dirigé par Etienne Klein, Philippe Brax, Pierre Vanhove
(Dunod, collection Quai des sciences, 2019, 224 p. 18,90€)
Un évènement extraordinaire a eu lieu le 14 septembre 2015. Pour la première fois, on a détecté des ondes gravitationnelles (causées par la fusion de deux trous noirs situés à 1,35 milliard d’années-lumière). C’est une nouvelle victoire éclatante de la théorie de la relativité générale. Par ailleurs, rappelons un autre fait, moins glorieux : nous ne savons expliquer que 5% de l’Univers et les 95 % restants sont d’origine totalement inconnue. Comment peut-on être aussi performant d’un côté et aussi ignorant de l’autre?
Nous sommes dans les mystères de la gravité, ce concept mystérieux et fascinant, qui a toujours été au cœur des schémas d’explication du monde. Ce livre fait le point sur ce sujet. Il est écrit par onze scientifiques, chacun disposant d’un chapitre et abordant un aspect différent de la question. Cette écriture à onze voix permet de présenter parfois le même sujet sous différents angles, ce qui n’est pas un luxe, tant les concepts traités sont quelquefois difficiles à appréhender. Dans certains cas, nous avons même droit à des opinions divergentes, qui reflètent des désaccords actuels dans la communauté scientifique.
L’histoire de la pensée cosmologique a ses grandes figures. Depuis Aristote et ses 55 sphères, en passant par Brahé, Galilée, Kepler, Newton, elle culmine avec Einstein et la Relativité générale (1915). Après son expérience de pensée de 1907 sur le principe d’équivalence («l’idée la plus heureuse de ma vie»), Einstein met huit ans à mathématiser son concept : il liquide finalement la force de gravitation de Newton (lequel trouvait lui-même «absurde» cette action à distance et instantanée) et il l’identifie à la courbure de l’espace-temps.
Depuis maintenant 100 ans, bon nombre d’observations ont confirmé avec éclat la théorie : courbure des rayons lumineux, décalage du spectre électromagnétique, invariabilité des constantes dans le temps et l’espace, et en 2015, les fameuses ondes gravitationnelles qui ouvrent aujourd’hui la voie à une nouvelle astronomie prometteuse.
Tout irait donc très bien dans le monde de la gravité ? Pas tout à fait ! Il reste deux énormes énigmes : la matière noire et l’énergie noire ! Explications :
En 1930, on découvre que les vitesses de certaines galaxies sont nettement incompatibles avec la masse stellaire connue. On postule alors l’existence d’une «matière noire», laquelle a ensuite trouvé de nombreuses autres justifications et est devenue incontournable dans les modèles cosmologiques. Elle est invisible, représente 27% de l’Univers, et sa composition reste une énigme totale.
Dans les années quatre-vingt-dix, on découvre, avec surprise, que l’expansion de l’Univers est en accélération. Pour expliquer ce phénomène, on doit maintenant invoquer un autre concept d’«énergie noire», qui représente 68% du contenu de l’Univers ! C’est sur la nature de cette mystérieuse énergie noire que les auteurs du livre divergent quelque peu. Il y a ceux qui pensent qu’elle correspond à la fameuse «constante cosmologique», qu’Einstein avait ajoutée à contrecœur à ses équations pour décrire un Univers qu’il croyait statique (1917). «La plus grosse erreur de ma vie», dira-t-il. Il l’avait ensuite supprimée en 1930 lorsque l’expansion de l’Univers fut observée. Aujourd’hui, il suffirait donc de rétablir cette constante pour tenir compte de l’énergie noire. D’autres auteurs penchent pour des théories plus exotiques, conciliant Relativité générale et Mécanique quantique, qui ne sont qu’esquissées dans le livre : théorie des cordes, gravitation quantique en boucles, multivers, quintessence, graviton massique, antimatière.
Notons un chapitre très intéressant sur Whitehead, qui en 1922, a publié une théorie concurrente à la Relativité générale, réfutée seulement en 1970. Son examen montre en creux les particularités de la théorie d’Einstein.
En conclusion, la gravité résiste encore aux tentatives de l’apprivoiser. Les trois autres forces (électromagnétique, nucléaires forte et faible) ont été plus ou moins domestiquées avec leurs particules associées, émanant du modèle standard de la physique des particules et de la mécanique quantique. La gravité reste drapée dans son splendide isolement hérité de la Relativité générale et il y a encore beaucoup de recherches à faire avant de répondre à la question en titre du livre. Newton a résisté deux siècles avant d’être détrôné par Einstein. Quand arrivera le nouvel Einstein ?
Le livre est écrit dans un langage très accessible malgré la complexité des sujets abordés. A lire par tous ceux qu’intéressent la passionnante histoire des théories de la gravitation et les grandes énigmes de la cosmologie actuelle.