Article réservé aux abonnésPourquoi le ciel est-il noir la nuit ?
Selon un paradoxe très ancien, le ciel devrait être éclairé comme en plein jour grâce aux étoiles. Or il est noir de chez noir.
- Publié le 01-02-2025 à 21h05
Prenons la nuit et levons les yeux. Que voit-on ? Un ciel noir. Selon un paradoxe très puissant de la physique, le ciel devrait être éclairé comme un plein jour. En effet, vu le grand nombre d'étoiles, notre ligne de regard croise forcément au moins une étoile dans chacune des directions. Si chaque ligne de regard croise une étoile, le ciel doit être éclairé comme en plein jour. Or, le ciel est noir de chez noir. C'est le paradoxe du ciel noir. Il est dû au physicien germanique Heinrich Wilhelm Matthias Olbers et il date de Napoléon. On pourrait croire que depuis le temps, l'affaire a été vue et revue par les physiciens, mais chaque génération apporte sa petite pierre à la résolution du paradoxe.
En vérité, le paradoxe tient sur un double non-dit. Primo, il suppose que l'univers est infini en espace. Secundo, il suppose que l'univers existe depuis l'infini des temps. Avec l'infini en espace, on fabrique suffisamment d'étoiles pour nous éclairer la nuit. Avec l'infini du temps, on laisse le temps justement à leur lumière de nous atteindre. Si on retire l'un ou l'autre de ces infinis, le paradoxe s'effondre. En résumé, si le ciel est noir, c'est que l'univers est soit fini en espace, soit qu'il existe depuis un temps fini. Le corollaire du résumé est très puissant : simplement en constatant que le ciel est noir la nuit, on sait qu'il n'est pas totalement infini.
Comme les raisins d'un muffin
La physique moderne considère que l'univers n'existe pas depuis l'infini des temps. Il n'existe que depuis 13,8 milliards d'années. Le paradoxe est résolu facilement, les deux doigts dans le nez oserait-on dire, car même s'il y a beaucoup d'étoiles, leur lumière n'a pas encore eu le temps de nous atteindre. Pour l'autre question, est-ce que l'univers est infini en espace, la cosmologie moderne peut accepter un univers infini. Prenons le cas le plus simple, celui d'un infini total, dans toutes les directions, ce n'est pas la théorie dominante mais peu importe. Nous savons que l'univers est en expansion et que cette expansion s'accélère, car les spectres des galaxies lointaines sont décalés vers le rouge (et plus elles sont lointaines, plus elles sont décalées, c'est le fameux "red shift"). L'univers en expansion signifie que les galaxies s'éloignent les unes des autres comme les raisins d'un muffin quand vous le mettez au four et qu'il gonfle. L'accélération de cette expansion signifie quant à elle que le muffin gonfle plus vite au fur et à mesure de sa cuisson.
Vu que l'univers est en expansion, nous n'avons pas pu recevoir la lumière de toutes les galaxies. Certaines nous envoient leur lumière, mais le temps que celle-ci fasse un bout de chemin dans notre direction, on s'est éloigné encore plus. On dit alors qu'on se trouve en dehors de leur cône d'évènements cosmologique (et elles du nôtre). En effet, rien ne pouvant aller plus vite que la lumière, on ne peut pas interagir avec ces galaxies, on ne peut pas les voir, on ne peut pas communiquer avec des citoyens à l'intérieur. Même si un gigantesque trou noir venait à toutes les absorber, on serait situés en dehors de la zone, on ne le saurait même pas. Que ces galaxies participent à notre univers ou pas, devient une question quasi philosophique, car de toute façon elles vivent dans un ailleurs inaccessible.
Si le soleil s'éteignait maintenant
Encore une fois, l'air de rien, nous avons posé un présupposé implicite : la lumière ne peut pas voyager à une vitesse infinie. Depuis la relativité spéciale d'Albert Einstein, on sait que la vitesse de la lumière est une vitesse finie. Certes elle est très rapide, c'est même la plus rapide de tout ce qu'on peut imaginer, mais elle n'est pas infinie. Pour la petite histoire, c'est 300.000 kilomètres par seconde, c'est juste inimaginable tellement c'est rapide, mais enfin on peut l'écrire (ça vient d'être fait), on peut la dire et donc ce n'est pas l'infini. Pour bien comprendre les choses, prenons notre Soleil officiel. S'il devait s'éteindre maintenant à l'heure que vous lisez ces lignes, on ne le "saurait" que dans 8 minutes et 20 secondes, soit le temps que met la lumière du Soleil pour arriver à nous, ce qui laisse amplement le temps de terminer le papier et de se faire un café.
Pour revenir à notre paradoxe d'Olbers, même en supposant l'univers infini, il y a une grande partie de cet infini qui ne peut pas entrer en contact avec nous. La lumière de ces galaxies, en dehors de notre cône d'évènements, ne nous atteindra jamais et le ciel est donc noir la nuit. Moralité, quand votre enfant vous demandera pourquoi il fait nuit la nuit, vous pourrez toujours lui répondre que c'est parce que le Soleil n'est pas là. On peut même lui expliquer que la Terre tourne sur elle-même et que le Soleil est toujours là, mais de l'autre côté. Mais on n'aura clairement pas tout dit. Le simple fait d'observer qu'il fait nuit la nuit impose que l'univers n'existe que depuis un temps fini. Merci la science qui a résolu le paradoxe, sinon la nuit serait le jour et on ne comprendrait plus rien.