Problème de la constante cosmologique

En cosmologie, le problème de la constante cosmologique ou catastrophe du vide est l'écart entre la faible valeur observée de la densité de l'énergie du vide (dont la valeur est limitée par celle de la constante cosmologique) et la grande valeur théorique de l'énergie du point zéro suggérée par la théorie quantique des champs. En fonction du seuil de l'énergie de Planck ainsi que d'autres facteurs, l'écart peut atteindre l'ordre de , une différence décrite par les physiciens comme « le plus grand fossé entre la théorie et l'expérience de toute la science » et « la pire prédiction théorique de l'histoire de la physique ». Le problème fondamental d'une énergie du vide produisant des effets gravitationnels est identifié dès 1916 par Walther Nernst. La valeur est prédite soit nulle soit très petite, le problème théorique est déjà apparent et commence à être activement discuté pendant les années 1970. Avec le développement de la théorie de l'inflation cosmique dans les années 1980, le problème devient beaucoup plus important : l'inflation cosmique étant entraînée par l'énergie du vide, les différences de modélisation de l'énergie du vide entraînent d'énormes différences dans les cosmologies résultantes. Après le développement de la théorie quantique des champs dans les années 1940, Iakov Zeldovitch est le premier physicien à étudier les contributions des fluctuations quantiques à la constante cosmologique. Selon la mécanique quantique, le vide lui-même est l'objet de fluctuations quantiques. De par ces fluctuations, le vide a une énergie minimale, dite énergie du vide. La relativité générale prédit l'équivalence masse-énergie et donc que cette énergie serait à l'origine d'une attraction gravitationnelle. L'énergie du vide contribue ainsi à la constante cosmologique, à l'origine de l'expansion de l'Univers. Cependant la densité d'énergie du vide théorique dépasse la constante cosmologique observée de plusieurs ordres de grandeur.