L’expansion de l’univers va-t-elle durer éternellement ou va-t-elle laisser place à une phase de contraction ? Il s’agit là d’une des questions les plus fondamentales en cosmologie.

Imaginons que l’on lance une pierre depuis la surface de la Terre. Deux cas sont envisageables :

• soit on n’a pas lancé la pierre assez fort, elle va ralentir puis retomber ;

• soit on a lancé la pierre suffisamment fort et elle va échapper à l’attraction terrestre et s’éloigner indéfiniment de la Terre (nous négligeons ici l’attraction du soleil et des autres corps célestes).

Entre ces deux cas il existe un cas limite où la pierre va effectivement échapper à l’attraction terrestre, mais avec une vitesse de plus en plus faible tendant vers 0.

Le devenir de la pierre dépend en fait de deux choses :

• d’une part sa vitesse initiale ;

• d’autre part, l’amplitude de la gravité terrestre.

Le champ gravitationnel terrestre est parfaitement bien connu : on sait par exemple que l’amplitude de la force d’attraction terrestre décroît quand on s’en éloigne : un satellite situé à 36 000 kilomètres d’altitude sent une force environ 45 fois plus faible que celle que nous ressentons à la surface. Néanmoins, si pour une raison hypothétique, l’attraction terrestre décroissait plus vite encore avec la distance, alors la vitesse minimale qu’il faudrait imprimer à la pierre pour qu’elle échappe à l’attraction terrestre serait plus faible. De même, si pour une autre raison hypothétique l’attraction terrestre se transformait en répulsion à grande distance, la vitesse minimale qu’il faudrait imprimer à la pierre pour qu’elle échappe à l’attraction terrestre serait également réduite.

La situation est relativement semblable à celle-ci dans l’univers : selon le taux d’expansion et selon la façon dont s’exerce la gravité, l’expansion va soit se poursuivre indéfiniment, soit laisser place à une phase de recontraction. La façon dont s’exerce la gravité dépend en fait de la nature exacte de la matière présente dans l’univers. Nous savons qu’il existe de la matière « ordinaire » dans l’univers (les atomes dont nous sommes faits, par exemple), mais il est fort probable qu’il existe au moins deux autres formes de matière dans l’univers :

• une « matière noire », formée de particules ayant des propriété relativement semblables à celles de la matière ordinaire (également appelée matière baryonique) mais n’émettant pas de lumière (d’où son nom) ;

• une forme très mal connue d’« énergie noire », parfois appelée « constante cosmologique » dont l’effet gravitationnel n’est pas attractif mais répulsif.

En l’absence de constante cosmologique, l’effet attractif de la matière provoque une décélération de l’expansion. En présence de constante cosmologique, celle-ci peut prendre le pas sur la matière ordinaire et provoquer une accélération de l’expansion du fait de son effet répulsif. Il semble qu’aujourd’hui une constante cosmologique soit suffisamment importante pour provoquer une accélération de l’expansion (voir l’article Pourquoi une constante cosmologique agit-elle comme une force répulsive ?). Ainsi l’on pense que l’expansion se poursuivra indéfiniment, mais la question n’est pas encore définitivement tranchée

 En savoir plus : Pourquoi une constante cosmologique agit-elle comme une force répulsive ?

 En savoir plus : Expansion éternelle ou Big Crunch ?

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