Quels sont certains problèmes non résolus en cosmologie?
La cosmologie, l'étude de l'univers, est en proie à de nombreux problèmes non résolus. Historiquement, ces problèmes non résolus ont été à l'origine de nouveaux développements en physique qui ont révolutionné le domaine, mais au cours des cinquante dernières années, les cosmologues ont découvert de nouveaux problèmes et proposé moins de solutions correspondantes. Trouver des solutions à ces problèmes peut nécessiter une réflexion radicalement nouvelle et une plus grande tolérance vis-à-vis des doctorants enclins à poursuivre leurs propres idées plutôt que de simplement suivre celles de scientifiques expérimentés.
L'un des problèmes les plus remarquables de la cosmologie est la constante cosmologique, qui régit l'expansion de l'univers, également appelée énergie noire. Une part substantielle (environ 60%) de l'énergie de masse dans l'univers se présente sous la forme d'une énergie mystérieuse qui sépare le cosmos à un rythme accéléré. Quelle est cette énergie et d'où vient-elle? Les cosmologistes n'ont aucune idée réelle.
Bien que portant le même nom, il existe un autre problème en cosmologie, la soi-disant matière noire, qui n’a en réalité aucun rapport avec l’énergie noire, sauf dans la mesure où il s’agit de choses que nous ne comprenons pas. Environ 90% de la masse dans l'univers se trouve dans une forme apparemment invisible de matière que nous appelons matière noire. Cette matière noire ne peut être mesurée que par l’attraction gravitationnelle qu’elle exerce sur les objets qui l’entourent et toutes les galaxies que nous observons en contiennent de grands halos, s’étendant souvent sur des centaines de milliers d’années lumière au-delà du bord de la matière lumineuse. S'agit-il d'une matière réelle, telle que des particules massives en interaction faible (WIMP), ou peut-être s'agit-il simplement d'un artefact d'observation causé par une théorie incorrecte de la gravité? Tout cosmologue qui en déduirait un prix Nobel serait pratiquement garanti, mais aucun n’a réussi.
Un autre mystère est pourquoi il y a tellement plus de matière que d'antimatière dans l'univers. Selon les théories physiques, ces formes de matière sont essentiellement équivalentes, mais la matière conventionnelle est observée en abondance beaucoup plus grande que l'antimatière. Y avait-il une très grande quantité des deux types dans l'univers primitif, et ils se sont annihilés pour laisser la matière d'aujourd'hui? Ou était-il beaucoup plus conventionnel dès le début? Si vous êtes cosmologiste, c'est le genre de chose qui vous empêche de dormir la nuit.
Certaines des réponses aux questions ci-dessus peuvent être dérivées du principe anthropique - l'idée que les valeurs observées étaient très différentes, l'univers serait hostile à la vie et il n'y aurait donc aucun cosmologiste à poser ces questions. Mais d’autres considèrent le principe anthropique comme une dérobade, car il offre une explication commode à pratiquement tout ce que nous voulons. Il existe de nombreux autres problèmes non résolus dans la cosmologie, liés à la génération de masse pour les neutrinos, à la question de l'entropie dans un passé lointain et aux conditions de l'univers immédiatement après le Big Bang. Si vous voulez en savoir plus, allez lire un livre sur le sujet rédigé par un cosmologue respecté.