Pendant des décennies, les scientifiques se sont interrogés sur le fait que notre Univers est en expansion. En toute logique, la gravité devrait rapprocher nos galaxies, mais des observations réalisées dans les années 1990 ont révélé que l’Univers ne se contente pas de s’étendre, mais qu’il s’étend à un rythme apparemment accéléré, ce que les scientifiques attribuent à l’énergie noire.
L’énergie noire (à ne pas confondre avec la matière noire) est la force hypothétique qui représente environ 68,3 % de l’énergie de l’Univers observable et qui pousse les galaxies à se séparer. Mais malgré de nombreuses preuves indirectes de son existence, personne n’a été en mesure de détecter directement l’énergie noire, ni d’expliquer adéquatement d’où elle provient.
Une nouvelle étude pourrait remédier à tout cela. La réponse ? L’énergie noire est parfaitement logique… si l’une des lois les plus fondamentales de l’Univers a été violée sans que nous nous en rendions compte.
Cette loi fondamentale est la conservation de l’énergie, et c’est un point important. C’est la loi que nous avons tous apprise au lycée en sciences, qui stipule que l’énergie dans un système isolé ne peut être ni créée ni détruite – elle peut seulement changer de forme. Et elle sous-tend la plupart des principes de base de la physique.
Mais la nouvelle étude affirme que si l’Univers a subtilement perdu de l’énergie à ses débuts, cela pourrait expliquer l’énergie sombre que nous observons aujourd’hui. L’équipe suggère également que la loi pourrait avoir été violée de manière si minime que nous ne l’aurions même pas remarqué.
Alors pourquoi une hypothèse aussi radicale ? Tout se résume aux problèmes que nous rencontrons avec l’énergie sombre, et pour les expliquer, il faut remonter à 1917, lorsqu’Einstein essayait de comprendre pourquoi l’Univers était statique, et non en expansion ou en contraction, ce qui était l’hypothèse de l’époque.
Pour expliquer l’absence de contraction gravitationnelle, Einstein s’est dit qu’il devait y avoir quelque chose qui s’opposait à la gravité à l’échelle cosmique, et il l’a appelée la constante cosmologique.
Mais il a pratiquement abandonné l’idée en 1929, lorsque l’astronome Edwin Hubble a constaté les premiers signes d’expansion de l’Univers, ce qui a jeté une hypothétique pierre à ses calculs.
Puis, au début des années 1990, des scientifiques ont montré que l’Univers était en expansion à un rythme accéléré, et la constante d’Einstein est redevenue pertinente.
Les chercheurs ont alors compris que la constante qu’Einstein étudiait il y a plusieurs dizaines d’années devait en fait être ce que nous appelons aujourd’hui l’énergie sombre.
Qu’est-ce que l’énergie sombre ? L’idée générale est qu’il s’agit d’une constante cosmologique qui provient de l’espace vide.
Grâce à la mécanique quantique, nous savons que l’espace vide n’ est jamais vraiment vide – il est rempli d’étranges particules quantiques et d’énergie qui entrent et sortent de l’espace, et l’une de ces étranges particules pourrait être porteuse d’une force répulsive, l’énergie noire.
Le seul problème est que la quantité d'”énergie sombre” que nous prévoyons de faire apparaître par ce processus est bien plus importante que ce que l’on peut expliquer par l’expansion observée de l’Univers – jusqu’à 120 ordres de grandeur de plus, pour être précis.
Cela signifie que soit nous ne la mesurons pas correctement, soit nous ne comprenons toujours pas d’où vient l’énergie noire.
Cette nouvelle étude suggère que cette dernière possibilité pourrait être en jeu, et propose une nouvelle hypothèse. Et si l’Univers perdait subtilement de l’énergie à ses débuts, et que cette énergie perdue déterminait la valeur de l’énergie sombre ?
“Dans le modèle, l’énergie sombre est quelque chose qui garde la trace de la quantité d’énergie et d’élan qui a été perdue au cours de l’histoire de l’Univers”, a déclaré à Science Alejandro Perez, l’un des membres de l’équipe.
La base de cette nouvelle hypothèse est un modèle alternatif de la relativité générale élaboré par Einstein dans les années 1910, appelé gravité unimodulaire, qui stipule que l’énergie n’a pas besoin d’être conservée.
Si ce modèle de gravité unimodulaire est appliqué aux calculs, la valeur de la constante cosmologique correspondrait parfaitement aux observations de l’accélération de l’expansion de notre Univers, déclare l’équipe.
Ce qui est important, c’est que ce modèle ne remet pas nécessairement en cause notre compréhension actuelle de l’Univers. Bien que la disparition de l’énergie au début de l’Univers affecte considérablement les valeurs de l’énergie sombre, elle n’affecterait pas grand-chose d’autre et ne serait pas perceptible par les expériences actuelles.
l’énergie des composants de la matière peut être cédée au champ gravitationnel, et cette “perte d’énergie” se comportera comme une constante cosmologique – elle ne sera pas diluée par l’expansion ultérieure de l’Univers”, explique Thibaut Josset, l’un des membres de l’équipe, à Lisa Zyga de Phys.org.
“Par conséquent, une minuscule perte ou création d’énergie dans un passé lointain peut avoir des conséquences importantes aujourd’hui à grande échelle.”
Il y a cependant un gros problème ici – si l’énergie disparue n’a pas laissé d’effets durables sur l’Univers, autre que de modifier la valeur de l’énergie noire, alors il n’y a aucun moyen pour nous de tester si cette hypothèse est vraie ou non.
“Notre proposition est très générale, et toute violation de la conservation de l’énergie devrait contribuer à une constante cosmologique effective. Cela pourrait permettre d’établir de nouvelles contraintes sur les modèles phénoménologiques au-delà de la mécanique quantique standard”, a déclaré Josset à Phys.org.
“D’un autre côté, la preuve directe que l’énergie noire provient de la non-conservation de l’énergie semble largement hors de portée, car nous n’avons accès qu’à la valeur de lambda [la constante cosmologique] aujourd’hui et à des contraintes sur son évolution en temps tardif seulement.”
Ainsi, pour l’instant, cette hypothèse ne reste que cela – une hypothèse qui n’a pas été testée. Mais les physiciens disent vouloir approfondir cette possibilité à l’avenir.
“Ce n’est en aucun cas définitif”, a déclaré à Science Lee Smolin, un théoricien du Perimeter Institute for Theoretical Physics de Waterloo, au Canada, qui n’a pas participé à l’étude, “mais… c’est une nouvelle idée qui pourrait être juste et qui mérite donc qu’on s’y intéresse.”
La recherche a été publiée dans Physical Review Letters, et vous pouvez consulter gratuitement l’article complet en ligne sur arXiv.org.