Leçon inaugurale - Jayant Vishnu Narlikar : Faits et spéculations en Cosmologie

Jayant Vishnu Narlikar

Chaire annuelle Internationale (2002-2003)

Collège de France

Leçon inaugurale - Jayant Vishnu Narlikar : Faits et spéculations en Cosmologie

Date : 20 novembre 2003

Résumé

Après avoir présenté une vision historique des efforts de l'homme pour comprendre l'Univers, la seconde partie de cette leçon passe en revue les aspects factuels et spéculatifs de la cosmologie moderne. Cette leçon commence par une description de l'histoire des essais entrepris par l'homme pour comprendre l'Univers. Les anciennes civilisations avaient leurs mythologies, entièrement spéculatives. Au fur et à mesure des progrès de la science, on a ressenti de plus en plus le besoin d'appuyer les spéculations sur des faits d'observation. Ainsi des théories hautement hypothétiques (comme l'anti-Terre des pythagoriciens, les orbites circulaires aristotéliciennes, ou les épicycles ptolémaïques) ont dû être abandonnées, parce qu'elles étaient contredites par les faits d'observation, de plus en plus nombreux, du fait de l'amélioration des techniques.

Un pas majeur dans la compréhension du cosmos a été fait au XVIIe siècle, avec la loi newtonienne de la gravitation. Bien que son point de départ ait été très intuitif, très spéculatif, plusieurs de ses applications à l'Univers ont été des succès, et ont assis sa crédibilité, en tant que théorie scientifique. Ainsi a-t-elle expliqué les mouvements de la Lune et des planètes, a-t-elle permis de prévoir le passage de la comète dite aujourd'hui de Halley, de découvrir la planète Neptune, etc. Un autre exemple de succès en astrophysique est la théorie de la structure interne des étoiles et de leur évolution, qui explique les propriétés observées des étoiles, ainsi que cela a été maintes fois vérifié. En vérité, une théorie scientifique doit, pour être acceptable, avoir subi des vérifications répétées de ses prévisions. Comment la cosmologie moderne se comporte-t-elle face à une telle épreuve ?

La cosmologie moderne date réellement de 1929, et de la découverte par Edwin Hubble de l'expansion de l'Univers. Mais, quelques années auparavant, Alexandre Friedmann avait proposé des modèles d'Univers, qui expliquaient une telle expansion, et qui conduisirent à la conclusion que l'Univers avait trouvé son origine dans une explosion gigantesque, ce qu'on appelle le « Big Bang ». Dans les années 40, George Gamow et ses jeunes collègues, Ralph Alpher et Robert Herman avaient extrapolé les modèles de Friedmann vers les époques les plus anciennes, alors que l'Univers était extrêmement chaud et en très rapide expansion. Ils ont pu expliquer l'origine des éléments légers trouvés dans l'Univers, synthétisés dans les quelques 2 à 3 minutes après le big bang. Alpher et Herman ont aussi prédit l'existence d'un rayonnement fossile de fond de ciel, signature en quelque sorte de cette époque extrêmement chaude. Un tel rayonnement a de fait été découvert ensuite en 1965. Ces travaux peuvent être vus comme des succès essentiels de cette cosmologie et lui ont conféré une incontestable crédibilité. Les travaux ultérieurs se sont concentrés sur l'étude de l'Univers des premiers instants, remontant à une… micro-micro-micro-micro-micro-micro seconde après le big bang. À ces époques, la nature de la physique est inconnue, et invérifiable. L'Univers lui-même ne peut être observé directement par les méthodes de l'astronomie. De plus les évènements supposés avoir alors eu lieu ne peuvent être répétés. Si bien que la prétention d'avoir obtenu quelque succès dans ces récentes recherches repose seulement sur un certain nombre d'hypothèses très spéculatives, qui ne peuvent qu'à grande peine satisfaire aux exigences que l'on est en droit d'imposer à une théorie scientifique.