La cosmologie, l’étude de l’univers, est en proie à de nombreux problèmes non résolus. Historiquement, ces problèmes non résolus ont suscité de nouveaux développements en physique qui ont révolutionné le domaine, mais au cours du dernier demi-siècle, les cosmologistes ont découvert de nouveaux problèmes et fourni moins de solutions correspondantes. Trouver les solutions à ces problèmes peut nécessiter une réflexion radicale et une plus grande tolérance à l’égard de l’embauche de docteurs enclins à poursuivre leurs propres idées plutôt que de simplement suivre celles de scientifiques chevronnés.
L’un des problèmes les plus évidents de la cosmologie est la constante cosmologique, qui régit l’expansion de l’univers, également connue sous le nom d’énergie noire. Une partie substantielle, environ 60%, de l’énergie de masse dans l’univers est sous une forme d’énergie mystérieuse qui sépare le cosmos à un rythme accéléré. Quelle est cette énergie et d’où vient-elle ? Les cosmologistes n’en ont aucune idée.
Bien qu’on lui donne un nom similaire, il existe un autre problème en cosmologie, la soi-disant matière noire, qui n’est en fait pas liée à l’énergie noire, sauf dans la mesure où elle implique des choses que nous ne comprenons pas. Environ 90 % de la masse de l’univers se trouve sous une forme de matière apparemment invisible 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. Cette matière noire est-elle de la matière réelle, telle que des particules massives à 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 comprendrait cela se verrait pratiquement garantir un prix Nobel, mais aucun n’a réussi.
Un autre mystère est de savoir 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 bien plus grande abondance que l’antimatière. Y avait-il une très grande quantité des deux types dans l’univers primitif, et ils se sont pour la plupart annihilés les uns avec les autres pour laisser la matière d’aujourd’hui ? Ou y avait-il une matière beaucoup plus conventionnelle dès le départ ? 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 donc il n’y aurait pas de cosmologues pour poser ces questions. Mais d’autres voient le principe anthropique comme une échappatoire, car il offre une explication pratique pour pratiquement tout ce que nous voulons qu’il fasse. Il existe de nombreux autres problèmes non résolus en cosmologie, liés à la génération de masse pour les neutrinos, la question de l’entropie dans un passé lointain et les conditions de l’univers immédiatement après le Big Bang. Si vous voulez en savoir plus, allez lire un livre sur le sujet écrit par un cosmologiste respecté.