Hubert Reeves

Géométrie de l'espace

Émission du 23 avril 2005

Quelle est la géométrie de l'univers ? Plus précisément, quelle est la géométrie de l'espace universel ? C'est l'astronomie qui nous permet, aujourd'hui, d'aborder cette question. Mais attention, le sujet n'est pas facile, et demande une grande attention.

Première notion importante : tout comme il existe des lignes et des surfaces courbes — les surfaces de Terre et de la Lune, par exemple —, il peut exister des espaces à 3 dimensions (des volumes) qui possèdent une courbure.

La question qui se pose est alors la suivante : l'espace cosmique est-il plat ou courbe ? Selon la Théorie de la Relativité d'Einstein, que nous utilisons pour décrire le comportement de la matière dans l'univers, l'espace cosmique peut, a priori, avoir n'importe quelle courbure. Ou n'en avoir pas du tout. C'est à dire être un espace plat. Comment est-il ? La réponse à cette question ne peut être obtenue que par l'observation.

Revoyons à nouveau l'image du rayonnement fossile. Son étude n'en finit pas de nous donner des renseignements sur les propriétés de l'univers.

Une étude de la distribution des points rouges (les régions les plus chaudes) et des points bleus (les régions les plus froides), dans l'image, nous permet de répondre à notre question. Elle nous apprend que l'espace cosmique est plat : sa courbure est nulle (aux incertitudes observationnelles près). Les calculs requis pour arriver à cette conclusion ne sont pas simples, et ne peuvent cependant pas être explicités dans le cadre de ces chroniques. Il s'agit d'une information d'une grande importance pour l'étude du cosmos, dont nous n'avons pas fini de tirer toute les implications.

Recourons à une analogie pour mieux comprendre la situation : dans nombre de mythologies anciennes, on supposait que la surface de la Terre était plate (et située au centre du monde). C'est grâce aux observations que nous savons qu'elle est courbe. On en a mesuré la courbure.

Dans le cas du cosmos, la question de la courbure s'est posée, suite à la théorie d'Einstein. Cette théorie avance l'idée que l'espace cosmique pourrait être courbe, mais ne donne aucune indication sur la valeur de sa courbure. Ce sont les observations qui nous ont révélé qu'elle est nulle, et que nous vivons dans un univers plat.

Ajoutons ici un facteur de la plus haute importance pour la physique et la cosmologie : un des grands succès d'Einstein a été de découvrir la relation intime qui existe entre la géométrie de l'espace et la densité totale de la matière qui s'y trouve. La planitude observée de l'espace cosmique nous permet d'évaluer la densité cosmique.

Quelle est-elle ? Elle correspond à la densité équivalente qui résulterait de la présence de cinq atomes d'hydrogène par mètre cube. Elle porte, dans la littérature, le nom de « densité critique ». Mais rappelons qu'elle est surtout constituée de matière et d'énergie sombre.