Question
Comment la lumière des étoiles situées à des milliards d'années-lumière de la terre a-t-elle pu nous parvenir si la terre n'est âgée que de quelques milliers d'années ?
Réponse
Une année-lumière est la distance maximale que la lumière peut parcourir en un an dans le vide de l'espace. Par conséquent, il faut des milliards d'années à la lumière pour parcourir des milliards d'années-lumière dans l'espace. Depuis notre point d'observation sur Terre, nous pouvons voir la lumière provenant d'étoiles situées à des milliards d'années-lumière. Il est donc raisonnable de supposer que notre univers est âgé d'au moins des milliards d'années (suffisamment pour que la lumière de ces étoiles ait le temps d'atteindre notre planète située à des milliards d'années-lumière).
Cette hypothèse raisonnable est en contradiction avec le point de vue de la Terre jeune, qui affirme que l'univers a moins de 10 000 ans. S'il n'y avait pas de solides arguments scientifiques en faveur du point de vue de la Terre jeune, cette contradiction ne mériterait pas que l'on s'y arrête. Cependant, les preuves de plus en plus nombreuses qui soutiennent le point de vue de la terre jeune sont suffisamment importantes pour justifier une étude approfondie afin de déterminer si cette contradiction apparente peut ou non être résolue de manière raisonnable. C'est pourquoi nous posons la question suivante : comment la lumière d'étoiles situées à des milliards d'années-lumière peut-elle atteindre la Terre en seulement quelques milliers d'années ?
Dilatation gravitationnelle du temps
Selon Albert Einstein, l'espace n'est pas le "néant" vide que la plupart d'entre nous percevons. Il est rempli de ce qu'Einstein appelle l'éther. Dictionary.com définit l'éther comme "un milieu omniprésent, infiniment élastique et sans masse". Tout ce qui existe dans les limites de notre univers le fait dans ce milieu sans masse.
Comme l'indique dictionary.com, l'éther est infiniment élastique. Il peut être étiré et déformé. Pour s'en rendre compte, il suffit d'imaginer un tissu bien tendu. C'est l'éther. Imaginez maintenant que vous déposiez une boule lourde (comme une boule de bowling) sur le tissu, en plein milieu. Le tissu s'affaisserait alors au milieu. La boule lourde représente la matière dense, comme notre planète. Einstein pensait que la matière provoquait l'affaissement de l'espace, de la même manière que la boule lourde provoque l'affaissement du tissu étiré. Ces affaissements dans l'espace sont connus sous le nom de puits de gravité.
Maintenant, si nous plaçons des balles plus petites et plus légères (comme des billes) sur le tissu en même temps que la balle lourde, elles rouleront vers le centre, dans l'affaissement causé par la balle lourde. De plus, elles contribueraient à l'affaissement global du tissu, même si ce n'est que légèrement. Ce mouvement vers le centre représente la gravité. Selon le point de vue d'Einstein sur la gravité, si des formes de matière plus petites et plus légères sont suffisamment proches, elles peuvent être attirées dans les puits de gravité de formes de matière plus grandes et plus denses. Bien qu'ils créent chacun leur propre affaissement dans l'espace, certains puits de gravité sont plus profonds et plus influents que d'autres (c'est-à-dire qu'ils génèrent une force gravitationnelle plus importante). Ils ont tous un point commun : ils déforment le temps.
Dans les années 1960, les physiciens Robert Pound et Glen Rebka ont confirmé expérimentalement une conséquence théorique de la théorie de la relativité d'Einstein, l'effet de dilatation du temps par la gravitation (GTDE). Pound et Rebka ont pu démontrer que le temps s'écoule plus lentement pour les objets au fur et à mesure qu'ils s'éloignent d'un puits de gravité. Par exemple, les satellites du système mondial de localisation (GPS) sont plus éloignés de la Terre que les objets à la surface de la planète et sont donc moins immergés dans le puits de gravité causé par la masse de la Terre. Il en résulte que le temps passe un peu plus vite pour nos satellites GPS que pour nous, ici à la surface, puisque nous sommes plus profondément immergés dans le puits de gravité de la Terre. Des horloges atomiques à bord des satellites et ici sur Terre ont été utilisées pour détecter et mesurer cette différence dans la vitesse d'écoulement du temps.
De même, une horloge atomique située à Greenwich, en Angleterre (au niveau de la mer), enregistre un temps plus lent que l'horloge atomique de Boulder, au Colorado (à 5 430 pieds au-dessus du niveau de la mer). À ces différences altitudinales relativement faibles, l'effet mesurable est mineur. L'effet à l'échelle du cosmos peut être beaucoup plus spectaculaire. Plus un puits de gravité est profond, plus le GTDE est important. En fait, selon la relativité générale, le temps s'arrête à la frontière d'un trou noir, une zone connue des scientifiques sous le nom d'"horizon des événements", où la gravité est si intense que même la lumière ne peut s'échapper (d'où le nom de "trou noir").
Laissons de côté le GTDE pour un moment et considérons un autre phénomène astronomique important : les décalages vers le rouge des étoiles. Les décalages vers le rouge sont un phénomène d'effet Doppler par lequel les longueurs d'onde des rayonnements (comme celles de la lumière des étoiles) s'allongent à mesure qu'elles s'éloignent de l'observateur. Les astronomes s'accordent généralement à dire que les décalages vers le rouge observés indiquent que l'univers est en expansion (loi de Hubble). En extrapolant cette expansion vers l'arrière, il apparaît que l'univers primordial était quelque peu plus dense et plus compact qu'il ne l'est aujourd'hui.
Dans un univers limité où la matière a un centre et un bord, la compression de la matière décrite ci-dessus servirait à approfondir le puits de gravité causé par la masse combinée de l'univers. Cela intensifierait le GTDE, faisant en sorte que le temps s'écoule beaucoup plus lentement près du centre de l'univers (plus profond dans le puits) que près de son bord (plus proche de la surface du puits).
L'implication est paradoxale : même si l'univers entier a été créé d'un seul coup au début (et devrait donc avoir le même âge), certaines parties peuvent être considérablement plus jeunes que d'autres en raison de la nature relativiste du temps. La lumière peut parcourir des milliards d'années-lumière sur des milliards d'années dans certaines parties de l'univers, alors que nous, sur Terre, percevrions un laps de temps beaucoup plus court. Au fur et à mesure que l'univers s'étend et que la matière se répand dans l'espace, le puits de gravité universel s'égalise progressivement, ce qui réduit la différence de temps dans l'univers.
De nombreux astrophysiciens et astronomes rejettent l'idée d'un univers limité dont le centre serait notre galaxie, la Voie lactée. Mais il s'agit là d'un présupposé philosophique, et non d'une conclusion scientifique fondée sur des données empiriques. George F. R. Ellis, astrophysicien de renommée mondiale, explique candidement : "Les gens doivent savoir qu'il existe toute une série de modèles susceptibles d'expliquer les observations. Par exemple, je peux vous construire un univers à symétrie sphérique avec la Terre en son centre, et vous ne pouvez pas le réfuter sur la base des observations... vous ne pouvez l'exclure que pour des raisons philosophiques. À mon avis, il n'y a absolument rien de mal à cela. Ce que je veux mettre en lumière, c'est le fait que nous utilisons des critères philosophiques pour choisir nos modèles. Une grande partie de la cosmologie essaie de le cacher". (W. Wayt Gibbs, "Profile : George F. R. Ellis", Scientific American, octobre 1995, vol. 273, n° 4, p. 55)
En résumé, l'effet de dilatation gravitationnelle du temps est une solution théorique au problème de la lumière des étoiles lointaines qui, étonnamment, réconcilie les preuves d'une Terre jeune avec les preuves d'un univers ancien. De nombreux astrophysiciens et astronomes rejettent l'une des principales hypothèses sur lesquelles repose l'explication de l'effet de dilatation gravitationnelle du temps (un univers limité avec la Voie lactée au centre ou près du centre), non pas en raison des données observables, mais de leurs perspectives philosophiques.
English
Comment la lumière des étoiles situées à des milliards d'années-lumière de la terre a-t-elle pu nous parvenir si la terre n'est âgée que de quelques milliers d'années ?
