ÉTAT STATIONNAIRE THÉORIE DE L', cosmologie

En 1948, l'Américain Thomas Gold et le Britannique Hermann Bondi publient dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (vol. 108, no 3, pp. 252-270) un article intitulé « The Steady-State Theory of the Expanding Universe » (« La Théorie de l'Univers en expansion considéré comme stationnaire »). Ils proposent de nouveaux modèles cosmologiques, qui reposent sur un principe fondamental, a priori séduisant, le « principe cosmologique parfait » (P.C.P.), qui généralise le principe cosmologique. Ce dernier (unanimement admis) énonce que l'Univers apparaît identique à tout observateur situé dans l'espace. Il implique l'homogénéité et l'isotropie (symétrie maximale) de l'espace (plus exactement, « des sections spatiales de l'espace-temps ») : tous ses points sont équivalents, toutes ses directions sont équivalentes.

Le P.C.P. généralise cette homogénéité et cette isotropie à l'espace-temps. Il en résulte l'équivalence de tous les instants cosmiques : l'Univers doit présenter le même aspect à chaque moment de son histoire. Ce n'est plus seulement l'espace, mais l'espace-temps qui présente une symétrie maximale.

À l'époque, les modèles d'Univers stationnaire offrent une alternative aux modèles de big bang qui, même s'ils ne sont pas encore baptisés ainsi (l'appellation date de 1948), remontent aux années 1930. En effet, la révolution conceptuelle que constituent ces derniers est apparemment difficile à admettre pour certains. Les modèles d'état stationnaire, qui décrivent un monde « sans âge », restaurent le mythe millénaire d'un Univers dont l'état resterait toujours identique

Si l'idée semble séduisante, ces modèles stationnaires sont a priori incompatibles avec l'expansion cosmique, pourtant alors déjà découverte, et bien établie depuis les années 1930. Celle-ci implique très directement que le contenu de l'Univers se dilue : avec le temps, ce dernier devient de moins en moins dense et, par simple application des lois de la physique, de moins en moins chaud. Ces phénomènes – expansion, dilution, refroidissement – doivent donc, en théorie, modifier fortement l'aspect de l'Univers au cours du temps, ce qui contredit le P.C.P.

Pour répondre à cette difficulté, les partisans du modèle stationnaire ont inventé une nouvelle loi de la physique : « de la matière serait créée en permanence, de manière à compenser exactement la dilution causée par l'expansion ». Cette création continue, inséparable du modèle, est très faible – seulement une particule de la masse du proton par litre et par milliard d'années –, donc compatible avec l'observation.

La première version proposée du modèle stationnaire est plutôt vague, sans aucune précision sur la fameuse loi de création continue. Un peu plus tard, le physicien britannique Fred Hoyle en proposera une nouvelle version, rendue conforme à la relativité générale.

Le modèle stationnaire va bénéficier d'une grande faveur. En premier lieu, parce qu'il rassemble tous ceux qui ne peuvent se résoudre à abandonner le mythe d'un Univers éternellement égal à lui-même. Mais aussi parce que ses principaux concurrents, les modèles de big bang, sont en butte à une sérieuse difficulté : à partir d'observations de galaxies, les astronomes ont estimé un taux d'expansion de l'Univers qui implique pour celui-ci un âge voisin de 2 milliards d'années, impossible à concilier avec les 4,5 milliards d'années de notre planète ! Il existe bien des versions des modèles de big bang qui prévoient un âge plus long, mais elles sont moins naturelles. Il est donc plus facile de se tourner vers les modèles stationnaires.

Il apparaîtra cependant bientôt que ces estimations étaient fondées[...]

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Pour citer cet article

Marc LACHIÈZE-REY, « ÉTAT STATIONNAIRE THÉORIE DE L', cosmologie », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le . URL :

Autres références

  • ALFVÉN HANNES (1908-1995)

    • Écrit par Agnès LECOURTOIS
    • 346 mots

    Astrophysicien suédois né le 30 mai 1908 à Norrköping, Hannes Alfvén fit ses études à l'université d'Uppsala où il obtint son doctorat en 1934. Attaché à l'Institut royal de technologie de Stockholm à partir de la fin des années 1930, Alfvén reçoit un poste à l'université de Californie (San Diego)...

  • GRAVITATION ET ASTROPHYSIQUE

    • Écrit par Brandon CARTER
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    ...couplage s'affaiblit avec le temps. L'aspiration à une « éternité temporelle » est également responsable de recherches plus solidement motivées, comme la théorie de l'état stationnaire de H. Bondi, T. Gold et Fred Hoyle (1950, 1951), quelque temps à la mode, bien que pas davantage plausible, et...
  • HOYLE FRED (1915-2001)

    • Écrit par Marek A. ABRAMOWICZ
    • 2 846 mots
    • 1 média
    ...observerait les mêmes propriétés générales de l'Univers que nous, qu'il ait vécu un milliard d'années plus tôt, ou qu'il l'observe dans un milliard d'années. Cela implique que l'Univers est stationnaire : ses propriétés demeurent inchangées dans le temps. En particulier, le nombre de galaxies dans une...

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