IV. La cosmologie relativiste
Pages 83 à 118
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- UZAN, Jean-Philippe,
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- Uzan, J.-P.
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Notes
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[1]
De nombreux éléments de cette histoire et les principaux textes fondateurs de la cosmologie relativiste sont publiés et commentés dans J.‑P. Luminet, L’invention du big-bang (Seuil, 2014 [1997]). Quant à l’histoire de la relativité générale, elle est décrite par Jean Eisenstaedt, Einstein et la relativité générale (CNRS éditions, 2002).
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[2]
Albert Einstein, Sitzungsberichte der Königlich Preußischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, 1917, pp. 142-152.
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[3]
J. Eisenstaedt, « La cosmologie : un espace pour penser la relativité générale », Cosmologie et philosophie, hommage à Jacques Merleau-Ponty – Épistémologiques. Philosophie, sciences, histoire. Revue Internationale, 1, janvier-juin 2000.
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[4]
A. Friedmann, Zeitschrift für Physik, 10, 1922, pp. 377-386.
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[5]
Cité par J.-P. Luminet, op. cit.
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[6]
Albert Einstein, Zeitschrift für Physik, 21 mai 1923, voir J.-P. Luminet, op. cit.
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[7]
William Thomson, « Sur l’âge de la chaleur du Soleil », 1862.
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[8]
G. Lemaître, Annales de la Société scientifique de Bruxelles, série A, 47, 1927, pp. 49-59.
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[9]
Cette observation montre aussi que la lumière (onde électromagnétique) et les ondes gravitationnelles se propagent à la même vitesse, ce qui contraint de nombreuses extensions de la relativité générale (voir le chapitre VIII).
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[10]
Alors que je finis ce texte, le débat sur la valeur de la constante de Hubble semble reprendre. De nouvelles mesures des parallaxes de 7 céphéides de la Voie lactée ont mené à une nouvelle calibration du diagramme de Hubble (voir le jeu de dominos de la figure IV.1). Ainsi, la valeur obtenue par des sondes locales est de H0 = 73,48 ± 1,74 km/s/Mpc, en désaccord avec l’analyse du fond diffus cosmologique (sonde globale) qui conclut H0 = 66,93 ± 0,62 km/s/Mpc. Il est encore trop tôt pour juger de l’ampleur du problème, mais cela vous donne un exemple des débats réguliers qui animent ce domaine. Une telle tension nécessite de réexaminer les biais de chacune des méthodes, mais aussi de clarifier la façon de comparer leurs conclusions, comme nous le soulignons à la note p. 245.
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[11]
On peut lire le travail biographique de Dominique Lambert, Un atome d’Univers, Lessius, 2000.
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[12]
Ces auteurs ne partent pas des mêmes hypothèses. Bondi et Gold définissent le principe cosmologique parfait, selon lequel notre position dans l’espace et le temps est quelconque (comparez au principe cosmologique). Celui‑ci est publié dans l’article intitulé « The Steady-State Theory of the Expanding Universe » (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 108, n°3, 1948, pp. 252-270). Hoyle, quant à lui, modifie les équations de la relativité générale pour introduire une création de matière (« A New Model for the Expanding Universe », Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 108, p. 372, 1948). Ainsi Bondi et Gold modifient une hypothèse cosmologique, alors que Hoyle modifie les lois de la physique.
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[13]
« The reason why scientists like the "big-bang" is because they are overshadowed by the Book of Genesis. It is deep within the psyche of most scientists to believe in the first page of Genesis. » (F. Hoyle, The Nature of the universe a series of broadcast lectures, Blackwell, 1951).
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[14]
G. Lemaître, « L’expansion de l’espace », Revue des questions scientifiques, 4e série, vol. 20, 1931, pp. 391-410.
Nous l’avons expliqué, modéliser l’univers nécessite de disposer d’une théorie permettant de décrire les propriétés de l’espace et du temps. C’est pourquoi l’histoire de la cosmologie contemporaine commence par la relativité générale et reste, dans cette première période, principalement un exercice de géométrie. Bien que ces premiers modèles de l’univers soient très rudimentaires, ils révéleront une propriété inattendue de l’espace prédite par la théorie d’Einstein.
En novembre 1915, au cours de quatre exposés devant l’Académie des sciences de Berlin, Albert Einstein expose sa nouvelle théorie de la gravitation. Après dix années de travail solitaire, il propose de repenser radicalement la façon de concevoir l’espace, le temps et la gravitation. Fort de sa théorie de la relativité restreinte de 1905, il comprend que la gravitation, qui était jusqu’alors décrite par la théorie de Newton, n’est que le reflet de la géométrie de notre espace-temps. Dans la vision d’Einstein, la matière courbe l’espace-temps et en détermine la géométrie. Plus un corps est massif, plus cette courbure est importante et plus la force gravitationnelle qu’il crée est intense.
Pour déterminer la structure de l’espace-temps, il faut résoudre les équations d’Einstein, des équations dont les solutions sont des géométries. Ainsi, toute solution de la relativité générale est un univers. Par exemple, l’astronome allemand Karl Schwarzschild (1873-1916) obtient en 1916 la solution décrivant un espace-temps ne contenant qu’une seule masse ponctuelle…
Date de mise en ligne : 01/06/2022
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