L'astronomie moderne

Pendant plus de 200 ans, la théorie de la gravitation de Newton va répondre aux exigences des astrophysiciens. Pourtant, dans les années 1840, Le Verrier découvrit que l'orbite de Mercure présentait une anomalie. Des observations répétées ne permirent pas de mettre en évidence l'existence d'une planète, pouvant perturber l'orbite de Mercure. Pour la première fois, la théorie de la gravitation de Newton était mise en défaut.

En 1887, Albert Michelson et Edward Morley tentèrent de mesurer la vitesse de la lumière. La Terre se déplaçant à une vitesse de 30 km/s, la célérité de la lumière aurait dû varier d'autant, selon la façon de mesurer. A leur grande surprise, et contrairement à toutes les théories en vigueur à l'époque, la vitesse de la lumière restait constante : environ 300 000 km/s

Albert Michelson

Entre 1887 et 1905, de nombreuses théories furent alors élaborées, toutes plus complexes les unes que les autres, mais toutes reposant sur la théorie de la gravitation. En 1905, Albert Einstein remettait en cause l'ensemble de la théorie de la gravitation, dans sa théorie de la relativité restreinte. Comme postulat de base, la vitesse de la lumière est une constante. Partant de ce postulat, l'écoulement du temps et l'échelle des longueurs varient en fonction de la vitesse de l'observateur, de telle manière que la célérité de la lumière soit toujours de 300 000 km/s

En 1916, Einstein publie la théorie de la relativité générale, le temps et l'espace deviennent indissociablement liés. L'univers s'ouvre sur de nouvelles frontières. Mais le mythe d'un univers statique a la vie dure. Il faut attendre Alexandre Friedmann en 1922 pour une interprétation correcte des équations d'Einstein et Edwin Hubble en 1925 pour la première mise en évidence de l'expansion de l'univers.

Edwin Hubble

Arno Penzias et Robert Wilson qui découvrirent

le rayonnement fossile de l'univers

Mais d'ou vient l'univers ? Deux grandes théories vont s'opposer : la théorie du big bang (une explosion primordiale expliquant cette expansion) et une théorie d'un univers stationnaire. Sans entrer ici dans les détails, il faudra attendre 1965 pour que des éléments observationnels (mesure de la lumière des premiers instants de l'univers, ie rayonnement fossile cosmologique) fassent pencher les astrophysiciens vers la théorie du big bang. Dans cette théorie, toute la matière est apparue en même temps. L'expansion de l'univers dilue cette matière. Ainsi, les galaxies s'éloignent-elles les unes des autres.

La théorie de la relativité générale n'a pas répondu à toutes les énigmes. En cette fin de siècle, nous ne savons pas expliquer certains phénomènes :

- la structure de l'univers (des observations montrent que, très rapidement, la matière s'est organisée en étoiles, galaxies...)

- la masse cachée de l'univers. La matière que nous observons ne permet pas d'expliquer la dynamique des étoiles et galaxies (c'est à dire leurs mouvements)

- l'avenir de l'univers : jusqu'ici, deux hypothèses primaient. Selon la masse de l'univers, à terme, celui-ci pouvait, soit cesser son expansion et se replier sur lui-même (le big crunch) ou bien continuer à s'étendre, mais de plus en plus lentement. Depuis peu, de nouvelles observations proposent une nouvelle hypothèse : l'expansion de l'univers irait en s'accélérant, sans qu'on sache l'expliquer (énergie du vide quantique ?)

Enfin, les astrophysiciens rêvent toujours d'un nouveau graal, la GTU ou Grande théorie Unifiée qui permettrait enfin de réconcilier la théorie de la relativité générale (observations macroscopiques) et la mécanique quantique (observations microscopiques). En effet, aujourd'hui, aucune théorie ne peut rendre compte, à la fois des phénomènes quantiques (échelle microscopique) et des phénomènes relativistes (échelle macroscopique).