Erreurs magistrales

Ken Tapping, le 24 juillet 2013

Dans le ciel, cette semaine…

  • Vénus frôle l’horizon à l’ouest peu après le coucher du soleil.
  • Saturne brille dans le quadrant sud-ouest durant la nuit. On peut voir Mars et Jupiter à proximité l’une de l’autre à l’aube, au-dessus de Mercure, qui se trouve plus bas dans le ciel.
  • La Lune atteindra son dernier quartier le 29 juillet.

Notre Univers est en expansion. En mesurant la vitesse de déplacement des galaxies éloignées de notre système solaire et leur distance par rapport à nous, on a pu calculer qu’il y a 14 milliards d’années, tout ce qui nous entoure dans l’Univers était concentré dans un petit amas brûlant. Puis, après ce que les scientifiques appellent le Big Bang, cette petite masse a commencé à se refroidir et à se dilater, pour former l’Univers tel que nous le connaissons.

On attribue à tort à Edwin Hubble d’avoir découvert que l’Univers était en expansion. En fait, le mérite revient à plusieurs observateurs. Fait étonnant toutefois, ce sont les travaux d’Isaac Newton au XVIIIe siècle qui nous ont mis sur la piste.

L’une des plus grandes théories de Newton voulait que chaque objet dans l’Univers exerce une force d’attraction sur tous les corps qui l’entourent selon une force proportionnelle à leur masse respective qui décroît avec la distance entre les corps. Il a nommé cette force la gravité. Ce sont ainsi les travaux de Newton qui nous ont permis de comprendre et de prévoir les mouvements des planètes, des étoiles et des galaxies, et de lancer des engins spatiaux pour explorer notre système solaire.

D’entrée de jeu, les théories de Newton s’opposent à l’existence d’un Univers immobile. Si tous les objets dans l’Univers s’attiraient mutuellement sans fin, ils s’agglutineraient pour former une masse unique. La seule raison pour laquelle cela ne se produit pas, c’est que l’Univers est en expansion, laquelle est ralentie graduellement par la gravité. Si la vitesse d’expansion est suffisante, celle-ci se poursuivra à jamais. Autrement, elle ralentira progressivement, s’arrêtera, puis le mouvement se renversera et tous les objets convergeront les uns vers les autres. Pendant plus de 200 ans, personne n’a réfléchi sérieusement aux ramifications des théories de Newton.

Dans ses travaux, Newton a décrit les effets de la gravitation sans s’aventurer à expliquer de quoi il s’agissait. La question a toutefois intéressé Albert Einstein, qui s’y est attaqué au début du XXe siècle. À l’époque, l’idée d’un Univers en expansion ne faisait pas l’unanimité et Einstein lui-même n’y croyait pas. Que dire de sa déception lorsque les résultats de ses calculs ont non seulement confirmé la théorie de la gravitation, mais démontré que l’Univers devait nécessairement être en expansion. Einstein a rajouté à ses équations un facteur arbitraire pour décrire un Univers statique et stable. Lorsque les preuves mathématiques sur l’expansion de l’Univers sont devenues irréfutables, Einstein a expliqué que le facteur arbitraire qu’il avait choisi d’appliquer, la « constante cosmologique » comme il l’a nommé, était une erreur monumentale. En fait, il avait ajouté exactement ce qu’il manquait à ses équations, mais pour les mauvaises raisons.

Si on ne tient pas compte de la constante cosmologique, les théories de Newton et d’Einstein prédisent toutes les deux que l’Univers est en expansion, mais une expansion condamnée à un ralentissement graduel, ce qui est logique sur la foi de nos observations. Une balle lancée en l’air finit effectivement par ralentir sa course pour s’arrêter et retomber vers le sol. Les observations effectuées au cours des dernières années ont cependant révélé un phénomène tout autre – l’expansion s’accélérerait au lieu de ralentir!

Pour que cette accélération se produise, il faut absolument qu’une force extérieure vienne contrer l’attraction gravitationnelle. On a appelé cette force mystérieuse « l’énergie sombre ». Ironiquement, le facteur arbitraire d’Einstein est justement ce qu’il fallait introduire dans les équations pour tenir compte de l’énergie sombre.

Par manque d’intérêt pour la question, il a fallu plusieurs siècles après les travaux de Newton pour qu’on comprenne finalement que l’Univers était en expansion. Puis dans ses efforts pour infirmer la théorie d’un Univers en expansion, Einstein nous a donné la clé pour intégrer l’énergie sombre dans les équations. Comme on peut le constater, la science ne progresse pas de façon linéaire, elle s’écarte souvent de la ligne droite et ses résultats sont imprévisibles. On est loin du processus méthodique que l’on nous présente à la petite école.

Ken Tapping est astronome à l’Observatoire de radio-astrophysique du Conseil national de recherches, à Penticton (C.-B.), V2A 6J9.

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