Cosmologie non standard - Définition

Modèles ayant eu un certain écho auprès du grand public

Créationnisme

Le créationnisme au sens large est la thèse selon laquelle la Terre l'Univers, a été créé par un être suprême, c'est-à-dire un dieu. Usuellement, l'expression est utilisée pour qualifier la thèse selon laquelle l'univers a été créé littéralement tel que le décrit la Bible; une version modernisée, à l'apparence scientifique, ne prétend pas que l'univers a été mis en place tel qu'il est aujourd'hui en six jours, mais affirme que son évolution a été guidée. Les deux thèses sont considérées comme non scientifiques car non réfutables au sens de Karl Popper.

Théories ayant donné lieu à une certaine activité académique

L'univers d'Einstein

Le tout premier modèle cosmologique issu des équations de la relativité générale a été proposé par Albert Einstein en 1917. Il a par la suite été appelé univers d'Einstein. L'univers d'Einstein reposait sur deux hypothèses, à savoir que l'univers était statique, et qu'il était homogène. Ces deux hypothèses ont mené Einstein à proposer une solution aux équations de la relativité générale décrivant un univers dit « sphérique », c'est-à-dire possédant une courbure spatiale positive, et ayant une structure par certains côté semblable à celle d'une sphère ordinaire, mais possédant une dimension de plus. Cette hypothèse a mené Einstein à proposer (voire à déduire dans le cadre de ses hypothèses de départ) l'existence d'une forme de matière ayant une action répulsive à grande distance, indispensable pour compenser l'attraction gravitationnelle de la matière ordinaire. Cette forme de matière fut appelée par Einstein constante cosmologique.

L'univers d'Einstein fut abandonné à la fin des années 1920 suite à la mise en évidence par Edwin Hubble de l'expansion de l'univers. Il semble qu'Einstein ait toujours été mal à l'aise avec l'idée que l'espace-temps puisse être dynamique, et l'hypothèse de l'expansion de l'univers n'a été acceptée par lui qu'avec une certaine réticence.

Théorie de la lumière fatiguée

La théorie de la lumière fatiguée est une tentative proposée par Albert Einstein pour réconcilier son hypothèse d'univers statique avec l'observation de l'expansion de l'univers. Cette dernière étant déduite de l'observation d'un décalage vers le rouge proportionnel à la distance pour les galaxies, cette idée a été également préconisé par Fritz Zwicky en 1929 comme explication alternative possible. Einstein avait émis l'hypothèse que la lumière puisse, pour une raison non précisée, perdre de l'énergie proportionnellement à la distance parcourue, d'où le nom de « lumière fatiguée ». Si pour un photon individuel la lumière fatiguée est indistinguable de l'hypothèse de l'expansion de l'univers, elle fait des prédictions différentes dans certains contextes. En particulier, une distribution de photons présentant un spectre de corps noir garde, même si elle n'est pas à l'équilibre thermique, un spectre de corps noir du fait de l'expansion de l'univers, avec une température qui décroît au cours du temps. Dans le cas de la lumière fatiguée, un spectre de corps noir est déformé au cours du temps. Le fond diffus cosmologique représente l'ensemble des photons issus de la phase dense et chaude qu'a connu l'univers primordial. Ils n'interagissent pas avec la matière actuelle du fait de la trop faible densité de celle-ci. Le fond diffus cosmologique possédait par le passé un spectre de corps noir, du fait qu'il était, alors que l'univers était très dense et très chaud, en interaction avec la matière. Depuis, ces interactions ont cessé, environ 380 000 ans après le Big Bang (époque dite de la recombinaison). Il est aujourd'hui observé que le fond diffus cosmologique possède encore un spectre de corps noir (c'est même le corps noir le plus parfait connu). Ce fait observationnel, établi au début des années 1990 par le satellite COBE (et qui a valu le Prix Nobel de physique 2006 au responsable de l'instrument FIRAS ayant permis d'établir ce résultat, John C. Mather) invalide l'hypothèse traditionnel de la lumière fatiguée.

La théorie de l'état stationnaire

La théorie de l'état stationnaire est un modèle proposé à la fin des années 1940 par Fred Hoyle, Thomas Gold et Hermann Bondi, supposant que l'univers est éternel et immuable. L'origine de cette idée était double : d'une part étendre le concept du principe cosmologique dans le temps, d'autre part, réconcilier des tensions qui existaient à l'époque entre l'âge de l'univers déduit de la valeur de la constante de Hubble et l'âge des plus vieilles étoiles. La théorie de l'état stationnaire stipulait que l'univers était en expansion, mais que la dilution causée par celle-ci était compensée par un phénomène de création de matière par l'intermédiaire d'un champ appelé champ C. Ainsi, l'univers serait dans cette hypothèse éternel et stationnaire.

Ce modèle fut mis en difficulté par la découverte du fond diffus cosmologique dans le courant des années 1960, le fond diffus cosmologique n'étant explicable que par le fait que l'univers ait connu une phase dense et chaude par le passé. Les tenants de l'état stationnaire essayèrent d'invoquer une possible thermalisation du rayonnement stellaire par de minuscules aiguillettes de fer, sans pour autant prouver rigoureusement qu'une abondance de fer pouvait être produite par l'évolution stellaire. Un autre problème plus général avec ce modèle réside dans son incapacité à expliquer la métallicité observée de l'univers. L'évolution stellaire prédit en effet que l'abondance d'hélium produit par l'évolution stellaire est de l'ordre de 3 à 4 fois plus grande que celle de l'ensemble des éléments plus lourds. Observationnellement, on observe qu'environ 25% de la masse de la matière baryonique de l'univers est sous forme d'hélium, et seulement 2% sous la forme d'éléments plus lourds, signe qu'il doit exister de l'hélium produit avant les premières générations d'étoiles. Enfin, l'état stationnaire ne prédit pas d'évolution des populations de galaxies en fonction de leur éloignement, contrairement aux observations récentes, qui mettent clairement en évidence une évolution de la masse, de la métallicité, du taux d'interaction et de la morphologie de ces objets.

Incapable de rendre compte de très nombreuses observations, ce modèle fut abandonné par ses auteurs eux-mêmes au profit de la théorie de l'état quasi-stationnaire. Cette théorie reste basée sur l'idée que l'univers crée au cours du temps de la matière, mais se distingue de la théorie de l'état stationnaire par le fait que l'univers n'est pas dans un état stationnaire (c'est-à-dire que sa densité moyenne n'est plus constante au cours du temps, la dilution causée par l'expansion de l'univers n'étant plus exactement contrebalancée par le phénomène de création de matière), mais a une histoire cyclique, basée sur une alternance de phases d'expansion et de contraction. Ces idées sont dénoncées par la grande majorité des cosmologues comme étant fallacieuses et erronées. En particulier, on devrait observer que des objets lointains présentent non pas un décalage vers le rouge, mais un décalage vers le bleu, signe qu'ils sont suffisamment loin pour être vus à une époque où l'univers était dans une phase de contraction.

L'univers plasma

L'univers plasma est un modèle cosmologique proposé par le Prix Nobel de physique Hannes Alfvén, dont la principale caractéristique est d'affirmer que les phénomènes de nature électromagnétique jouent un rôle d'égale importance que celle de la gravitation dans la structuration de l'univers à grande échelle. En particulier, l'observation de diverses structures filamentaires dans l'univers était présentée par Alfvén comme la preuve de l'existence de courants électriques à très grande échelle. L'univers plasma n'a pas fait l'objet de travaux de nature quantitative. Il ne fait pas non plus de prédictions, même qualitatives, sur l'expansion de l'univers (ou en tout cas la croissance linéaire du décalage vers le rouge des galaxies avec la distance), le fond diffus cosmologique, ou la nucléosynthèse primordiale.

Du fait de la notoriété de son inventeur, l'univers plasma possède un petit nombre de supporter, essentiellement issus de la physique des plasma. Quelques articles scientifiques ont été publiés dans la revue IEEE Transactions on Plasma Science, qui ne publie pas de travaux dans d'autres domaines de l'astrophysique. Dans le monde anglo-saxon, le concept de l'univers plasma a été diffusé auprès du grand public par un livre écrit par le chercheur indépendant Eric Lerner, intitulé The Big Bang never happened (« Le Big Bang n'a jamais eu lieu »). Ce chercheur n'a cependant pas de production notablement citée par le restant de la communauté scientifique, et ses travaux ne font pas l'objet de commentaires publiés. Tout au plus le cosmologue Edward L. « Ned » Wright, entre autres membre des missions COBE et WMAP lui consacre-t-il une rubrique sur sa page professionnelle décrivant les erreurs de raisonnement qu'il a trouvées dans le livre précité. Ces critiques ont fait l'objet d'une réponse de la part de Lerner, sans pour autant répondre à toutes les objections soulevées par Wright.