Énergie du vide ou nouvel ingrédient cosmique ? Einstein et Schrödinger avaient tout prévu !

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Énergie du vide ou nouvel ingrédient cosmique ? Il y a un siècle, les deux physiciens débattaient déjà de la question.

Cet article est issu du magazine Les Indispensables de Sciences et Avenir n°209 daté avril/ juin 2022.

La relativité générale postule que la courbure qui règne en un point de l'espace-temps - pensez à la déformation d'un matelas par le poids d'une boule de pétanque - est proportionnelle à la densité de matière et d'énergie qui s'y trouve (puisqu'en vertu de l'équation E = mc², matière et énergie sont deux aspects de la même chose et pèsent donc toutes deux). La relativité générale s'écrit donc en gros sous la forme : "la courbure = quelque chose multiplié par la densité de masse-énergie".

Un drôle d'article, très court, publié par Erwin Schrödinger

En 1917, Albert Einstein modifia sa théorie en introduisant une "constante cosmologique", Λ. Cette constante était, dans son esprit, une courbure intrinsèque de l'espace - elle se trouvait donc du côté gauche de l'équation - qui lui permettrait de résister à l'attraction gravitationnelle exercée par la matière et l'énergie qu'il contient. Einstein espérait, à tort, obtenir ainsi l'Univers statique et éternel auquel tout le monde croyait à l'époque - même si l'on allait découvrir bien vite que l'effet de Λ est vraisemblablement une accélération à terme de l'expansion. Curieusement, l'année suivante, Erwin Schrödinger, un des pères de la mécanique quantique, publia un drôle d'article, très court, où il faisait remarquer qu'on pouvait faire passer Λ de l'autre côté du signe égal. Un exercice d'arithmétique élémentaire, mais dont Einstein comprit tout de suite l'importance : initialement du côté des effets, Λ passait du côté des causes.

Pour comprendre, imaginez un piston dans le vide. Si l'espace est vraiment vide, vous pouvez faire coulisser le piston sans effort dans un sens ou dans l'autre puisqu'il n'y a pas de différentiel de pression entre l'extérieur et l'intérieur (voir la figure ci-dessous). En revanche, si chaque centimètre cube d'espace contient une certaine énergie, en tirant le piston, vous augmentez le volume à[...]

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