La nature de l’énergie noire reste mystérieuse, surtout en relation avec une théorie quantique de la gravitation. Pour trouver une explication compatible avec la théorie des supercordes, des théoriciens ont été conduits à penser que notre univers serait comme l’équivalent d’une bulle de savon, mais gonflant dans un espace-temps macroscopique à cinq dimensions.

(...) Dans tous les cas, nous sommes confrontés à un problème si nous prenons au sérieux la théorie de la gravitation d’Einstein. En effet, si nous cherchons à calculer l’énergie minimale qui se trouve dans les champs de force et de matière connus et bien décrits par les équations de la théorie standard en physique des particules, la théorie quantique conduit – dans l’état où nous la comprenons actuellement – à prédire une énorme densité d’énergie dans ce qui constitue le fameux vide quantique. Ce n’est pas un problème tant que nous ne tenons pas compte de la gravitation. Mais si nous le faisons, les calculs que l’on sait faire et que l’on est conduit à faire impliquent alors que l’univers devrait être dominé par des effets énormes qui, soit le conduirait à être très fortement courbé sur lui-même, soit dans un état d’expansion accéléré vertigineux qui n’est pas sans rappeler celui postulé par la théorie de l’inflation. (...)

Nous savons que ce n’est évidemment par le cas, ce qui veut dire qu’il nous faudrait nécessairement une théorie quantique de la gravitation pour mener à bien, de façon rigoureuse, les calculs conduisant à la très faible valeur de l’énergie du vide. Énergie du vide qui doit se manifester comme une constante cosmologique. Toutefois, plusieurs des théories quantiques de la gravitation proposées sont aussi des théories de l’unification des forces et de la matière. (...)

La constante cosmologique ne serait en fait pas vraiment constante et elle pourrait évoluer dans le temps et dans l’espace. C’est d’ailleurs ce que nous pensons qu’elle a fait au tout début du Big Bang en raison de la théorie de l’inflation, laquelle postule généralement l’existence d’un champ scalaire, appelé l’inflaton, produisant une constante cosmologique variable. Dans le cas présent, c’est-à-dire pour décrire l’Univers observable actuel, il est possible d’introduire un champ scalaire variable dans le temps que l’on appelle un champ de quintessence, un clin d’œil évident au cinquième élément de la philosophie d’Aristote.

Mais revenons à la problématique d’une théorie quantique de la gravitation pour rendre compte de l’énergie du vide et de la constante (ou pas) cosmologique. L’une des approches les plus prometteuses repose sur la fameuse théorie des supercordes. Malheureusement, ces équations admettent un nombre gigantesque de solutions dont nous avons bien du mal à déterminer celle qui pourrait correspondre au cosmos observable. À tel point que comme pour le cas des distances et des masses des planètes du Système solaire, on sera peut-être conduit à admettre que les caractéristiques de notre Univers sont purement d’origine historique, plus ou moins déterminées par le hasard, et qu’il existe donc un multivers où toutes les solutions possibles de la théorie des supercordes sont réalisées.

Une constante cosmologique positive contredisant la théorie des cordes ? (...)

CE QU’IL FAUT RETENIR
Nous ne comprenons pas encore l’origine de l’expansion accélérée du cosmos observable qui pourrait découler de l’existence de ce que l’on appelle l’énergie noire.
Dans cette hypothèse, l’origine de l’énergie noire pose des questions dans le cadre d’une théorie de la gravitation, questions auxquelles on doit répondre avec une théorie quantique de la gravitation et même une théorie quantique unifiée de la physique.
Une telle théorie est fournie par la théorie des supercordes mais elle a du mal à rendre compte de la valeur positive de la constante cosmologique à cause de l’accélération de l’Univers observable.
Si la théorie des cordes n’est pas réfutée, alors il faut probablement introduire une constante cosmologique variable dans le temps pouvant causer un Big Crunch ou postuler que notre univers à 4 dimensions est la surface d’une bulle gonflant dans un espace-temps à 5 dimensions.