L'âge de l'univers

Selon la conception des astrophysiciens, l'univers est le résultat d'une longue évolution. Depuis son origine - le big-bang -, dans des conditions extrêmes de température, de densité, de pression, il est le siège d'une expansion qui entraîne les galaxies, les quasars et tous les astres du cosmos. Les cosmologistes s'interrogent sur les causes et les caractéristiques de cette expansion, mais aussi sur la manière dont sont apparues les galaxies, les étoiles, les planètes et finalement toute la matière qui nous environne. Ils ont compris que l'origine de toutes les structures, aussi bien les immenses galaxies que les atomes dont nous sommes constitués, devait être recherchée dans les premières phases de l'évolution de l'univers. Ils en sont arrivés, pour comprendre la physique surprenante de ces premiers instants, à incorporer les résultats les plus récents de la physique des particules à la cosmologie, prédisant des épisodes stupéfiants dans l'histoire de l'univers, dont la richesse conceptuelle n'est pas encore épuisée. L'ouvrage de Marc Lachièze-Rey présente le modèle de big-bang, c'est-à-dire l'évolution et les caractéristiques de l'univers, tel que les cosmologistes le conçoivent aujourd'hui, y compris les plus récentes améliorations amenées par la physique des particules. Marc Lachièze-Rey, chargé de recherches au CNRS, travaille au Centre d'études nucléaires de Saclay. Astronome et astrophysicien, il s'intéresse à la cosmologie, et plus particulièrement à la répartition et à la formation des galaxies.

Comment décrire l'espace et le temps ? L'infiniment petit et l'infiniment grand ? Branes, supercordes, cosmologie quantique... où en sont les physiciens ? La physique d'aujourd'hui se fonde à la fois sur la physique quantique et sur la relativité générale. Or, véritables systèmes de pensée, ces deux théories suggèrent deux manières différentes de voir le monde. Et comme deux visions distinctes ne constituent pas une description unifiée, les physiciens ne sont pas satisfaits. D'autant plus que les trous noirs et l'Univers primordial leur résistent encore. Si notre physique ne convient pas, il faut donc en construire une nouvelle. Et la voie pour le faire est, essentiellement, géométrique. Des hypothèses audacieuses sous-tendent les nouvelles théories : supersymétrie, cordes et supercordes, gravité et cosmologie quantiques, géométrie non commutative, qui renouvellent les conceptions mêmes de l'espace, du temps, de la matière et de l'Univers.

Depuis l'Antiquité, cette entité mystérieuse a suscité interrogations et controverses, sans jamais jouir d'un consensus. Assimilé à l'espace, il a servi de référence pour repérer positions et mouvements. Baptisé éther, il a ensuite joué le rôle de transmetteur de la lumière, de la gravitation ou de l'électromagnétisme... Aujourd'hui, la physique quantique le considère comme un nouvel état de la matière, permettant de rendre compte de l'accélération de l'expansion de l'Univers. La dialectique du vide est féconde : c'est bien souvent l'analyse des paradoxes qu'il suscite qui contribue aux progrès de la physique. Cela reste-t-il vrai pour la physique contemporaine ?

Deux visions distinctes animent la physique contemporaine: la physique quantique et la relativité générale. Mais ces deux domaines montrent de profondes divergences, en particulier à propos de leurs conceptions de l'espace et du temps: il semble nécessaire d'élaborer une nouvelle physique, plus unifiée. L'ouvrage présente les diverses pistes explorées aujourd'hui. Il décortique non seulement les géométries sur lesquelles elles se fondent, mais surtout leurs partis pris et leurs arguments; il présente les nouvelles visions de l'Univers qu'elles impliquent et les confronte avec les observations cosmologiques; il fait le point sur leurs possibilités de prédiction à l'heure de la mise en service du LHC. Ces approches sont en pleine évolution. Les deux principales; les théories des cordes et la gravité quantique, occupent le devant de la scène, mais d'autres, moins connues du grand public, évoluent, lentement. L'arrivée d'une nouvelle physique commence à se profiler... mais elle ne semble pas pour demain. Cette nouvelle édition que nous propose ici Marc Lachièze-Rey est largement modifiée par rapport à la première édition (2003); elle se situe à la pointe de l'actualité et au c?ur des controverses qui agitent la communauté scientifique.