dans la physique de son temps, il proposait l'idée de l'« atome primitif ».
  Le principal défenseur de la théorie de l'état stationnaire de Bondi et Gold fut Hoyle. Mais son idée de la création continue de matière, qui s'opposait à l'atome primitif de Lemaître, est aujourd'hui, en général, abandonnée au profit de celle du « big bang »."

 

La Recherche, 1970, n° 2, p. 141-148.

 


[1] En astronomie, le décalage vers le rouge (ou redshift) est une augmentation de la longueur d'onde de la lumière causée par le mouvement de la source lumineuse qui s'éloigne de l'observateur, par effet Doppler ou du fait de l'expansion de l'univers en cosmologie.



  "En associant les résultats sur les supernovæ aux idées théoriques sur l'inflation [de l'univers], on arrive donc à l'esquisse suivante de l'évolution cosmique, résumée par la figure suivante :

 

evolution_univers.jpg

 

  Il était une fois, il y a très très longtemps, un univers dont l'énergie était portée par un champ nommé inflaton, lequel était perché loin au-dessus de son état de plus basse énergie. Du fait de sa pression négative, cet inflaton engendra un énorme sursaut d'expansion inflationnaire. Puis, 10-35 seconde plus tard, alors que l'inflaton glissait le long son énergie potentielle, cette explosion toucha à sa fin et l'inflaton libéra son énergie prisonnière pour produire la matière et le rayonnement ordinaires. Pendant des milliards d'années, ces constituants bien connus de notre Univers exercèrent une attraction gravitationnelle tout à fait ordinaire, elle aussi, qui ralentissait continuellement l'expansion spatiale. Mais, à mesure que l'Univers croissait et se diluait, l'attraction gravitationnelle diminuait. Tant et si bien que l'attraction gravitationnelle ordinaire, voici sept milliards d'années devint suffisamment faible pour que la répulsion due à la constante cosmologique devienne dominante et, depuis lors, le rythme de l'expansion spatiale de l'Univers n'a cessé d'augmenter.
  Environ cent milliards d'années avant notre ère, toutes les galaxies – sauf les plus proches – s'éloignaient les unes des autres du fait de l'expansion de l'espace plus rapidement que la lumière, et c'est pourquoi elles sont aujourd'hui impossibles à voir malgré la puissance de nos télescopes. Si ce récit est réaliste, alors il faut s'attendre, dans un futur relativement proche, à ce que l'Univers devienne un endroit désolé, un vaste désert."

 

Brian Greene, La Magie du cosmos, 2004, tr. fr. Céline Laroche, Folio Essais, 2007, p. 504-505.


 

  "Pourquoi peut-on voir des œufs qui se cassent, mais pas des œufs qui se reforment ? D'où vient la flèche du temps dont nous faisons tous quotidiennement l'expérience ? Voici l'état actuel de notre compréhension. Dans un état primordial chaotique très ordinaire, doté d'une très haute entropie, une fluctuation statistique favorable, liée au hasard mais à laquelle on peut s'attendre de temps à autres permit à une petite portion d'espace de dix kilos de réunir toutes les conditions requises pour donner lieu à une explosion inflationnaire fulgurante. Cette incommensurable expansion eut pour effet d'étirer l'espace jusqu'à une taille gigantesque et avec une très faible courbure. Vers la fin de l'expansion, l'inflaton céda toute son énergie, grandement amplifiée, à de la matière et à du rayonnement, qui remplirent alors tout l'espace de manière quasi uniforme. La gravitation répulsive émanant de l'inflaton diminuant, la gravitation attractive ordinaire redevint dominante et […] exploita les petites « inhomogénéités» dues à l'agitation quantique en y accumulant suffisamment de matière pour former les galaxies, les étoiles et finalement le Soleil, la Terre, le reste du système solaire et tous les autres astres de notre Univers observable. ([…] quelque sept milliards d'années ATB [After The Bang], la gravitation répulsive reprit le dessus, mais cela n'eut d'influence qu'aux plus grandes échelles cosmiques, et pas sur des entités plus petites comme les galaxies prises individuellement ou notre système solaire, où l'attraction gravitationnelle ordinaire est toujours en vigueur.) L'énergie de notre Soleil, d'entropie relativement basse, fut utilisée par les plantes et les premières formes de vie animale de faible entropie, pour produire davantage de formes de vie de faible entropie, contribuant à l'augmentation progressive de l'entropie totale en générant chaleur et déchets. Au dernier maillon de cette chaîne fut finalement produite une poule qui pondit un œuf... et nous connaissons maintenant la suite de l'histoire : l'œuf tomba du plan de travail la cuisine pour venir s'écraser au sol, s'inscrivant ainsi dans le cadre de l'inéluctable augmentation d'entropie de l'Univers. C'est la nature uniforme, hautement ordonnée et faiblement entropique de la structure spatio-temporelle induite par l'expansion inflationnaire qui est le pendant du fait de trouver les pages de Guerre et Paix dans le bon ordre ; c'est cet état initial hautement ordonné – l'absence de distorsions trop importantes ou de trous noirs gargantuesques – qui amorça l'évolution ultérieure de l'Univers vers une entropie toujours supérieure, et qui fournit donc la flèche du temps dont nous faisons tous l'expérience. Dans l'état actuel de nos connaissances, c'est là l'explication la plus complète que l'on ait jamais donnée de la flèche du temps."

 

Brian Greene, La Magie du cosmos, 2004, tr. fr. Céline Laroche, Folio Essais, 2007, p. 536-538.
 

 

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Date de création : 14/11/2022 @ 16:37
Dernière modification : 04/12/2022 @ 18:09
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