Accélération de l'expansion et énergie noire

Dans ce premier cours introductif, l’évidence observationnelle de l’existence de l’énergie noire ou d’une constante cosmologique est passée en revue et expliquée : la découverte des supernovae de type Ia lointaines, et leur distance plus grande que prévue par leur décalage vers le rouge, mais aussi les lentilles gravitationnelles. L’énergie noire n’est sensible que depuis récemment (5 milliards d’années). Juste après le Big Bang, son influence était négligeable, mais dans le futur, elle va complètement dominer l’Univers, qui ressemblera alors au modèle de De Sitter, en expansion exponentielle. La constante cosmologique a une longue histoire. Albert Einstein l’a introduite en 1917 pour pourvoir représenter un Univers statique. Son modèle d’Univers était une sphère de masse finie. Peu après était découverte l’expansion de l’Univers, et la constante cosmologique a été supposée nulle pendant quatre-vingts ans ! Wolfgang Pauli avait toutefois essayé en 1920 d’interpréter la constante cosmologique comme étant due à l’énergie du vide quantique, et s’était heurté à une incompatibilité de plusieurs ordres de grandeur. Le calcul a été repris dans les années 1960-1970, avec la théorie des champs et la chromodynamique quantique. L’énergie du vide est toujours d’un ordre de grandeur supérieur à ce qui est observé. Il faudrait inventer une constante cosmologique qui annule exactement la contribution du vide quantique, et cet ajustement fin apparaît très improbable. L’énergie du vide est pourtant une réalité confirmée : l’effet Casimir, découvert en 1948, est mesuré avec précision depuis plus de trente ans. Les expériences servent aussi à tester la force de gravité, actuellement jusqu’à des échelles de 10 microns. Les diverses solutions proposées pour l’énergie noire seront développées dans les cours suivants : divers modèles de quintessences, ou bien de gravité modifiée, des modèles d’Univers à de multiples dimensions, branes, etc.