Contributions d'Einstein, De Sitter, Friedmann, et Lemaître à la cosmologie de 1917 à 1932

En 2016, le dictionnaire de français Larousse, via Internet, définit la cosmologie comme une « science qui étudie la structure, l’origine et l’évolution de l’Univers dans son ensemble ».

   De fait, l’Univers a toujours fasciné les hommes et plus particulièrement les astronomes, depuis l’origine des temps.

   Déjà, les penseurs anciens se posaient des problèmes qui les tourmentaient : d’où vient l’Univers ? est-ce un Univers fermé ou sans limites ? où va-t-il ?. Ainsi, la cosmologie remonte à l’éveil de l’astronomie, en Mésopotamie et en Egypte de – 3000 à – 2000, mais aucune preuve observationnelle ne permettait de confirmer les postulats. Il faut attendre le 17^es et le développement des techniques d’observation pour que philosophes, physiciens, mathématiciens et astronomes proposent leur conception de l’Univers, à travers des hommes tels que Newton, Lambert, Wright, Kant et bien d’autres.

   Au début du 20^es, avant même la première publication d’Einstein de 1917, relative aux considérations cosmologiques issues de sa théorie de la relativité générale [1], s’il n’est encore question ni d’Univers en expansion, ni d’autres galaxies que la nôtre, la préface du cours d’Henri Poincaré professé à la Sorbonne [2], montre bien toutes les questions que se posaient les savants sur l’origine d’un monde cantonné à l’époque par notre galaxie.

        Entre 1917 et 1932, les spéculations cosmologiques, qui restent malgré tout l’apanage d’une minorité d’astronomes mathématiciens, se fondent essentiellement, en grande partie, sur des schémas mathématiques rigoureux issus de la théorie de la relativité générale et associés à un contexte expérimental. Et chaque modèle cosmologique suscitant de nouveaux types d’observations, a constitué un levier intellectuel puissant pour tout un domaine de la science, qu’il s’agisse des mathématiques, de la physique théorique et de tout ce qui en découle, que ce soit en optique, en électronique, en informatique, en mécanique spatiale, etc..

   Entre 1917 et 1932 (ainsi que de nos jours), c’est l’expérimentateur qui choisit le modèle cosmologique le plus conforme à la réalité parmi les divers modèles proposés par les théoriciens, afin d’étendre beaucoup plus loin les limites de L’Univers. Et dans cette période, le cosmologiste qui est aussi mathématicien-théoricien s’est bien plus rapproché de l’astrophysicien que du philosophe. Au point de créer une dualité théoricien-ingénieur, associée en une seule et même personne, du fait d’une cosmologie faisant partie intégrante de la science, au sens de l’existence des grandes théories scientifiques. Aussi, à partir de 1917, la cosmologie fait pleinement partie de la science au même titre que l’extraordinaire de la pensée humaine concernant les fondements de la physique qui ont jalonné les deux siècles qui nous ont précédés.

   Sur le dépassement d’une certaine philosophie mécaniste, citons cette fameuse apostrophe d’Einstein que nous trouvons dans sa grande autobiographie de 1949 :

   « Newton, pardonne-moi ; même pour un homme doué de ton incomparable puissance de réflexion et de création, il n’y avait à ton époque qu’une seule voie possible, tu l’as trouvée. Les concepts que tu as forgé guident encore la pensée physique d’aujourd’hui, bien que nous sachions maintenant  qu’ils doivent être remplacés par d’autres, plus éloignés de la sphère de l’expérience immédiate, si nous voulons arriver à comprendre de façon plus profonde les phénomènes et leurs rapports. » [3].

L’objet de ce mémoire est de montrer la contribution d’Einstein, De Sitter, Friedmann et Lemaître dans l’élaboration des modèles cosmologiques relativistes et de les analyser.