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 Constante cosmologique (Lambda)

Constante qui caractérise l'accélération de l'expansion de l'univers. Initialement absente de la théorie de la relativité générale publiée en 1916, Einstein l'introduit pour décrire un univers statique, en équilibre (se privant ainsi de la plus grande prédiction de tous les temps, à une époque où l'Univers était vu comme statique). Georges Lemaître démontrera en 1927 que la relativité générale admet des solutions où l'univers est en expansion, expansion qui sera reconnue par tous en 1931. Einstein abandonne alors la constante cosmologique, dont le rôle gravitationnel répulsif était d'empêcher un univers statique de s'effondrer sur lui-même. Le modèle du Big Bang continue à postuler cette constante comme nulle, en s'appuyant sur l'existence hypothétique de la "matière noire froide". Cependant, les observations de supernovae suggèrent une accélération de l'expansion de l'univers, avec un paramètre de décélération q0 = -0,55 ! Pour expliquer ce phénomène, nombre de physiciens postulent l'existence d'une "énergie noire" aux effets répulsifs, qui constituerait 73% du contenu de l'univers, la matière ordinaire n'intervenant que pour 4%, les 23% restants correspondant à une masse cachée dite "matière noire froide", dont la nature ne nous est pas encore connue... La campagne d'observation WiggleZ Dark Energy Survey, qui a surveillé 200 000 galaxies lointaines, montre que l'énergie noire se comporte effectivement comme une constante cosmologique, ainsi que l'avait prédit Einstein [07/2011]. D'un point de vue géométrique, la constante cosmologique correspond à la courbure de l'espace-temps dans son état fondamental, c'est-à-dire vide de toute matière. L'espace-temps de Minkowski, sur lequel est construit la relativité générale, ne possède pas de courbure initiale. Malheureusement, l'ajout de matière à cet état fondamental (qui engendre une courbure de l'espace-temps) ne suffit pas à décrire correctement notre univers, précisément parce l'expansion de celui-ci semble être en accélération. Une autre approche consiste alors à adopter comme état fondemantal un espace-temps dont la courbure soit constante : l'espace-temps de De Sitter, dans lequel l'ajout de la matière décrit correctement notre univers. La constante cosmologique représente alors la courbure initiale. L'idée est que, si l'on construit une théorie quantique des champs convenable, dans cet espace-temps ces champs devraient se révéler excités, et leurs excitations correspondrent précisément à ce que nous observons sous la forme de la matière et des rayonnements qui peuplent notre univers. Un univers dans lequel cette constante aurait eu une valeur positive trop élevée aurait connu un effet répulsif tel qu'il aurait été impossible que se forment des structures matérielles cosmiques liées par la force de la gravitation. A l'inverse, une valeur trop négative aurait conduit à une contraction rapide de l'univers, empêchant les étoiles de se former. La valeur de la constante cosmologique est 10^120 fois plus faible que ce à quoi on pouvait s'attendre théoriquement [08/2014]. La constante cosmologique représenterait l'énergie du vide, dilatant ainsi de plus en plus rapidement l'espace. Malheureusement, le vide des cosmologiste ne coïncide pas avec celui des physiciens, puisque son énergie est 10^120 fois plus faible... [03/2019]
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