Sciences & Techniques: L'Univers : inconnu à 99%

« grandes structures ? Si l'on se fie à la quantité de matière sombre prédite par les théories aujourd'hui les plus en vogue, nouspourrions vivre, sans le savoir, dans un bien étrange Univers : à la fois infini et à 99 % inconnu ! L'Univers est-il fini ou infini ? Il existe trois réponses différentes selon que la densité moyenne de l'Univers est inférieure, égale ou supérieure à unecertaine valeur critique. Le volume de l'Univers accessible à l'observation est fini.

Nous vivons dans une " bulle " dont le rayon ne peut être supérieur à ladistance parcourue par la lumière depuis le moment où a été émis le rayonnement cosmologique.

Mais cela ne nous apprend rien surl'extension actuelle de l'Univers.

Seule la théorie peut parler.

Ainsi, les modèles d'Univers simplifiés proposés, sur la base de larelativité générale, par Alexander Friedmann, en 1922, conduisent-ils à considérer trois possibilités, selon la densité (ou quantité dematière par unité de volume) de l'Univers. Si la densité moyenne est inférieure à une certaine valeur critique – qui dans l'état de dilution actuel de l'Univers est de l'ordre de 10 –29 g/cm 3 –, l'Univers possède une courbure négative (il est courbé de telle sorte que la somme des angles d'un triangle y est légèrement inférieure à 180°).

Il est alors en principe, dans le cas le plus simple, spatialement infini et l'expansion se poursuivra indéfiniment,jusqu'à l'extinction totale des étoiles, et au-delà.

Le grand froid ( big chill ) attend alors l'Univers. L'Univers reste infini et en expansion continuelle si la densité de l'Univers est exactement égale à cette densité critique, mais cettefois, l'espace se révèle parfaitement plat comme dans la géométrie euclidienne. Enfin, si la densité est supérieure à cette même valeur critique, la gravitation donne à l'espace une courbure positive.

Celui-ci est alorsà la fois fini et illimité, à la manière d'une sphère.

La gravitation finit par contrecarrer le mouvement d'expansion : les galaxiesrebroussent chemin, l'espace entier se contracte, et l'Univers redevient indéfiniment petit et dense.

C'est le big crunch … Pour savoir donc, si l'Univers est fini ou non, ou pour savoir s'il est appelé à une expansion sans fin ou s'il doit un jour s'effondrer surlui-même, il suffirait ainsi, en principe, de déterminer sa courbure.

A cette fin, les astronomes ont mis au point une grande variété detests.

Aucun n'a conduit à des résultats permettant de conclure.

Tout porte à penser cependant que l'Univers est extrêmement plat,même si l'on ne sait pas encore s'il est parfaitement plat. Quel est l'âge de l'Univers ? Sa détermination exacte exigerait de connaître les variations du taux d'expansion de l'Univers au cours du temps.

Ladifficulté est insurmontable. Regarder loin dans l'espace, c'est aussi regarder loin dans le passé, à une époque où l'Univers était plus petit, plus dense, plus chaud.Il n'est cependant pas possible de remonter ainsi le temps indéfiniment.

L'observation est bloquée par le mur opaque du fond cosmologique, et la physique elle-même est impuissante à bâtir des théories capables de remonter au-delà d'un certain seuil.

Si,maintenant, oubliant le monde concret, on prolonge encore vers le passé les modèles géométriques décrivant l'expansion actuelle del'Univers, ils confèrent à un certain moment à celui-ci un rayon nul.

C'est cette date, définie, donc, par une propriété mathématique etnon en référence à un quelconque " début ", qui fait conventionnellement office d'origine du décompte du temps.

Et c'est le temps quinous sépare de l'instant ainsi défini que, par abus de langage, on appelle l'âge de l'Univers. Cela étant précisé, l'âge de l'Univers n'est pas connu.

Sa détermination exigerait que l'on connaisse le taux d' expansion actuel de l'Univers, et comment ce taux a varié au cours du temps.

On comprend, en effet, aisément que si l'Univers a grandi très vite, alors iln'est pas très vieux, et que si son expansion a été lente, alors, au contraire, le moment où la théorie lui donne une dimension nulledoit être plus ancien… Plusieurs méthodes sont mises en œuvre pour évaluer le taux d'expansion de l'Univers et sa variation.

Toutes se sont jusqu'iciheurtées à des difficultés insurmontables.

Ainsi, le moyen le plus simple consiste à déduire la valeur du taux d'expansion de la vitessede fuite d'un certain nombre de galaxies rapportée à leur distance.

La vitesse de récession, obtenue à partir du décalage de la lumière des galaxies, est la seule quantité directement mesurable.

Mais la distance, elle, est bien plus difficile à connaître.

La déterminationdes distances constitue même le talon d'Achille de l'astronomie extragalactique.

Les résultats obtenus varient alors souvent du simpleau double, et c'est aussi du simple au double que varient aujourd'hui les estimations du taux d'expansion de l'Univers. Si, maintenant, on souhaite tenir compte de la variation de ce taux, c'est-à-dire évaluer le ralentissement de l'Univers, il convientégalement de tenir compte de la quantité de matière existante.

La gravitation commande et beaucoup de matière signifie, parexemple, un fort freinage de l'expansion, et quelques milliards d'années de différence.

Un dernier élément pourrait aussi intervenir etbrouiller, s'il en était encore besoin, les cartes : la densité d'énergie de l'Univers, qui apparaît dans les équations sous le nom deconstante cosmologique .

Mais personne ne connaît sa valeur et sa signification physique reste obscure.. »