Comment Albert Einstein s’est-il véritablement converti à l’idée d’un univers en expansion ?

Selon la légende, Albert Einstein a changé d’avis à propos de l’état statique de l’univers, en 1931, lorsque l’astronome Edwin Hubble lui a présenté la preuve que l’univers était en expansion. Une récente étude (lien plus bas) montre que c’est un mythe et qu’il en a fallu beaucoup plus pour qu’Einstein change d’avis.

L’histoire commune est que les observations de Hubble, du décalage vers le rouge de la lumière émise par de lointaines galaxies (l’expansion se traduit par une augmentation de la longueur d’onde de la lumière émise par les galaxies), est ce qui a contribué au changement d’avis d’Einstein. Mais selon l’historien Harry Nussbaumer de l’Institut d’astronomie de l’École polytechnique fédérale de Zurich, en Suisse, le célèbre physicien a obstinément refusé de rejeter l’interprétation statique de l’univers jusqu’à ce que son modèle, appelé l’Univers d’Einstein, ait été prouvé instable. Il n’a donc pas été influencé par les seules données d’observation.

Retour en 1917, Einstein a lancé la cosmologie moderne en décrivant l’univers comme homogène, statique et spatialement incurvé. La théorie, qui était basée sur la relativité générale, a introduit l’idée de la constante cosmologique, une condition nécessaire pour contrebalancer la contraction gravitationnelle (sans elle, l’univers s’effondrerait sur lui-même). Mais quatre ans plus tard, le physicien soviétique Alexandre Friedmann a introduit l’idée d’un univers en expansion qui contenait de la matière en mouvement. Il a montré que les équations d’Einstein pourraient encore tenir compte des mondes dynamiques. En 1927, l’astronome belge Georges Lemaître, en utilisant des données d’observation, est arrivé (de manière indépendante) à la même conclusion.

Cela n’a pas suffi à Einstein qui était loin d’être impressionné et rejeta les conclusions de Lemaître et Friedman. L’ immutabilité de l’univers était une très profonde conviction pour Einstein.

Mais dans un lent et tortueux processus, il a finalement changé d’avis. En grande partie, suite aux nombreuses correspondances qu’il entretenait avec certains des plus influents astrophysiciens de sa génération, comme le physicien et astronome hollandais, Willem de Sitter.

Selon Nussbaumer :

اقتباس :: La lettre du physicien Michele Besso montre que durant la seconde moitié de février 1931 Einstein a dû avoir un autre regard sur quelques publications cosmologiques clés, en particulier l’article de Friedman de 1922. Le 1er Mars, il semble enclin à accepter un univers dynamique. Cependant, il restait un dernier obstacle. L’âge de l’univers, calculé à partir des décalages vers le rouge des nébuleuses et interprété dans le cadre de la théorie de l’expansion relativiste (aberration relativiste), était beaucoup plus court que la durée de vie des étoiles, comme on le croyait à l’époque. Après son retour à Berlin, Einstein a trouvé un moyen de sortir de ce dilemme en invoquant des inhomogénéités dans la distribution de la matière, elles pouvaient rentrer en ligne de compte du " jeune âge " résultant du modèle basé sur une distribution de densité homogène. Cette lacune lui aurait donné le courage d’opter pour l’univers périodique de Friedman avec λ = 0.
La publication d’Einstein de 1931 était scientifiquement non pertinente, elle ne contenait rien de nouveau. Cependant, elle est un point de repère historique, elle a annoncé la conversion d’Einstein à un univers dynamique, en expansion, sans l’action d’une constante cosmologique.

L’année suivante, Einstein et de Sitter ont soumis un modèle qui proposait un univers “gonflant éternellement” (inflation cosmique), le modèle standard de la cosmologie qui a été globalement acceptée jusqu’au milieu des années 1990.

Bien sûr, la critique est facile… même les plus grands font des erreurs et celles-ci appartiennent au débat, elles permettent et sont même nécessaires aux avancées scientifiques. De plus, les chercheurs doivent avoir la liberté de poser des théories “imaginatives”, un peu hors des limites fixées au moment où elles sont publiées et qui peuvent éventuellement être reconfirmées ou réfutées. Ou plus justement, elles peuvent être corrigées, affinées, et étendues.

On notera, par exemple, qu’Albert Einstein a découvert la grande théorie de l’espace, du temps et de la gravitation, appelée relativité générale et qu’ensuite il a ajouté à cette théorie un composant supplémentaire, plus tard appelé énergie sombre. Einstein a par la suite retiré sa proposition d’énergie noire, estimant qu’elle était inutile. Longtemps après la mort d’Einstein, les observations ont prouvé que l’énergie noire existait vraiment…

L’étude publiée dans l’European Physical Journal H : Einstein’s conversion from his static to an expanding universe.