L’énergie sombre remise en cause : des mathématiciens bousculent le modèle standard de l’univers

Le mystère de l’accélération cosmique repensé

Dans un article rédigé par Greg Watry, des chercheurs en mathématiques de l’Université de Californie à Davis (UC Davis) remettent en question l’idée selon laquelle l’énergie sombre serait responsable de l’accélération de l’expansion de l’univers. Leurs travaux apportent une preuve mathématique affirmant que le modèle actuel de l’univers en expansion n’est pas viable.

Ces conclusions s’appuient sur les instabilités inhérentes aux équations d’Einstein-Euler. Ces formules constituent une union fondamentale entre la relativité générale et les équations de la dynamique des fluides. Elles sont couramment utilisées pour modéliser des phénomènes astronomiques complexes tels que les galaxies, les trous noirs et l’expansion cosmique elle-même.

Cette recherche, détaillée dans une nouvelle étude publiée dans la revue Proceedings of the Royal Society A, défie directement le modèle Lambda-matière noire froide. Ce dernier représente pourtant le socle incontesté du modèle cosmologique standard du Big Bang.

L’instabilité mathématique fondamentale

Blake Temple, auteur correspondant de l’étude et professeur émérite distingué de mathématiques à l’Université de Californie à Davis, propose une analogie frappante pour illustrer les failles du modèle cosmologique standard. Il compare ce cadre théorique de référence à un simple crayon tenu en équilibre sur sa pointe.

« Toutes les forces sont en équilibre lorsqu’un crayon tient sur sa pointe, c’est donc une ‘solution des équations’, » explique le chercheur. « Mais c’est instable. Le moindre souffle d’air et il tombe. » Les mathématiques prouvent que les espaces-temps de Friedmann, qui désignent les modèles mathématiques régissant l’expansion cosmique, souffrent de cette même fragilité. Ils se révèlent instables à la fois aux petites et aux grandes échelles de longueur au moment du Big Bang, ce qui en fait la solution la plus instable de toutes.

« Les solutions instables en physique et en science sont considérées comme non physiques, » ajoute le professeur. « Vous ne les observerez jamais dans la nature. » Cette instabilité mathématique laisse entrevoir l’existence d’une mécanique plus élémentaire, entièrement basée sur le cadre de la théorie originale d’Einstein. « L’instabilité de tous les espaces-temps de Friedmann face à l’expansion accélérée suggère une explication plus simple et plus naturelle pour l’accélération de l’univers que l’énergie sombre, » conclut-il.

L’héritage d’Einstein face aux observations

L’hypothèse selon laquelle l’énergie sombre agit comme la force motrice de l’accélération de l’expansion de l’univers a été proposée il y a près de 30 ans. Ce concept fait directement écho aux équations de la relativité générale décrivant la gravité, formulées à l’origine par Albert Einstein en 1915. Afin de concevoir un univers statique, le célèbre physicien avait initialement introduit un facteur d’antigravité au sein de sa théorie, un élément décisif qu’il nomma la « constante cosmologique ».

L’histoire de la physique a pris un tournant inattendu en 1929, lorsque Edwin Hubble a découvert par l’observation que l’univers était en réalité en expansion. À la suite de cette révélation, Albert Einstein a qualifié la constante cosmologique de sa « plus grosse erreur », estimant que sans cette variable artificielle, il aurait pu prédire l’expansion cosmique de manière purement théorique.

Cependant, la constante cosmologique a fait son grand retour dans les années 1990. L’idée qu’elle puisse être interchangeable avec l’énergie sombre a été réintroduite pour justifier les nouvelles données sur l’accélération de l’expansion cosmique. Depuis cette période, les modèles cosmologiques standards reposent sur ce que les scientifiques nomment « l’univers de Friedmann », un postulat stipulant que l’ensemble de la matière est en expansion tout en restant distribuée uniformément dans l’espace à chaque instant fixé.

Une approche par les ondes de choc

Face au consensus en vigueur, les calculs ne fonctionnaient pas pour Blake Temple et ses collègues. Cette discordance mathématique profonde les a conduits à chercher des pistes alternatives pour comprendre le phénomène de l’accélération de l’univers. « Notre première idée était que peut-être l’univers s’étendait parce qu’il y avait une onde de choc, et l’accélération anormale était l’onde en expansion derrière cette onde de choc, » indique le scientifique.

La réflexion de l’équipe a logiquement évolué vers l’intégration de nouveaux outils théoriques. « Ensuite, nous avons réalisé qu’il existe une famille de solutions auto-similaires pendant l’époque de radiation du Big Bang, qui pourrait modéliser cette onde en expansion, » précise-t-il. Les équations auto-similaires servent à décrire des phénomènes physiques particuliers qui maintiennent un motif ou une structure identique, indépendamment de leur échelle.

Dans leur publication actuelle, les mathématiciens emploient une version auto-similaire des équations d’Einstein. Ils ont dérivé cette version lors de travaux antérieurs afin de représenter le modèle standard de la cosmologie comme un point de repos des équations. Cette approche stricte fournit le cadre nécessaire pour une caractérisation mathématique complète de la stabilité du modèle standard, englobant plus généralement la stabilité de tous les espaces-temps de Friedmann durant l’époque dominée par la matière du Big Bang.

Vers un bouleversement du principe de Copernic

Les résultats de cette étude démontrent que l’accélération de l’expansion de l’univers découle directement des équations d’Einstein-Euler, sans qu’il soit nécessaire d’y insérer une constante cosmologique ou de l’énergie sombre. « Nous prouvons que, comme le modèle statique d’Einstein, les espaces-temps de Friedmann sont tous instables aux perturbations radiales à de grandes échelles de longueur, » souligne Blake Temple. « Cela semble exclure le modèle Lambda-matière noire froide en tant que solution stable viable des équations d’Einstein de la relativité générale, avec ou sans énergie sombre. »

Les implications de ces preuves mathématiques transforment l’architecture globale de la cosmologie. « Cela signifie, » ajoute le chercheur, « que le Big Bang devrait génériquement ressembler exactement à un espace-temps de Friedmann près du centre de symétrie, mais génériquement on devrait observer des accélérations s’éloignant de Friedmann loin du centre. » Ces déductions remettent directement en question le principe de Copernic, un concept fondamental avançant l’idée que l’emplacement de la Terre n’occupe aucune place spéciale dans l’univers.

« Le modèle Lambda-matière noire froide et un espace-temps à symétrie sphérique produisent tous deux un endroit spécial où nous devons nous trouver pour que le modèle soit physiquement plausible, » analyse l’auteur principal. « Si ce principe exclut l’un, il doit exclure l’autre. » Les détails intégraux de cette recherche figurent sous le titre « The instability of critical and underdense Friedmann spacetimes at the Big Bang as an alternative to dark energy » par C. Alexander et ses co-auteurs. Ce document scientifique est publié dans Proceedings of the Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Science (2026), et son accès est référencé par le DOI 10.1098/rspa.2025.0912.

Selon la source : phys.org