Constante cosmologique
La constante cosmologique, notée λ, est un terme que Einstein a introduit en 1917 dans ses équations de la relativité générale. À l’origine, il l’a ajoutée pour obtenir un univers statique, conformément aux conceptions de l’époque. Quand Hubble a découvert l’expansion de l’univers en 1929, Einstein a retiré cette constante, la qualifiant de plus grande erreur de sa carrière. L’histoire lui a pourtant donné tort : la constante cosmologique est aujourd’hui au cœur de la cosmologie moderne.
Une erreur devenue révélation
En 1998, la découverte de l’expansion accélérée de l’univers — via l’observation de supernovas lointaines — a nécessité la réhabilitation de la constante cosmologique. Pour que les équations de la relativité générale décrivent cette accélération, il faut introduire un terme supplémentaire d’énergie répulsive. La constante cosmologique joue exactement ce rôle : elle représente une énergie du vide, une énergie intrinsèque à l’espace lui-même qui exerce une pression négative et accélère l’expansion.
Le problème de la constante cosmologique
La valeur mesurée de la constante cosmologique pose un problème profond. La mécanique quantique prédit que l’énergie du vide devrait être énormément plus grande — d’un facteur 10 puissance 120 — que la valeur observée. Cet écart colossal est l’un des problèmes non résolus les plus importants de la physique théorique, parfois appelé le problème de la constante cosmologique ou problème du fine-tuning.
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 ?
C’est ce que supposent les observations actuelles, en accord avec le modèle Lambda-CDM. Mais des missions comme Euclid ou le Vera Rubin Observatory cherchent à détecter d’éventuelles variations de cette constante dans le temps, ce qui signalerait une énergie noire dynamique plutôt qu’une vraie constante.
Pourquoi Einstein a-t-il regretté la constante cosmologique ?
Parce qu’il l’a introduite pour de mauvaises raisons — forcer un univers statique — alors qu’elle aurait pu lui faire prédire l’expansion de l’univers avant Hubble. Après la découverte de l’expansion, la constante semblait inutile. Il ne pouvait pas savoir qu’elle reviendrait sous forme d’énergie noire.
Quelle est la valeur numérique de la constante cosmologique ?
Sa valeur est environ 1,1 × 10 puissance -52 par mètre carré — une valeur infinitésimale, ce qui explique que ses effets ne se manifestent qu’à l’échelle cosmologique et sont totalement imperceptibles aux échelles stellaires ou galactiques.