Les Landes et du Ciel #04 – Big Bang

 

La création de notre univers

Sur Terre, on comprend facilement l’évolution des espèces, mais comment la vie a commencé, et d’où vient-elle… mystère…

C’est exactement le même schéma, on observe des astres, des objets cosmiques, on pense comprendre leurs évolutions, mais comment tout cela a-t-il commencé ???

Dans toutes les civilisations, des cosmogonies (récit mythologique qui décrit la création du monde) expliquent comment le monde s’est formé, avec son cortège de dieux et déesses, avec un début et une fin souvent cataclysmique…

Ses explications fonctionnaient parce qu’il n’y avait aucun moyen de contester ces croyances.

L’univers, à cette époque ne se résumait qu’a la terre et son environnement proche

Nous n’allons présenter toutes les représentations de l’univers qui ont été développées pour chaque civilisation, il en a tellement…

Avec l’évolution des connaissances, de nouvelles théories ou philosophies ont vu le jour.

Univers bulle, multi mondes, etc…

Ce n’est qu’à partir de la première moitié du XIXe siècle que la distance aux étoiles proches a pu être connue (à partir de 1838 grâce à Friedrich Wilhelm BESSEL). (Parallaxe) L’étude de la répartition spatiale des étoiles au sein de notre galaxie a ensuite été effectuée jusqu’au début du XXe siècle.

La science considérait que l’univers était statique et éternel

Il se trouve que la mécanique newtonienne s’avère incapable de décrire une distribution uniforme et infinie de matière.

En 1915 EINSTEIN proposa sa théorie de la relativité générale qui lui permit de proposer en 1917 un modèle cosmologique décrivant un univers fini et statique.

Elle énonce notamment que la gravitation n’est pas une force, mais la manifestation de la courbure de l’espace (en fait de l’espace-temps), courbure elle-même produite par la distribution de l’énergie, sous forme de masse ou d’énergie cinétique, qui diffère suivant le référentiel de l’observateur. Cette théorie relativiste de la gravitation prédit des effets absents de la théorie newtonienne mais vérifiés, comme l’expansion de l’Univers, les ondes gravitationnelles et les trous noirs.

Enfin, dans les années 1920 la nature extragalactique de ce que l’on appelait alors les  » nébuleuses  » (aujourd’hui les galaxies) a été découverte par Edwin HUBBLE.

Plus tard Alexandre FRIEDMANN propose un modèle d’univers en expansion en se passant de la constante cosmologique introduite par einstein et devrait s’accompagner d’un décalage vers le rouge de la lumière des galaxies.

Cette idée avait été émise également par Georges LEMAÎTRE en 1927 qui proposa même une valeur de ce décalage.

Ce qui fut observé par HUBBLE en 1929

La découverte de l’expansion de l’Univers prouve que celui-ci n’est pas statique, mais laisse place à plusieurs interprétations possibles :

Si l’univers s’étend, c’est qu’il devait être plus petit  plus dense et donc plus chaud.

C’est l’idée fondatrice du Big Bang

Ce n’est pas à proprement parler par une explosion telle qu’on l’imagine.

L’univers tel que nous le connaissons est issu d’une phase dense et chaude (sans prétendre savoir ce qu’il s’est passé au tout début de cette phase), à l’issue de laquelle il était dans un état extrêmement homogène, c’est-à-dire sans objets astrophysiques (étoiles, galaxies…). Ces objets se sont par la suite formés par un mécanisme appelé instabilité gravitationnelle.

La relativité générale, la mécanique quantique et la théorie des champs, couplées à de nombreuses observations astronomiques permettent aujourd’hui d’ébaucher un scénario relativement fiable de l’histoire de l’univers sur les 13 ou 14 derniers milliards d’années.

En étudiant les objets célestes actuels, il est possible d’estimer leur passé et leur évolution.

On considère aujourd’hui que l’univers est rempli d’un certain nombre de forme de matière :

• De la matière ordinaire (atomes, molécules, électrons, etc), entrant pour environ 5 %

• D’une autre forme de matière appelée matière noire (ou matière sombre), entrant pour environ 25 %

• D’une autre forme d’énergie dont la nature est mal connue, entrant pour 70 %

Il est probable que, par le passé, le contenu matériel ait été différent.

À l’heure actuelle, seules les époques les plus reculées de la phase d’expansion de l’univers sont mal connues. L’une des raisons à cela est qu’il n’est pas possible d’observer directement ces époques, le rayonnement le plus lointain détectable à l’heure actuelle (le fond diffus cosmologique) ayant été émis environ 380 000 ans plus tard. Un certain nombre de scénarios décrivant une partie des époques antérieures existent, parmi lesquels le plus populaire est celui de l’inflation cosmique.

Le destin de l’Univers n’est pas, à l’heure actuelle, non plus connu avec certitude, mais, un grand nombre d’éléments laissent penser que l’expansion de l’univers se poursuivra indéfiniment

FOND DIFFUS COSMOLOGIQUE

L’expansion induit naturellement que l’Univers a été plus dense par le passé. À l’instar d’un gaz qui s’échauffe quand on le comprime, l’Univers devait aussi être plus chaud par le passé.

Selon l’étude de George GAMOW (Russe), l’Univers doit être empli d’un rayonnement qui perd de l’énergie du fait de l’expansion. Sa découverte, quelque peu fortuite, est due à Arno Allan Penzias et Robert Woodrow Wilson en 1965, qui seront récompensés par le prix Nobel de physique en 1978.

Essayons de connaître le passé de l’univers…

Le plus simple est de partir de nos connaissances et de l’environnement actuel et de remonter le temps. Déterminer à rebours l’état de l’Univers à mesure que sa densité et sa température augmentent dans le passé.

Voyons les différentes étapes supposées :

L’UNIVERS AUJOURD’HUI (+ 13,8 MILLIARDS D’ANNÉES) Peu dense et froid

RECOMBINAISON (+ 380 000 ANS) L’Univers est mille fois plus chaud et un milliard de fois plus dense qu’aujourd’hui, les étoiles et les galaxies n’existaient pas encore. LIMITE DE L’UNIVERS OBSERVABLE

NUCLÉOSYNTHÈSE PRIMORDIALE (+ 3 MINUTES) Ce n’est que lorsque sa température descend en dessous d’environ un milliard de degrés que les nucléons peuvent se combiner pour former des noyaux atomiques (hydrogène, hélium, deutérium, et des traces de lithium).

BARYOGÉNÈSE Matière formée de baryons

INFLATION COSMIQUE elle se compose d’une expansion extrêmement rapide de l’Univers Il se serait agrandi d’au moins cent millions de milliards de milliards de fois entre 10^-35 et 10^-32s

ÈRE DE PLANCK : COSMOLOGIE QUANTIQUE

Les théories physiques actuelles ne deviennent plus valables car nécessitant un traitement de la relativité générale incluant les concepts de la mécanique quantique. Cette théorie de la gravité quantique, non découverte à ce jour

Mais des théories tentent de l’expliquer (cordes, …) À suivre…

Et avant tout ça ?

Plusieurs théories ont le vent en poupe en ce moment.

Le Pré-big bang années 1990

Des nuages de matière se sont effondrés sur eux-mêmes en formant des trous noirs. Au sein du trou noir, la matière continue à s’effondrer la densité et T° sont extrêmes jusqu’à une limite (théorie des cordes). Une force répulsive a pris le dessus et la matière à rebondi sur elle-même pour donner naissance à notre univers. (Et/ou a d’autres univers)

Le grand rebond

Basé sur la théorie de la gravitation quantique à boucle (physique exotique actuellement).

Cette théorie impose des limites inférieures pour la taille et supérieures pour l’énergie. L’univers entrerait en contraction périodiquement, et quand les limites seraient atteintes, il rebondirait sur lui-même (big bounce) avant d’attaquer une phase d’expansion (big bang)

Donc pas de début ni de fin pour cet univers.

Nous voyons, qu’à part les temps les plus récents où nous pensons comprendre les mécanismes en nous basant sur nos théories physiques, il reste beaucoup de choses à comprendre, à théoriser et à vérifier. La porte est ouverte à toute proposition d’explication. La synthèse des questionnements actuels peuvent faire penser que la physique que nous utilisons n’est peut-être pas suffisante ou complète pour illustrer les phénomènes observés. Et que dire de ceux que l’on ne peut observer actuellement, limités par nos techniques d’observations.

Chaque avancée nous apporte autant d’informations que de questions.

Tout reste à faire !