199 – la theorie l’expansion de l’univers et ses contradictions

EXTRAITS DE WIKIPEDIA

En cosmologie, l'expansion de l'Univers est le nom du phénomène qui voit à grande échelle les objets composant l'univers (galaxies, amas, …) s'éloigner les uns des autres. Cet écartement mutuel, que l'on pourrait prendre pour un mouvement des galaxies dans l'espace, s'interprète en réalité par un gonflement de l'espace lui-même, les objets célestes étant de ce fait amenés à s'éloigner les uns des autres. L'expansion de l'univers est la solution théorique trouvée par Friedmann pour rendre compte du fait que l'univers ne se soit pas déjà effondré sous l'effet de la gravitation.

Du point de vue observationnel, l'expansion se traduit par une augmentation de la longueur d'onde de la lumière émise par les galaxies : c'est le phénomène de décalage vers le rouge. Ce décalage n'est pas homologue à l'effet Doppler, qui est dû au déplacement à travers l'espace de l'objet observé ; il s'agit ici de l'expansion de l'espace lui-même.

La découverte de ce décalage vers le rouge est attribuée à l'astronome américain Edwin Hubble en 1929, bien qu'il ait été implicitement mis en évidence 15 ans plus tôt par Vesto Slipher et prédit, voire mesuré, par Georges Lemaître à la fin des années 1920. De façon concomitante, l'interprétation physique correcte de ce décalage vers le rouge est donnée par la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, qui permet de décrire la dynamique de l'Univers dans son ensemble. L'expansion de l'Univers est de fait une vérification remarquable de la relativité générale.

Les équations qui décrivent l'expansion de l'Univers dépendent des propriétés de la ou des formes de matière qui emplissent l'Univers. Elles s'appellent équations de Friedmann.

Il existe une relation de proportionnalité entre le taux d'augmentation de la distance des galaxies (ou pseudo-vitesse de récession) et cette distance elle-même, cette loi étant connue sous le nom de loi de Hubble, du nom de son découvreur, Edwin Hubble, en 1929^.

Mouvements dans l'espace ou expansion de l'espace ?

En mécanique classique ou en relativité restreinte, l'observation d'un décalage vers le rouge s'interprète en termes de déplacement dans l'espace et d'effet Doppler. En relativité générale, une telle interprétation n'est plus suffisante car il n'existe pas de notion d'espace absolu comme en mécanique classique, ou tout au moins présentant une certaine structure rigide comme en relativité restreinte. L'espace de la relativité générale est, dans un certain sens, « élastique », la distance entre les points étant fonction de la structure du champ gravitationnel dans leur voisinage. Il n'en demeure pas moins que la relativité générale stipule que localement l'espace s'identifie à celui de la relativité restreinte. Si elle était généralisée à grande échelle l'interprétation Doppler pourrait soulever un paradoxe, car elle signifierait que des objets suffisamment éloignés s'éloigneraient à des vitesses supérieures à celle de la lumière et, de ce fait, semble enfreindre les lois de la relativité restreinte. Il n'en est rien car si ces objets se déplacent bien avec une vitesse relative plus grande que celle de la lumière, cela ne permet pas d'échange d'information. Ainsi l'accroissement de la distance mutuelle entre galaxies dû à l'expansion de l'espace n'est pas en conflit avec la relativité restreinte.

COMMENTAIRES

La critique de la théorie de l’expansion de l’univers renvoie directement à celle de la relativité générale et de sa contradiction interne. Cette contradiction est la suivante : l’espace relativiste est entièrement déterminé par le positionnement de la matière mais dans le même temps il est doté d’une capacité élastique à s’étendre. D’un coté les distances sont déterminées par la position de la matière, de l’autre c’est l’espace qui accroît les distances entre galaxies.

Rapprochons les deux phases :

-L'espace de la relativité générale est, dans un certain sens, « élastique », la distance entre les points étant fonction de la structure du champ gravitationnel dans leur voisinage.

- L’écartement mutuel, que l'on pourrait prendre pour un mouvement des galaxies dans l'espace, s'interprète en réalité par un gonflement de l'espace lui-même.

Cette contradiction ne semble pas a gêné les tenants de l’expansion de l’univers qui se trouvent également confrontés à une autre difficulté :

. Si elle était généralisée à grande échelle l'interprétation Doppler pourrait soulever un paradoxe, car elle signifierait que des objets suffisamment éloignés s'éloigneraient à des vitesses supérieures à celle de la lumière et, de ce fait, semble enfreindre les lois de la relativité restreinte.

Quelle est la réponse à ce dilemme ?

Il n'en est rien car si ces objets se déplacent bien avec une vitesse relative plus grande que celle de la lumière, cela ne permet pas d'échange d'information.

Comment comprendre cette explication ?

C’est que,  dans la mesure où c’est l’espace lui-même qui se déplace à la vitesse de la lumière, le photon émis par les galaxies se transportant également à C, il ne pourra pas aller à contre sens pour transmettre l’information, et fera en quelque sorte du sur-place !

A chacun de décider du sort que l’on doit réserver à cette théorie de l’expansion dont la validité est reconnue par la quasi-totalité de la communauté des physiciens.

ps : Nous ne revenons pas sur cette étrange propriété "matérielle" d'élasticité de l'espace considéré comme vide par la relativité.