Cet article est un résumé des connaissances indispensables à mon sens pour « entrer » en

COSMOLOGIE

Les thèmes décrits le sont volontairement de façon académique et sommaire car ils feront l’objet ultérieurement de NOUVELLES LETTRES ; à déguster savoureusement et sans modération…

A MINIMA CE QU’IL FAUT CONNAITRE

NOTRE UNIVERS

« ETAT DES LIEUX »

Commençons par le commencement !

LE MODELE STANDARD DE LA COSMOLOGIE PHYSIQUE

Le modèle standard est la description de l’évolution de notre univers observable avec les principaux évènements qui s’y sont produits et tenant compte de ses contenus actuel et passé.

Pour cela, on ne peut envisager l’étude de l’univers qu’en faisant des hypothèses de base que l’on appelle « principes cosmologiques ». Un des principes de base fondamental est une hypothèse aujourd’hui vérifiée grâce notamment au fond diffus cosmologique* et selon laquelle l’univers est homogène et isotrope. Cela veut dire qu’il est partout le même dans toutes les directions et que nous n’occupons pas une place particulière ou privilégiée dans l’univers et ce en accord avec le principe copernicien*.

Et donc, au-delà des hypothèses et des remises en question, le modèle cosmologique standard rassemble la somme des théories les plus simples permettant de rendre compte des observations actuelles.

Cette description de l’univers à grande échelle et le résultat des travaux de deux grands scientifiques que sont Alexander Friedman et Georges Lemaître.

C’est un modèle minimal et il existe des alternatives plus complexes rendues nécessaires par de nouvelles observations et de nos jours le modèle standard est solide pour ne pas dire robuste.

Les cosmologistes postulent que les lois de la physique, gravitation, électromagnétisme, physique quantique seraient identiques en tout point de l’univers… il en serait autrement, aucune cosmologie scientifique ne serait possible ; cependant, malgré cet à priori, les résultats des quelques observations réalisées et les preuves expérimentales nous donnent confiance en ce principe.

La difficulté principale des modèles développés dans le cadre standard ou de façon alternative réside dans le fait qu’ils contiennent des limitations spatiale et temporelles, car on modélise uniquement la partie observable de l’univers et depuis un certain temps initial.

Pour conclure cette brève présentation, il faut savoir que le modèle cosmologique standard repose principalement sur la théorie de la gravitation formulée par Albert Einstein c’est-à-dire la relativité générale.

Mais qu’en est-il de cette théorie ?

LES LOIS DE LA RELATIVITE

Tout d’ abord un peu d’histoire sur la notion de relativité.

Si les lois de la relativité, œuvre d’Albert Einstein ont profondément changé la vision et la compréhension de notre monde en révolutionnant notre conception de l’espace et du temps, ce sont les philosophes grecs et notamment Aristote et Ptolémée qui s’intéressèrent à la notion de MOUVEMENT faisant intervenir à la fois l’espace et le temps. Nous n’avons que très peu d’informations ensuite et il faut attendre la fin du XVème siècle et suivants pour que certains savants physiciens astronomes et ou mathématiciens tels Nicolas Copernic, Giordano Bruno, Johannes Kepler, Tycho Brahe, Galileo Galilei, et bien sûr Isaac Newton s’emparent de ces sujets.

Il paraîtrait même que Léonard de Vinci avait saisi le principe d’équivalence entre accélération et gravité quatre siècles auparavant soit au XVème siècle.

Les avancées majeures

L’œuvre d’Isaac Newton (1643 – 1727)

La gravitation est une des quatre forces fondamentales de la nature. Alors que l’électromagnétisme, la force nucléaire forte et la force nucléaire faible agissent dans l’infiniment petit, la force gravitationnelle est à ce jour la seule agissant dans l’infiniment grand. La loi universelle de Newton la décrit comme une attraction mutuelle entre tout ce qui a une masse ; ces dernières s’attirent de façon inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Mais si nous vivons avec au quotidien en la considérant comme exacte, on sait depuis que le concept de gravité est bien différent. Pour Albert Einstein, la gravitation n’est plus une force mais une déformation de l’espace et du temps et cela nous oblige à revoir notre conception de ces deux entités qui ne sont plus indépendantes, rigides et absolues.

L’œuvre d’Albert Einstein (1879 – 1955).

Albert Einstein publia ses travaux au travers de quatre thèses sur la lumière, le mouvement des molécules et l’énergie ; il reçut un prix Nobel en 1921, non pas pour ses théories de la relativité mais pour « l’effet photoélectrique ».

La théorie de la relativité générale, appelée théorie relativiste de la gravitation, indique que la présence de matière déforme l’espace et le temps, entités réunies toutes deux sous une appellation plus mathématique d’espace-temps.

On dit souvent que la matière donne la forme à l’espace le déformant mais c’est la forme de l’espace qui donne la trajectoire à la matière et cela se résume par une courbure de l’espace-temps.

A cela on intègre le principe que nous appelons principe cosmologique (cité plus haut) hypothèse de base qui nous enseigne que l’univers à grande échelle serait homogène, sachant bien sûr qu’à des petites échelles des inhomogénéités apparaissent, et isotrope, c’est à dire le même dans toutes les directions.

Cette théorie est très peu remise en question bien que celle-ci connaisse pour certains cosmologistes des « limites ontologiques » en rapport avec les singularités. Les lois relativistes seraient donc incomplètes et les recherches portent sur le rapprochement ou l’union avec la physique des particules (le modèle standard des particules) ou ces lois sont à l’œuvre dans l’infiniment petit afin d’aboutir à une nouvelle branche de la physique appelée GRAVITATION QUANTIQUE. Celle-ci unira peut-être mécanique quantique et relativité générale pour comprendre ainsi les phénomènes liant les grandes quantités de matières et d’énergies agissant dans les très petites dimensions spatiales.

Mais qu’en sera-t-il demain ? poisson rouge GOLDILOCKS vous présentera ultérieurement les avancées et les perspectives sur lesquelles cela pourrait aboutir.

LE BIG BANG

La majorité des poissons rouges pense que le big bang représente une explosion phénoménale à un endroit précis ; tout d’abord à ce moment-là l’espace n’existe pas donc le big bang ne peut être localisé à un endroit précis ; ensuite le big bang peut être formalisé non pas comme une gigantesque explosion mais comme le moment où l’on ne comprend plus rien, c’est-à-dire le moment où les équations d’Einstein se perdent en infinis.

LE FONDS DIFFUS COSMOLOGIQUE

En 1965, deux radios physiciens, Arno PENZIAS et Robert WILSON travaillaient sur une antenne de la compagnie BELL téléphone aux ETATS UNIS dans le cadre d’améliorations des communications avec les satellites. Ils captèrent accidentellement un « bruit » d’origine inconnue avec une fréquence et une température bien déterminée. Ce « bruit » prédit par des scientifiques quelques années auparavant n’est autre qu’un rayonnement électromagnétique homogène qui remplit l’univers. Il est diffus parce qu’il ne vient pas d’un seul endroit ou d’une seule source.

Ce rayonnement a été émis 380 000 ans environ après le BIG BANG et en est la trace ou l’image la plus ancienne que nous possédons. C’est grâce à cette découverte que l’on peut départager les modèles cosmologiques en privilégiant ceux issus du BIG BANG.

Pourquoi 380 000 ans après le BIG BANG ? tout simplement parce que l’univers était à temps 0 (à sa « naissance ») extrêmement chaud et dense (hautes énergies). En expansion, l’univers s’est refroidi et est devenu « transparent » à cette période et La température est désormais de 2.7 à 3 Kelvins environ. Il permet de connaître la structure l’âge et l’évolution de l’univers…comme quoi la nature nous parle et nous informe sur ce quelle est et sur nos origines !

Mais avant le fonds diffus cosmologique me direz-vous ?

Et bien c’est là le hic puisqu’avant l’univers est opaque et « qu’on n’y voit rien » ….

Mais l’humanité n’a pas dit son dernier mot car d’autres découvertes permettront de revenir ou remonter encore plus « en arrière ».

Ondes Gravitationnelles m’avez-vous dit ? peut-être … Poisson rouge GOLDILOCKS vous en dira plus ultérieurement.

L’INFLATION

Cet article fera l’objet d’une NOUVELLE LETTRE ! vous êtes impatient de lire la suite comme une série TV que vous suivez avec assiduité ? poisson rouge l’est également pour vous l’écrire.

LA NUCLEOSYNTHESE PRIMORDIALE

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LA GRANDE RECOMBINAISON

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L’EXPANSION DE L’UNIVERS CONTENU ET GEOMETRIE

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