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L'Univers dans 3000 milliards d'années

ActualitéClassé sous :Astronomie , cosmologie , big bang

Lawrence Krauss est un cosmologiste de renommée internationale mais il est surtout connu par ses interventions médiatiques et ses livres comme « La physique de Star Trek ». Avec son collègue, Robert J. Scherrer, il vient de recevoir l'un des cinq prix donnés chaque année par la Gravity Research Foundation. L'article sélectionné examine le futur de l'Univers au cours des prochaines 3000 milliards d'années.

Le big bang et l'accélération de l'Univers
Stephen Hawking et Lawrence Krauss lors d'un colloque sur la cosmologie (Crédit Lawrence Krauss).

Il y a probablement deux sujets qui sont les plus porteurs d'implications philosophiques en cosmologie : la naissance et le futur de l'Univers. Le grand Freeman Dyson avait déjà examiné en son temps le futur possible d'un Univers en expansion éternelle, mais la présence d'une constante cosmologique accélérant l'expansion de l'Univers n'était pas établie à l'époque des analyses pénétrantes de Dyson. C'est pourquoi Robert J. Scherrer de l'Université Vanderbilt et Lawrence Krauss de la Case Western Reserve University ont réexaminé en partie la question dans l'article intitulé « The Return of the Static Universe and the End of Cosmology ».

Le point de départ de l'article est que, selon toutes probabilités, l'Univers va continuer son expansion accélérée pendant encore longtemps. La constante cosmologique ne semble pas donner de signes d'évolution dans le temps d'après les études récentes à partir des supernovae, ce qui rend improbable, mais non impossible un futur Big Crunch. En effet, tant que la nature exacte de l'énergie noire à l'œuvre dans l'Univers n'aura pas été déterminée, on ne pourra pas écarter l'éventualité d'une modification de son signe et de sa densité, susceptible de ramener l'Univers vers un état plus dense et plus chaud. Andrei Linde, l'un des créateurs principaux de la théorie de l'inflation, et sa femme Renata Kalosh ont en effet montré qu'il existait des modèles de supergravité dans lesquels l'accélération de l'expansion de l'Univers n'était que temporaire et donnait suite à un Big Crunch dans moins de 100 milliards d'années.

Examinons malgré tout l'hypothèse la plus raisonnable actuellement, celle d'une véritable constante cosmologique pour les prochains 3000 milliards d'années.

La solution cosmologique qui décrira, à la fin de cette époque, l'Univers observable actuellement sera alors celle de l'astronome Hollandais Willem de Sitter. Il s'agit de la solution décrivant un Univers statique et vide de matière, complètement dominé par la constante cosmologique, et qui avait tellement rebuté Einstein en 1917 après qu'il ait proposé la sienne, tout aussi statique mais contenant de la matière.

Einstein montrant du doigt une équation à Willem de Sitter (Crédit : the New York Times Photo Archives).

Une civilisation existant à ce moment là dans notre amas de galaxies local sera dans une position bien singulière. Comme l'avait déjà montré en 1945 Einstein et son collaborateur Strauss, l'expansion de l'Univers est au maximum quasiment nulle au niveau des galaxies, et même à ce moment là, les amas ne devraient pas être perturbés par la valeur de la constante cosmologique. De sorte que tout en restant statique, les autres amas ne seront plus visibles. Pour les astronomes et les cosmologistes de cette époque, notre Univers sera bel et bien un Univers île, constitué uniquement par l'amas local, et perdu dans une immensité sombre et froide. Un des premiers indices pointant vers la théorie du Big Bang sera alors absent, pas de décalage spectral vers le rouge et donc pas d'expansion mesurable.

Depuis longtemps déjà, le rayonnement fossile sera devenu tellement froid qu'il sera noyé dans le bruit de fond radio des galaxies. Plus remarquable encore, à la fin de cette période, sa longueur d'onde sera comparable à celle de l'horizon cosmologique. Difficile alors d'avoir une preuve de la théorie du Big Bang, même si la découverte de la théorie de la relativité générale, et des théorèmes de singularités associés, sera toujours possible et très probablement faite. Les fluctuations thermiques du rayonnement fossile seront bien évidemment inobservables et des renseignements sur l'homogénéité à grande échelle du cosmos et l'origine des galaxies seront indisponibles.

Pire, la nucléosynthèse stellaire aura produit tellement d'hélium dans l'Univers que la part qui est d'origine cosmologique, encore parfaitement nette actuellement, sera indéterminable par l'observation. De même, l'abondance de deutérium primordial, si précieux pour la mesure de certains paramètres cosmologiques, ne sera pas évaluable de façon fiable uniquement à partir des mesures au niveau des étoiles d'un seul amas. La théorie de l'évolution stellaire et les cosmochronomètres permettront encore de découvrir que l'Univers n'est pas éternel ni probablement infiniment vieux mais ce sera à peu près tout.

Les conclusions des deux chercheurs sont assez fascinantes : « Nous vivons à une époque spéciale de l'histoire de l'Univers, la seule pendant laquelle nous pouvons vérifier par l'observation que nous vivons pendant une période très particulière de l'histoire du cosmos » , et ils ajoutent « Nous pouvons nous sentir particulièrement favorisés de pouvoir observer tellement de choses que de futurs civilisations ne seront pas capables de connaître, mais, en suivant la même logique, nous pouvons nous demander quels aspects importants de l'Univers nous sont aujourd'hui et pour toujours cachés. Ces réflexions nous conduisent à une sorte d'humilité cosmique  ». Si l'on a à l'esprit la possibilité d'un multivers suggérée par les théories de l'inflation, la théorie des cordes ou la gravitation quantique en boucle, on ne peut que partager leurs conclusions.

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