Constante cosmologique

La constante cosmologique, habituellement notée Λ, est un terme introduit par Einstein en 1917 dans les équations de la relativité générale pour construire un univers statique. Il l’a ensuite abandonné dans ses travaux cosmologiques. La formule de la « plus grande erreur » lui est attribuée par des témoignages ultérieurs, et non par une déclaration contemporaine directement établie.

Une erreur devenue révélation

À la fin des années 1990, l’observation de supernovas lointaines a fourni un argument majeur pour une expansion accélérée. Une constante cosmologique positive permet de la décrire en relativité générale : elle correspond à une densité d’énergie constante avec une pression négative. Cette description n’identifie pas à elle seule l’origine physique de l’énergie noire.

Le problème de la constante cosmologique

Le problème de la constante cosmologique porte notamment sur l’écart entre la faible valeur cosmologique inférée et les contributions que l’on attend de la physique du vide. Le facteur souvent cité de 10 puissance 120 dépend d’une estimation théorique et de son échelle de coupure ; ce n’est pas une prédiction unique et précise de la mécanique quantique.

Lien avec l’énergie noire

La constante cosmologique est l’interprétation la plus simple de l’énergie noire. Si cette constante est réellement une propriété fondamentale de l’espace-temps, son effet est permanent et uniforme dans tout l’univers. D’autres modèles théoriques proposent une énergie noire dynamique qui pourrait varier dans le temps, ce que les observations futures tenteront de distinguer.

Le saviez-vous ?

La lettre grecque lambda utilisée pour la constante cosmologique est devenue si emblématique qu’elle figure dans le nom du modèle cosmologique standard : le modèle Lambda-CDM (Cold Dark Matter), qui décrit l’univers en termes de constante cosmologique et de matière noire froide.

Questions fréquentes

La constante cosmologique est-elle vraiment constante ?

Par définition, Λ est constante. Les observations testent notamment si l’accélération est compatible avec ce modèle ou si une composante dynamique la décrit mieux. Une évolution de l’énergie noire ne serait pas une variation d’une vraie constante, mais l’indice qu’il faut une autre description.

Pourquoi Einstein a-t-il regretté la constante cosmologique ?

Einstein cherchait un modèle statique, puis a privilégié des modèles en expansion sans ce terme. La constante cosmologique est revenue au premier plan pour une autre raison : décrire l’accélération cosmique. Cette histoire n’équivaut pas à dire qu’il avait deviné en 1917 la nature de l’énergie noire.

Quelle est la valeur numérique de la constante cosmologique ?

Dans un modèle plat ΛCDM ajusté aux données Planck 2018, elle est de l’ordre de 1,1 × 10 puissance -52 m⁻². Cet ordre de grandeur peut être obtenu avec Λ = 3 ΩΛ H₀²/c². Il dépend des paramètres cosmologiques adoptés ; son effet devient significatif à très grande échelle.