L’histoire de l’avènement de l’inflation est édifiante. Elle a démarré sur des bases incertaines, vers 1980, et aboutit à l’hypothèse d’une expansion démesurée de l’Univers. Aujourd’hui, ce scénario est devenu un authentique chapitre du déroulement du big bang. Au point que l’inflation est soupçonnée de participer, en sous-main, à l’expansion accélérée récente due à une mystérieuse énergie noire.

Inflation, une solution des problèmes du Big Bang
L’idée d’inflation est, certes, née des propres insuffisances du big bang. En 1980, un problème clef était celui de la grande unification des interactions forte et électrofaible. Une solution semblait résider dans des objets exotiques et massifs, jamais observés : les monopôles magnétiques, de 0,00001 milligramme, 10¹⁶ fois plus lourds qu’un proton. Ces superparticules reliques seraient nées en nombre avec l’Univers. Et elles auraient dû le rendre un million de milliards de fois plus dense. Le cosmos n’y aurait pas survécu. Il se serait recontracté en "big crunch". L’inflation est arrivée, à cette époque, comme une rustine. Elle a sauvé de justesse l’espace-temps.

Cependant, les problèmes subsistaient. Parmi ceux-ci, la planéité de la géométrie de l’espace. Comment l’expliquer ? A priori, selon la relativité, l’Univers devrait être plutôt courbe et non aussi plat. D’autre part, l’homogénéité à grande échelle est un autre motif d’étonnement. Les observations, en ondes radio, du fond de rayonnement fossile ont montré que l’Univers est assez uniforme. Ceci y compris pour des régions éloignées qui n’ont pas eu le temps de communiquer à la vitesse de la lumière. Dès lors, comment expliquer leurs similitudes ? C’est le problème de l’horizon. Enfin, l’Univers primordial comportait quand même de petits grumeaux de matière. Ils ont donné lieu à la formation des galaxies. La distribution de leur densité correspond à ce qu’auraient engendré les fluctuations quantiques primordiales de l’inflation. Que dire de cette coïncidence ? Profonde ou fortuite ?

L'iinflation résout naturellement ces questions. Lors du big bang, les particules primordiales n’avaient pas encore de masse. Elles obéissaient à la gravité, aux interactions fortes et électrofaibles, ainsi qu’à une nouvelle entité influente. On l’appelle inflaton, «faux vide» ou «antigravité». Il envahit l’espace avec une énergie qui entraîne la recrudescence de l’expansion. Ceci dure tant que l’Univers n’est pas retombé vers plus de stabilité et n’a pas évacué son surplus de bouillonnement. L’inflation accélérée se produit à une vitesse supérieure à celle de la lumière. Le phénomène est «autoentretenu». Car, contrairement à la matière qui se dilue à vive allure, l’inflaton se crée avec l’espace. Plus l’Univers s’étend, plus il assoit sa puissance. Ainsi s’expliquerait la fameuse platitude de l’Univers. Comme des moustiques à la surface d’un grand ballon gonflé, nous sommes incapables d’étendre notre champ de vision au-delà d’un certain horizon. De même, par un effet similaire, les hétérogénéités de la matière (ainsi que les monopôles) ont dû être gommés par l’expansion. Une propriété du vide inflationnaire est de produire des fluctuations de toutes tailles et d’égale intensité.

L’explosion de la vie et de l’énergie noire
L’Univers empli de vide quantique apparaît agité de fluctuations irrépressibles. Certaines, au hasard, favorisent de petits domaines que l’inflation, à son tour, étendra au-delà du raisonnable. C’est le scénario moderne de l’inflation chaotique. Il est défendu par Andreï Linde. De nouveaux univers-bulles explosent à des endroits aléatoires, et ainsi de suite. Le phénomène - extraordinairement créatif - se reproduit identique à lui-même de toute éternité. Cette richesse autoriserait d’autres univers, séparés du nôtre. Ces mondes exhiberaient d’autres propriétés : lois physiques, constantes fondamentales, vitesse de la lumière et, peut-être, dimensions supplémentaires de l’espace… Au bout du compte, la seule particularité de notre petit recoin de cosmos serait d’abriter une fragile forme de vie qui se dit intelligence. Bel enseignement. Fort de ces premiers succès, les spécialistes s’attachent à présent à établir des ponts avec d’autres branches porteuses de l’astrophysique et à tenter d’autres fructueuses prédictions. Notamment, ils se concentrent sur une période d’expansion accélérée plus récente et tangible. Elle sévit depuis quelques milliards d’années et a été révélée par les observations d’explosions de supernovae lointaines. Elle serait mue par une énergie noire mal identifiée. Le réveil de l’inflaton ?

Pour en savoir plus

Une nouvelle lumière sur l'énergie sombre - Communiqué de presse CNRS/INSU du 30 janvier 2008