Expansion de l’univers, inflation (30/08/21)

Expansion de l’univers

On observe que toutes les galaxies s’éloignent les unes des autres d’autant plus rapidement qu’elles sont éloignées, que la lumière émise des objets est d’autant plus décalée vers le rouge qu’ils sont éloignés et que l’intervalle entre deux évènements subit également une dilatation temporelle. On interprète tous ces phénomènes en faisant l’hypothèse que l’espace est en “expansion”, dans le cadre de la métrique de Robertson-Walker.

Les phénomènes décrits ont un caractère objectif et le propos n’est pas de les remettre en cause.

Mais, au delà du caractère mystérieux de cette phénoménologie (un espace qui se dilate), ceci s’appuie sur un feuilletage de l’espace-temps, en temps et espace, particulier qui, même s’il est judicieux, est arbitraire. On sait qu’en relativité, temps et espace pris séparément n’ont pas de caractère physique, celui-ci étant l’apanage de l’espace-temps.

De toute façon, il n’y aurait pas plus de raison d’attribuer un caractère physique à l’espace défini de cette manière qu’à un autre défini en fonction d’un autre feuilletage.

Cette interprétation est donc critiquable, car elle ne semble valide dans ce type de feuilletage.

Une autre manière, plus conforme à la relativité générale, de décrire cette phénoménologie est de dire que les objets célestes décrivent les géodésiques définies par l’équation d’Einstein, ce qui est indéniable, et que cette structure particulière est une propriété “interne” de l’espace-temps et non pas de l’espace, et que si nous observons ces propriétés dans l’espace, cela est dû au processus expérimental d’observation et à son interprétation. Ceci est explicité dans le livre “Vous avez-dit Big- Bang”.

Inflation primordiale

Ce paradigme, plutôt bien intégré aujourd’hui dans le modèle cosmologique, suppose que, très tôt dans l’histoire de l’univers, une croissance de type exponentiel a eu lieu pendant un temps égal à au moins 100 fois l’âge de l’univers, au moment où elle s’est produite.

Ceci permet d’expliquer un certain nombre de phénomènes constatés sur l’homogénéité de l’univers, le problème de l’horizon, la courbure quasi nulle de la section spatiale dans la métrique de Robertson-Walker et l’absence de monopoles magnétiques.

Un argument avancé est que pour rendre compte de cette quasi-nullité de cette courbure, il aurait fallu des conditions initiales extraordinairement particulières, donc extraordinairement peu probables.

Pour être validé ce paradigme doit faire l’objet de vérifications expérimentales.

S’il est vrai qu’il résout plusieurs problèmes, pour les conditions initiales extraordinairement particulières on peut faire observer que le Big Bang est lui même un évènement pas vraiment ordinaire et que si on l’accepte, on pourrait ne pas s’étonner qu’il s’accompagne d’un autre évènement du même acabit.

Il apparait que ce paradigme a connu de nombreuses versions depuis le début et que de nombreuses variantes existent et font partie de travaux de recherche, aujourd’hui .

Le médiateur quantique du champ scalaire “l’inflaton” est inconnu et si on a pensé que ce pouvait être le boson de Higgs, cette hypothèse semble abandonnée aujourd’hui.

De plus le profil et les propriétés du champ scalaire associé à l’inflation exigent d’importantes contraintes pour représenter le phénomène tel qu’on le décrit, ce qui fait dire que si des contraintes aussi fortes que celles initiales requises pour un univers de géométrie spatiale plate, on ne voit pas bien l’intérêt d’ajouter ce paradigme, sauf s’il résout des problèmes que l’ajustement fin des paramètres initiaux ne résout pas (problème de l’horizon, homogénéité, spectre des fluctuations, absence de monopoles magnétiques).

Il est certain que tous ces points donnent du crédit à l’inflation, mais la confusion actuelle et la pléthore de variantes montrent que l’histoire est loin d’être terminée. Seule une vérification expérimentale non ambigüe lèverait l’hypothèque sur ce paradigme.