note de la rédaction (10/9/19): le cosmologiste James Peebles a remporté le prix Nobel de physique 2019 pour ses contributions aux théories sur le début et l’évolution de notre univers. Il décrit les dernières idées en cosmologie dans cet article qu’il a écrit Pour Scientific American en 2001.
c’est une période passionnante pour les cosmologistes: les découvertes affluent, les idées bouillonnent et la recherche pour tester ces idées mijote. Mais il est aussi une source de confusion du temps., Toutes les idées en discussion ne peuvent pas être justes; elles ne sont même pas cohérentes les unes avec les autres. Comment est-on pour juger des progrès accomplis? Voici comment m’y prendre.
malgré tous les discours sur les théories renversées, les cosmologistes ont fermement établi les fondements de notre domaine. Au cours des 70 dernières années, nous avons recueilli de nombreuses preuves que notre univers est en expansion et en refroidissement. Premièrement, la lumière des galaxies lointaines est déplacée vers le rouge, comme il se doit si l’espace est en expansion et que les galaxies sont éloignées les unes des autres., Deuxièmement, une mer de rayonnement thermique remplit l’espace, comme il se doit si l’espace était plus dense et plus chaud. Troisièmement, l’univers contient de grandes quantités de deutérium et d’hélium, comme il se doit si les températures étaient autrefois beaucoup plus élevé. Quatrièmement, les galaxies il y a des milliards d’années semblent nettement plus jeunes, comme elles le devraient si elles sont plus proches de l’époque où aucune galaxie n’existait. Enfin, la courbure de l’espace-temps semble être liée au contenu matériel de l’univers, comme il se doit si l’univers est en expansion selon les prédictions de la théorie de la gravité D’Einstein, la théorie générale de la relativité.,
Que l’univers est en expansion et le refroidissement est l’essence de la théorie du big bang. Vous remarquerez que je n’ai rien dit sur une « explosion”—la théorie du big bang décrit comment notre univers évolue, pas comment il a commencé.
– je comparer le processus d’établissement de ces résultats convaincants, en cosmologie ou en toute autre science, à l’assemblée de un cadre. Nous cherchons à renforcer chaque élément de preuve en ajoutant des contreventements croisés à partir de mesures diverses., Notre cadre pour l’expansion de l’univers est suffisamment serré pour être solide. La théorie du big bang n’est plus sérieusement remise en question; elle s’emboîte trop bien. Même l’alternative la plus radicale—la dernière incarnation de la théorie de l’état stable—ne conteste pas que l’univers est en expansion et en refroidissement. Vous entendez toujours des divergences d’opinion en cosmologie, certes, mais elles concernent des ajouts à la partie solide.
par exemple, nous ne savons pas ce que faisait l’univers avant son expansion., Une théorie de premier plan, l’inflation, est un ajout attrayant au cadre, mais il manque de contreventement croisé. C’est précisément ce que les cosmologistes cherchent maintenant. Si les mesures en cours concordent avec les signatures uniques de l’inflation, nous les compterons comme un argument persuasif pour cette théorie. Mais jusqu’à ce moment-là, Je ne réglerais aucun pari sur la question de savoir si l’inflation s’est vraiment produite. Je ne critique pas la théorie; je veux simplement dire que c’est un travail courageux et pionnier encore à tester.,
plus solide est la preuve que la majeure partie de la masse de l’univers est constituée de matière noire agglutinée autour des parties extérieures des galaxies. Nous avons également un cas raisonnable pour la constante cosmologique infâme D’Einstein ou quelque chose de similaire; ce serait l’agent de l’accélération que l’univers semble maintenant subir. Il y a une décennie, les cosmologistes ont généralement accueilli la matière noire comme un moyen élégant de rendre compte des mouvements des étoiles et du gaz dans les galaxies. La plupart des chercheurs, cependant, avaient un véritable dégoût pour la constante cosmologique., Maintenant, la majorité l’accepte, ou son concept allié, la quintessence. Les physiciens des particules sont venus saluer le défi que la constante cosmologique pose à la théorie quantique. Ce changement d’opinion n’est pas le reflet d’une faiblesse inhérente; il montre plutôt le sujet dans un État de chaos sain autour d’un cadre fixe en croissance lente. Nous sommes des étudiants de la nature, et nous ajustons nos concepts au fur et à mesure que les leçons se poursuivent.,
Les leçons, dans ce cas, comprennent les signes que l’expansion cosmique s’accélère: la luminosité des supernovae proches et lointaines; les âges des étoiles les plus anciennes; la flexion de la lumière autour de masses lointaines; et les fluctuations de la température du rayonnement thermique à travers le ciel. Les preuves sont impressionnantes, mais je suis toujours mal à l’aise sur les détails du cas de la constante cosmologique, y compris les contradictions possibles avec l’évolution des galaxies et leur distribution spatiale. La théorie de l’univers accélérant est un travail en cours., J’admire l’architecture, mais je ne voudrais pas emménager pour l’instant.
Comment juger les rapports dans les médias sur les progrès de la cosmologie? Je me sens mal à l’aise à propos des articles basés sur une interview avec une seule personne. La recherche est une entreprise complexe et désordonnée. Même le scientifique le plus expérimenté a du mal à tout garder en perspective. Comment puis-je savoir que cette personne l’a bien géré? Toute une communauté de scientifiques peut aussi partir dans la mauvaise direction, mais cela arrive moins souvent., C’est pourquoi je me sens mieux quand je peux voir que le journaliste a consulté un échantillon représentatif de la communauté et a trouvé un accord sur le fait qu’un certain résultat mérite d’être examiné. Le résultat devient plus intéressant lorsque d’autres le reproduisent. Il commence à devenir convaincant lorsque des lignes de preuve indépendantes pointent vers la même conclusion. À mon avis, les meilleurs reportages des médias sur la science décrivent non seulement les dernières découvertes et idées, mais aussi le processus essentiel, bien que parfois fastidieux, de test et d’installation du contreventement.,
Au fil du temps, l’inflation, la quintessence et d’autres concepts actuellement débattus seront solidement intégrés dans le cadre central ou seront abandonnés et remplacés par quelque chose de mieux. Dans un sens, nous travaillons nous-mêmes le travail. Mais l’univers est un endroit compliqué, pour le moins, et il est stupide de penser que nous manquerons de lignes de recherche productives de sitôt. La Confusion est un signe que nous faisons quelque chose de bien: c’est l’agitation fertile d’un chantier de construction.
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