L'énergie sombre mise à l'épreuve : des mathématiciens remettent en question le modèle cosmologique standard de l'univers
Par Greg Watry, UC Davis
Édité par Sadie Harley, relu par Robert Egan
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Crédit : Unsplash/CC0 Domaine public
Des mathématiciens remettent en question l'idée que l'énergie sombre soit responsable de l'expansion accélérée de l'univers. Dans un article récemment publié dans les Proceedings of the Royal Society A, des mathématiciens de l'Université de Californie à Davis apportent la preuve mathématique que les instabilités inhérentes aux équations d'Einstein-Euler impliquent que le modèle actuel de l'univers en expansion n'est pas viable.
Les équations d'Einstein-Euler sont une combinaison des équations de la relativité générale et de la dynamique des fluides, utilisées pour modéliser des phénomènes astronomiques tels que les galaxies, les trous noirs et l'expansion cosmique.
Cette recherche remet directement en cause le modèle Lambda-matière noire froide, le modèle cosmologique standard du Big Bang.
Blake Temple, professeur émérite de mathématiques à l'UC Davis et principal auteur de l'étude, a comparé le modèle cosmologique standard à un crayon en équilibre sur sa pointe.
« Toutes les forces s'équilibrent lorsqu'un crayon tient debout ; c'est donc une "solution des équations" », a-t-il déclaré. « Mais il est instable. Au moindre souffle d'air, il tombe.»
Les mathématiques, explique Temple, prouvent que les espaces-temps de Friedmann – les modèles mathématiques qui régissent l'expansion cosmique – sont instables à toutes les échelles de longueur lors du Big Bang, ce qui en fait la solution la plus instable de toutes.
« En physique et en sciences, les solutions instables sont considérées comme non physiques », a précisé Temple. « On ne les observe jamais dans la nature.»
Temple a souligné que cette instabilité suggère une explication plus simple, entièrement fondée sur le cadre de la théorie originale d'Einstein.
« L'instabilité de tous les espaces-temps de Friedmann face à une expansion accélérée suggère une explication plus simple et plus naturelle de l'accélération de l'univers que l'énergie sombre », a-t-il déclaré.
Explication de l'expansion accélérée de l'univers
Il y a près de 30 ans, l'énergie sombre a été proposée comme la force responsable de l'expansion accélérée de l'univers.
Cette idée remonte aux équations originales de la relativité générale d'Albert Einstein, datant de 1915, qui décrivent la gravité. Pour produire un univers statique, Einstein a initialement introduit un facteur d'antigravité dans sa théorie. Il a appelé ce facteur la « constante cosmologique ».
Après qu'Edwin Hubble a découvert que l'univers était en expansion en 1929, Einstein a qualifié la constante cosmologique de sa « plus grande erreur », car sans elle, il n'aurait pas pu prédire cette expansion.
Cependant, la constante cosmologique, et l'idée qu'elle soit interchangeable avec l'énergie sombre, ont été réintroduites dans les années 1990 pour expliquer l'expansion accélérée de l'univers. Les modèles cosmologiques standards reposent sur ce que l'on appelle l'« univers de Friedmann », qui décrit toute la matière comme étant en expansion mais uniformément répartie dans l'espace à chaque instant.
Mais les calculs ne correspondaient pas aux attentes de Temple et de ses collègues, ce qui les a conduits à explorer d'autres explications à l'expansion accélérée de l'univers.
« Notre première idée était que l'univers était peut-être en expansion à cause d'une onde de choc, et que l'accélération anormale était due à l'onde en expansion derrière cette onde de choc », a expliqué Temple. « Puis nous avons réalisé qu'il existe une famille de solutions auto-similaires pendant l'époque du rayonnement du Big Bang, qui pourraient modéliser cette onde en expansion. »
Les équations auto-similaires décrivent des phénomènes physiques qui conservent une structure ou un motif, quelle que soit leur échelle.
Dans cet article, les mathématiciens utilisent une version auto-similaire des équations d'Einstein, qu'ils ont établie dans des travaux antérieurs, pour représenter le modèle standard de la cosmologie comme un point d'équilibre de ces équations. Ceci fournit le cadre nécessaire à une caractérisation mathématique complète de la stabilité du modèle standard et, plus généralement, de la stabilité de tous les espaces-temps de Friedmann durant l'époque du Big Bang, dominée par la matière.
« Nous démontrons que, comme le modèle statique d'Einstein, les espaces-temps de Friedmann sont tous instables face aux perturbations radiales à grande échelle », explique Temple. « Cela semble exclure le modèle Lambda-matière noire froide comme solution stable viable des équations d'Einstein de la relativité générale, avec ou sans énergie noire. »
« Cela signifie », ajoute-t-il, « que le Big Bang devrait, de manière générale, ressembler exactement à un espace-temps de Friedmann au voisinage du centre de symétrie, mais que l'on devrait observer, de manière générale, des accélérations s'éloignant de l'espace-temps de Friedmann loin du centre.
Et si le principe copernicien était remis en question ?
Temple et ses collègues ont découvert que l'expansion accélérée de l'univers découle directement des équations d'Einstein-Euler, sans qu'il soit nécessaire d'introduire une constante cosmologique ou de l'énergie sombre.
Ces résultats mathématiques remettent également en cause le principe copernicien, selon lequel la Terre n'occupe pas une place particulière dans l'univers.
« Le modèle de matière noire froide Lambda et un espace-temps à symétrie sphérique définissent tous deux une place particulière où nous devons nous trouver pour que le modèle soit physiquement plausible », explique Temple. « Si ce principe en exclut un, il doit nécessairement exclure l'autre. »
Référence de la publication : C. Alexander et al., « The instability of critical and underdense Friedmann spacetimes at the Big Bang as an alternative to dark energy », Proceedings of the Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Science (2026). DOI : 10.1098/rspa.2025.0912
Informations sur la revue : Proceedings of the Royal Society
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RESUME
Remettre en question le modèle cosmologique standard de l'univers : des mathématiciens contestent l'existence de l'énergie sombre.
L'analyse mathématique des équations d'Einstein-Euler démontre que les espaces-temps de Friedmann, fondamentaux pour le modèle cosmologique standard, sont instables face aux perturbations radiales à grande échelle, remettant en cause la viabilité du modèle Lambda-matière noire froide et la nécessité de l'énergie sombre. L'expansion accélérée de l'univers pourrait résulter naturellement de ces instabilités, sans faire intervenir une constante cosmologique, et ces découvertes remettent également en question le principe de Copernic.
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COMMENTAIRES
Compte tenu de l importance et de la difficulte du sujet de cet article je suis allé retrouver mes élèves et j ai subi leurs questions !!
1/Quelle est l'équation mathématique de l'énergie sombre ?
Dans la littérature, l'énergie sombre est généralement décrite par w ≡ P/ρ, où P et ρ désignent respectivement sa pression et sa densité d'énergie. Par conséquent, l'étude de l'évolution de w est essentielle à la compréhension de l'énergie sombre.
2/Que signifie λcdm ?
Lambda matière noire froide
Le modèle Lambda-CDM, Lambda matière noire froide ou ΛCDM est un modèle mathématique de la théorie du Big Bang comportant trois composantes principales : une constante cosmologique, notée lambda (Λ), associée à l’énergie noire ; la matière noire froide postulée, notée CDM ; et la matière ordinaire
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Personnelement ce sont les derniers
résultats de la mission James W ebb qui me poussent a remettre encause le Modèle standar de la Cosmologie!!!
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Publication details
C. Alexander et al, The instability of critical and underdense Friedmann spacetimes at the Big Bang as an alternative to dark energy, Proceedings of the Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Science (2026). DOI: 10.1098/rspa.2025.0912
Journal information: Proceedings of the Royal Society A
