La question de la taille de l'Univers demeura en suspens pour Newton et ses successeurs. Faute d'outils théoriques adéquats, la cosmologie fut mise de côté. Près d'un siècle et demi plus tard, en 1826, Heinrich Olbers se rendit compte que l'on pouvait relancer le débat cosmologique à partir d'un fait des plus élémentaires: il fait noir la nuit. En effet, imaginons que l'Univers soit rempli d'étoiles jusqu'à l'infini dans toutes les directions. Alors, n'importe quelle ligne de visée partant de la Terre finirait par aboutir sur la surface d'une étoile**, et le ciel nocturne devrait être au moins aussi brillant que la surface d'une étoile. Ainsi, pour Olbers, le simple fait qu'il fait noir la nuit impliquait qu'il ne pouvait pas y avoir des étoiles jusqu'à l'infini.
Comme la plupart des astronomes de l'époque préféraient l'hypothèse d'un Univers infini, on appela paradoxe d'Olbers cette simple observation.
On chercha donc une façon de réconcilier l'idée d'un Univers infini avec le fait que le ciel nocturne est noir. Notamment, on avança l'idée que la présence de poussière interstellaire ténue bloquait progressivement et cumulativement la vue et nous empêchait de recevoir la lumière d'étoiles situées au-delà d'une certaine distance.
Cette explication fut rapidement abandonnée: vers 1850, les physiciens découvrirent le principe de la conservation de l'énergie. En raison de ce principe, la poussière imaginée pour résoudre le paradoxe d'Olbers devrait tôt ou tard réémettre la lumière absorbée. L'équilibre serait atteint lorsque l'émission contrebalancerait exactement l'absorption, c'est-à -dire lorsque la poussière aurait atteint la température et la luminosité des étoiles elles-mêmes - ce qui revient au même que s'il n'y avait pas de poussière du tout !
On imagina alors une autre solution, basée sur le fait que la lumière ne se déplace pas instantanément. Ainsi, plus l'étoile que l'on observe est lointaine, plus on la voit telle qu'elle était loin dans le passé. Or, le principe de la conservation de l'énergie implique qu'aucun objet ne peut émettre de l'énergie éternellement. En particulier, les étoiles ne peuvent pas avoir brillé depuis toujours comme elles brillent aujourd'hui, car elles auraient déjà épuisé leurs réserves. Ainsi, en regardant assez loin, on verrait ce qu'il y avait avant que les étoiles ne commencent à briller, c'est-à -dire qu'on ne verrait rien. Cela explique la noirceur du ciel nocturne et résout le paradoxe d'Olbers.
En fin de compte, si les étoiles ne sont pas éternelles, l'étendue de leur distribution ne change rien au problème. L'Univers peut aussi bien être fini ou infini, et nous revoilà à la case de départ. La cosmologie piétinait. Il fallut attendre le début du XXe siècle pour que la science puisse enfin dire quoi que ce soit de concret sur l'Univers dans son ensemble.
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