Modèle cosmologique - Définition

Quelques exemples

Une théorie non scientifique échoue en général au point n^o 1. C'est par exemple la situation du créationnisme qui s'efforce de proposer une origine divine à l'univers, conformément au récit succinct de la Genèse. Un grand nombre de prétendus modèles cosmologiques proposés par des physiciens amateurs entrent dans cette catégorie.

Il est par contre plus rare qu'un modèle échoue à passer le point n^o 2 : en général un modèle est fabriqué de façon à expliquer les phénomènes déjà connus. Cela ne se produit que pour des modèles proposés par des non experts du domaine, comme ce fut le cas de la théorie de l'état quasi-stationnaire qui prédisait l'existence de quasars présentant un décalage vers le bleu et non un décalage vers le rouge. Il est, plus sérieusement, possible que le modèle proposé soit dans sa première version incapable de décrire une partie des observations ou du scénario cosmologique, sans que cela soit fatal au modèle car celui-ci est corrigé ultérieurement. Un exemple connu est celui du Big Bang qui interprétait les décalages vers le rouge des galaxies lointaines comme résultant de l'expansion de l'univers à partir de laquelle il prédisait un âge de l'univers inférieur à celui de la Terre. Ce désaccord, qui aurait pu s'avérer fatal au modèle résultait en fait d'une mauvaise estimation du taux d'expansion de l'univers, responsable d'une très forte sous-estimation (d'un facteur 10) de l'âge de l'univers.

Le point n^o 3 est en général le plus crucial. C'est celui qui permet de distinguer un modèle ad hoc, uniquement destiné à expliquer les observations existantes, d'un modèle plus pertinent. En cosmologie, les deux exemples les plus célèbres sont le Big Bang qui a prédit l'existence du fond diffus cosmologique, et l'inflation cosmique qui s'est avérée expliquer après coup la formation des grandes structures.

Les deux derniers points (n^o  4 et 5) sont utilisés pour éventuellement départager deux modèles satisfaisant aux trois premiers critères. Ces critères, en particulier le dernier sont parfois moins objectifs. Ils peuvent par exemple à l'heure actuelle (2006) être utilisés si l'on essaie de confronter les modèles d'énergie noire basés sur la constante cosmologique avec ceux faisant appel à un champ scalaire, la quintessence. Un modèle avec constante cosmologique ne possède qu'un seul paramètre, la valeur de la constante cosmologique, qui comme son nom l'indique est constante au cours du temps. À l'inverse, les modèles de quintessence font appel à une forme de matière qui se comporte aujourd'hui comme une constante cosmologique, mais qui est sujet à une évolution plus complexe, dépendant éventuellement de plusieurs paramètres. Les mesures actuelles autorisant une constante cosmologique et certains modèles de quintessence, le point n^o 4 incite à préférer dans l'état actuel des choses une constante cosmologique à la quintessence. Il est par contre possible que des observations ultérieures excluent, ou en tout cas défavorisent la constante cosmologique au profit de la quintessence. Concernant le point n^o 5, l'avantage est selon certains chercheurs plutôt en faveur de la quintessence, car il est difficile de justifier la valeur extrêmement petite de la constante cosmologique (voir Problème de la constante cosmologique), alors que les modèles de quintessence apportent une réponse plus satisfaisante à cette situation.