En commençant par « Pourquoi le ciel nocturne est-il sombre ? »
Le débat le plus élégant et le plus intelligent de l'univers sur la « lumière » et les « ténèbres » !
« Last Horizon » d’Amedeo Balbi : Une histoire des ténèbres profondes, 95 % de l’univers au-delà des étoiles

« Pour appréhender la matière noire et l’énergie sombre, il nous faut comprendre le point de départ difficilement imaginable de l’univers, où se combinent le monde macroscopique, où la gravité est cruciale, et le monde microscopique, où elle est négligée. Il nous faut ensuite considérer d’innombrables scénarios cosmiques qui n’existent que dans le cadre des équations que l’auteur explique avec brio. » ─ Hwang Ho-seong, professeur au département de physique et d’astronomie de l’université nationale de Séoul

Qui a dit que Stephen Hawking était le seul capable de vulgariser la science ? Ce livre est tout simplement captivant, même comparé à d’autres excellents ouvrages scientifiques.
« Ce type de talent d’écriture n’est possible que lorsqu’on maîtrise son sujet. » — National Geographic Magazine

Voici un nouvel ouvrage du professeur Amedeo Balbi, l'un des plus éminents astrophysiciens italiens, découvreur de l'anisotropie du fond diffus cosmologique et ayant confirmé la structure euclidienne (plate) de l'Univers. Spécialiste reconnu de la cosmologie et de l'astrobiologie, il explore les mystères et les controverses entourant la matière noire et l'énergie sombre, qui constitueraient environ 95 % de l'Univers.

L'existence de cet « élément obscur » est fortement prédite depuis des décennies, mais seules des preuves circonstancielles ont été accumulées, et sa nature définitive n'a pas été prouvée, ce qui la met en péril.
Le modèle standard de la cosmologie, qui a abouti au Big Bang et repose sur la relativité générale, est menacé car la découverte de particules mystérieuses qui semblaient susceptibles d'être de la matière noire est retardée et l'énigme physique entourant l'énergie sombre reste irrésolue.
Le domaine de la cosmologie semble traverser une période de grande agitation, avec l'émergence du scepticisme à l'égard de la théorie de la gravité et même des pseudosciences telles que le « dessein intelligent », le « principe anthropique » et la « théorie de la Terre plate » qui se moquent de ses points faibles.

Cependant, les auteurs soulignent que la composante sombre, qui est à la base du modèle cosmologique standard, reste une alternative plausible pour expliquer l'univers, et les observations le confirment.
Il est toutefois du devoir de la science d'examiner s'il est possible qu'il manque quelque chose ou s'il existe des hypothèses incorrectes concernant la composante obscure, et cela nécessite une vérification par la réflexion.
Ce livre remonte aux origines, comme l'ont fait les scientifiques du passé, pour reconsidérer les propriétés de ce qui est invisible au-delà de « l'horizon des événements », et retrace le processus de découverte et de débat qui s'est déroulé depuis lors.
Le point de départ est une question très simple : « Pourquoi le ciel nocturne est-il sombre ? »
Peut-être, à partir de cette question, avons-nous pu comprendre l'origine et l'expansion de l'univers, deviner l'existence de la matière noire, et même déduire l'existence de l'énergie sombre invisible en nous demandant : « Pourquoi n'y a-t-il pas d'espace sans rien ? »
Si vous poursuivez votre quête des ténèbres de l'univers, symbolisées par l'élément sombre, vous pourrez profiter d'un univers magnifique où se croisent métaphore et intuition.

De tous les problèmes auxquels la cosmologie moderne est confrontée, le plus important et le plus urgent est sans aucun doute celui de la matière noire et de l'énergie noire, qui semblent être les constituants principaux de notre univers.
Si ces deux éléments ne sont pas comblés rapidement, cela risque de nous conduire à une situation où nous ne pourrons nous empêcher de soulever de sérieuses questions quant à certaines des théories physiques que nous avons utilisées pour interpréter l'univers.
On pourrait dire que nous sommes des voyageurs observant le paysage par le hublot lors d'un vol de nuit.
Le paysage qui se déploie sous nos yeux est dominé par des choses que nous ne pouvons que deviner.
Parfois, les lumières artificielles semblent disposées en un groupe clairement ordonné, mais l'obscurité de la terre ou de la vaste étendue de mer sur laquelle elles se projettent ne l'est pas.
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23, extrait de la « Préface »

Il y a moins d'étoiles visibles à l'œil nu dans le ciel qu'on ne le pense.
Le nombre exact varie en fonction des conditions d'observation, mais même aux heures de pointe, il n'y en a qu'environ 3 000 dans notre hémisphère (et dans l'hémisphère opposé également).
La plupart des étoiles semblent être regroupées autour de notre galaxie, qui présente une bande lumineuse irrégulière à sa périphérie.
Le reste du ciel nocturne est complètement noir.
Dans la dimension spatiale, ce n'est pas la lumière mais l'obscurité qui domine le ciel nocturne.
Et si l'on y réfléchit, c'est bien la vue magnifique de cette voûte étoilée, ses innombrables petits points scintillants se détachant sur le fond noir, qui a donné naissance à l'astronomie et rendu possible l'étude de l'univers.

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35~36, extrait de « Aucun photon n’est gaspillé »

Nombre de questions qui déconcertent les scientifiques ou qui conduisent à d'énormes progrès dans la connaissance sont étonnamment simples.
Ce sont des questions qui paraissent si futiles ou évidentes que la plupart des gens les rejettent avec humour, mais les penseurs se les posent depuis des années, des décennies, voire des siècles.
On dit qu'Albert Einstein (1879-1955) a été tourmenté par une question qui l'a dérangé pendant des années, comme une épine dans la chair, après avoir étudié les lois de l'électromagnétisme à l'adolescence.
La question était : à quoi ressemblerait la lumière si l'on pouvait voyager juste à côté d'elle à la vitesse de la lumière ?

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58, extrait de « Le paradoxe du ciel nocturne sombre »

L'univers est majoritairement vide et sombre.
Notre espèce a pu survivre et évoluer car elle est apparue sur une île inhabituelle composée de petits rochers humides, présentant des conditions environnementales favorables et orbitant autour d'une étoile de taille moyenne.
La vie sur Terre dépend entièrement de l'énergie que le soleil déverse à chaque instant dans l'espace vide sous forme d'ondes électromagnétiques.
Environ la moitié de cette énergie est concentrée dans des longueurs d'onde allant de 380 nanomètres (un nanomètre est un milliardième de mètre) à 760 nanomètres.
Ce n'est donc pas entièrement fortuit que nous ayons développé un appareil visuel capable de réagir dans cette gamme étroite de longueurs d'onde.

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83, extrait de « Vue étendue »

La lumière du soleil ne vient pas seulement de loin, elle vient d'une époque très lointaine, lorsque nos ancêtres commençaient tout juste à communiquer et à parcourir la savane, alors que la lumière du centre du soleil commençait à se déplacer vers nous.
Cependant, la lumière du soleil n'est pas la seule lumière qui doit traverser le temps et l'espace pour atteindre la Terre.
Il existe une lumière qui a commencé bien plus loin, beaucoup plus tôt, lorsque l'univers était complètement différent de ce qu'il est aujourd'hui.
Elle a voyagé si longtemps qu'elle est désormais invisible, et ses photons sont trop vieux pour être détectés par nos yeux, mais c'est une lumière qui peut être collectée et étudiée d'une certaine manière.

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108, extrait de « Fossil Light »

Le fait que la vitesse de la lumière soit finie signifie que lorsque nous observons l'univers lointain, nous observons en réalité le passé lointain de cet univers.
À mesure que nos recherches explorent des régions toujours plus lointaines de l'espace, les frontières de notre connaissance s'étendent non seulement vers l'horizon cosmique, mais aussi vers les limites temporelles de l'histoire cosmique.
À mesure que nous nous enfonçons plus profondément dans l'obscurité de l'espace, nous observons la vie dans l'univers à des époques toujours plus reculées, et nous nous rapprochons d'une époque beaucoup plus proche du Big Bang.
En construisant des instruments toujours plus puissants, les astronomes modernes sont devenus comme d'anciennes sentinelles, gravissant de hautes tours pour étendre leur regard vers des régions toujours plus lointaines.
Et en regardant si loin dans l'avenir, nous remontons le temps.
Certains des meilleurs avant-postes d'observation de l'humanité ne sont pas situés le long de nos côtes, mais planent au-dessus de nous.

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129, extrait de « Au-delà des ténèbres »

En raison de l'inflation rapide, on prévoyait que l'univers serait plat, mais cela ne pouvait être expliqué d'aucune autre manière.
Et l'absence de courbure observée dans l'expérience W-MAP, suivant le boomerang et les maxima, a fortement étayé cette théorie.
Bien que les théories d'Alan Guth et le modèle de l'inflation aient naturellement été très appréciés, l'aspect euclidien de la géométrie de l'univers était, en revanche, assez déconcertant.
Tout au long du XXe siècle, lorsque les astrophysiciens ont calculé la masse de tous les objets observables par les télescopes, les résultats ont été étonnamment bas.
Autrement dit, la masse observable totale combinée ne représenterait pas 1 % de la densité critique.
Mais si l'univers est plat, il doit y avoir une explication à la disparition de toute la matière manquante, indubitablement observée dans le fond diffus cosmologique.
Autrement dit, l'univers paraissait trop sombre aux astrophysiciens.

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170, extrait de « L’Univers est plat »

En fait, il n'est pas si difficile d'imaginer que toute la matière de l'univers n'émet pas suffisamment de lumière (ou une autre forme de rayonnement électromagnétique) pour être visible.
Par exemple, nous savons qu'en plus des étoiles, les galaxies spirales contiennent beaucoup de poussière.
Par une nuit très claire, on peut observer les effets de cette poussière, qui apparaît sous forme de bandes sombres striant la zone où la Voie lactée est visible.
Cependant, la poussière présente sur le disque ne peut expliquer les irrégularités de la courbe de rotation.
Comme nous l'avons déjà établi, nous avons besoin d'une composante sombre répartie sur le halo sphérique.

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185, extrait de « Il manque une substance »

De quoi est fait l'univers ? Nous ne le savons pas avec certitude, mais nous pouvons affirmer sans hésiter que les éléments qui nous sont familiers — les substances que nous rencontrons le plus souvent — sont extrêmement rares dans l'univers dans son ensemble.
Ce qui est encore plus embêtant, c'est qu'il existe un risque que ces éléments rares n'existent tout simplement pas.
En réalité, une question se pose depuis un certain temps déjà, mais nous n'avons toujours pas de réponse complète.
La question est : « Pourquoi y a-t-il quelque chose plutôt que rien ? »

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209, extrait de « Le Monde du Néant »

Vers la fin du XXe siècle, grâce aux observations des astronomes et aux progrès de la cosmologie, les physiciens ont conclu que les atomes n'étaient pas le seul type de matière dans l'univers.
En réalité, ces matériaux seuls ne suffisent pas à expliquer de manière satisfaisante la géométrie globale de l'univers ni la façon dont sa structure est maintenue par la gravité.
Il fallait une nouvelle hypothèse et, comme c'est souvent le cas dans ces situations, pour aller dans une direction jamais explorée auparavant, nous devions partir de ce que nous savions.
Que savons-nous de la matière noire ? Peut-on trouver une cause unique qui explique le grand nombre de résultats anormaux des observations cosmologiques ? C’est comparable à une enquête criminelle : il nous faut utiliser les informations recueillies pour réduire la liste des suspects potentiels.
Comme les autres types de matière, la matière noire peut être considérée comme étant composée de particules élémentaires.
Quelles seraient donc les propriétés de cette particule hypothétique ?
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218~219, extrait de « La particule mystérieuse »

Il n'y a pas d'issue.
Lorsque nous utilisons les lois physiques existantes pour interpréter les observations astrophysiques et que nous n'examinons que la matière directement observable, la situation concorde rarement.
La plupart des astrophysiciens pensent que l'une des conséquences inévitables de cette divergence est qu'il existe dans l'univers une quantité considérable de choses étranges que nous ne pouvons pas voir et dont nous ne savons pratiquement rien.
Ce raisonnement permet certes de préserver les lois physiques existantes, mais il reconnaît également que certaines personnes peuvent se sentir mal à l'aise face à une nouvelle théorie sans preuve directe et proposer des solutions alternatives.
Bien sûr, le problème est qu'il n'y a qu'une poignée de physiciens qui ont choisi cette voie.

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244, extrait de « Il y a beaucoup d'indices, mais pas de coupable »

La constante cosmologique, une astuce mathématique introduite pour stabiliser un univers instable, ne semblait plus avoir de raison d'être.
Ce fut un gaspillage de connaissances qui n'a pas contribué à l'histoire du concept, et Albert Einstein lui-même a beaucoup regretté d'avoir introduit cette constante.
Dans son ouvrage de 1945, La signification de la relativité, Einstein déclarait : « L'introduction d'une constante cosmologique dans l'équation gravitationnelle est possible du point de vue de la relativité, mais doit être écartée par souci de simplicité logique.
(…) Si la loi d’expansion de Hubble avait été connue lors du développement de la théorie de la relativité générale, la constante cosmologique n’aurait jamais été introduite.
« Introduire ce terme dans les équations de champ aujourd’hui semble encore plus inapproprié, car la seule justification existante — celle de conduire à une solution naturelle au problème cosmologique — a échoué », a-t-il écrit.

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289, extrait de « L'erreur d'Einstein »

Compte tenu des modèles physiquement bien définis, la mission de la cosmologie observationnelle semblait tout à fait claire dans les années 1930.
Pour expliquer l'évolution globale de l'univers au fil du temps (depuis le moment qui a suivi le Big Bang jusqu'à nos jours, et jusqu'aux projections futures), il suffisait de relier les paramètres physiques du modèle cosmologique aux observations de l'univers réel.
Ce qui rend le modèle inflationniste, qui améliore la relativité générale, si attrayant, c'est qu'il ne dépend que de deux quantités inconnues.
Ces deux quantités devraient, en principe, être définissables par des mesures astrophysiques.

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290, tiré de « Accélération »

Pour les scientifiques classiques, le vide était défini par soustraction.
Autrement dit, lorsque toute matière a été retirée du domaine spatial, il ne restait plus que le vide.
Créer un vide dans le monde réel est un problème très difficile, mais en laboratoire, on le simplifie en aspirant le gaz du récipient aussi efficacement que possible.
L'idée qu'un vide parfait puisse être atteint semblait pratiquement impossible, un simple objectif idéal à atteindre.
De toute façon, l'espace resterait alors imprégné d'éther, qui ne peut être ni détruit ni éliminé, jusqu'à la toute dernière infime région.

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318, extrait de « Espace vide »

Bien que la science n'ait commencé que récemment à développer une vision plus claire des conditions physiques dans lesquelles l'évolution de l'univers observable a débuté, l'origine de toutes choses est depuis longtemps un sujet qui fascine l'humanité.
Mais la question de sa symétrie, c'est-à-dire du destin ultime de l'univers, a fait l'objet d'un débat constant pendant des siècles.
Si l'univers prend fin, quand et comment ? Nous commençons à peine à comprendre l'état de l'univers à ses débuts. Nous pouvons explorer les profondeurs de l'espace, repousser ses limites et même remonter le temps, en observant les galaxies formées à différentes étapes de son existence, notamment les quasars lointains et les vestiges des immenses univers-îles qui constituent la structure cosmique actuelle.

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338-339, extrait de « Destin incertain »

Les cosmologistes doivent une fois de plus suivre la même voie que les physiciens qui étudient les interactions fondamentales pour comprendre la cause de l'expansion accélérée de l'univers.
La réponse au problème de l'énergie du vide se trouve en réalité dans un problème beaucoup plus universel qui a intrigué même les esprits les plus brillants de la Terre pendant des décennies.
La solution consisterait à formuler une théorie qui traiterait de toutes les interactions connues dans un cadre unifié, expliquant peut-être pourquoi les paramètres physiques fondamentaux ont les valeurs qu'ils ont (la soi-disant Théorie du Tout, TOE).
Il est clair que cette tâche est extrêmement difficile à l'heure actuelle, car il n'existe pas de résultats définitifs.

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358, extrait de « Comment interpréter les ténèbres »