Son histoire

Votre histoire

Notre histoire

NOTES PREALABLES :

PRG = poisson rouge GOLDILOCKS

Les mots, phrases, expressions en gras seront développés ou approfondis lors des nouvelles lettres.

Les scientifiques, dont les patronymes sont cités en gras, seront également présentés et leurs travaux détaillés ultérieurement.

Chers poissons rouges, je vais commencer par vous dire que l’histoire de l’univers est bien connue !

Cela « vous en bouche un coin » dirais-je trivialement mais ce n’est pas de la magie et cela peut s’expliquer par deux principales raisons :

1/ Les équations de la relativité :

Ce qui a rendu l’univers « intelligible » en tout premier lieu est dû aux équations d’Albert car elles ont permis de bien connaître le contenu de notre espace et à partir de là son comportement et sa géométrie ou topologie ont pu en être déduits.

2/ Les évènements cosmologiques et leurs enseignements :

L’inflation, Le fonds diffus cosmologique, leurs découvertes, ce qu’ils nous disent.

___________________________

PRG ne va pas tourner autour du pot et se lancer dans des explications alambiquées en retraçant l’historique des suppositions passées ou en listant des hypothèses plus ou moins acceptables.

Afin de développer et faciliter sa présentation, PRG va privilégier les derniers apports observationnels fournis par le satellite PLANCK qui a analysé en 2013 le fonds diffus cosmologique et a pu ainsi affiner les paramètres qui décrivent l’univers : son histoire, son âge, sa composition, son contenu ainsi que la physique primordiale. Concernant les évènements majeurs, il est nécessaire de comprendre le phénomène inflationnaire des premiers instants de l’avènement de l’espace et du temps.

INFLATION ET

FONDS DIFFUS COSMOLOGIQUE Appelé également « rayonnement fossile ou CMB pour Cosmic Microwave Background.

En 1948, un physicien, GEORGE GAMOW, et ses collègues prédirent l’existence d’un rayonnement

Électromagnétique encore présent de nos jours et dans lequel baignait l’univers primordial. Désormais cette prédiction est validée par son observation que l’on détermine désormais aux environs de 380.000 ans après le big bang et donc après une période inflationnaire détaillée ci-dessous.

Préalablement ou antérieurement, l’univers était extrêmement chaud et dense et la matière ne pouvait pas s’organiser.

En effet, sans atome, l’univers était une soupe de particules opaque (plasma) et les photons ne pouvaient pas « voyager ». Cette entité mystérieuse que l’on peut assimiler à un champ scalaire constitué de hautes énergies provoqua une croissance immodérée et exponentielle de la taille de l’univers appelée inflation.

Ensuite, lorsque l’univers se mit à refroidir, c’est-à-dire lorsque la densité et la température perdirent de leur intensité, les atomes se formèrent, libérèrent les photons, et les ondes lumineuses rendirent l’univers transparent.

Tps 0 BIG BANG

I

V

I

V

Première seconde : inflation cosmique

I

V

I

V

L’univers est opaque soupe primordiale

I

V

I

V

380 000 ans l’univers devient transparent : rayonnement fossile

La confirmation de l’existence de ces primo phénomènes arriva en 1964 où les physiciens Arnaud PENZIAS et Robert WILSON en captèrent « les traces » accidentellement en testant une antenne pour satellites. Pour imager quelque peu, cela pourrait s’apparenter aux fumerolles s’échappant des cendres de votre barbecue ou de votre cheminée.

PHOTO DU FONDS DIFFUS COSMOLOGIQUE satellite Planck

 

Quelques années plus tard, cette découverte, étayée par des coïncidences observationnelles expliquant la densité et l’homogénéité de l’univers aux plus grandes échelles, fut enrichie par les travaux de plusieurs scientifiques, notamment Alexeï STAROBINSKI et ALAN GUTH qui mirent en exergue un autre phénomène antérieur et pouvant expliquer ces observations.

Ces physiciens suggérèrent l’existence d’une époque baptisée inflation qui précéda la domination du rayonnement, puis de la matière et étant survenue très tôt. Que s’était-il passé ?

Une région, peut être infime ou quantique, ou une région en tout lieu constituée de plasma et de rayonnement de hautes énergies (PRG y reviendra) connut de façon violente un grossissement d’un facteur 10 puissance 26 dans 10 – 36 secondes à 10 – 33 secondes après le big bang).

Sans l’existence de cette phase d’expansion très rapide et paroxysmique, il est difficilement compréhensible d’expliquer l’horizon et la platitude de l’univers, et il est tout aussi difficile d’expliquer que des régions de l’univers extrêmement éloignées puissent présenter les mêmes caractéristiques si elles n’avaient jamais été en contact préalablement ….

Cette inflation brutale de l’univers a été validée depuis et n’a pas remis en question l’existence de ces trois périodes décrites ci-dessus. Bien au contraire, cela a permis de décrire une quatrième période que nous vivons actuellement et qui est caractérisée par une expansion accélérée de l’univers et que nous pourrions peut-être (j’y reviendrai) appeler « constante cosmologique », ou fluide de pression négative.

En effet, la trame de l’univers continue inexorablement de s’étendre.

Tous les poissons rouges ont entendu parler, sous le vocable d’énergie noire, de cette force répulsive qui serait à l’origine de cette expansion mais pour laquelle nous ne comprenons toujours pas sa nature, sauf à découvrir une nouvelle physique.

En résumé, le modèle standard distingue quatre périodes dans l’évolution de l’univers :

– soupe primordiale et Inflation

– rayonnement

-matière

-énergie noire

La description de ce modèle, adopté par une grande majorité de physiciens, peut paraître simplifiée mais correspond à ce que souhaite poisson rouge GOLDILOCKS, à savoir donner à connaître le minimum indispensable pour commencer à nager sereinement dans le bocal profane et ensuite pouvoir assimiler les variances et les hypothèses contradictoires et pénétrer ensuite dans la complexité.

En résumé donc,

Une soupe primordiale de hautes énergies avec domination du rayonnement fait d’un bain de particules de masse nulle (photons neutrinos) ; rayonnement dilué désormais appelé fonds cosmologique micro – ondes, encore présent aujourd’hui dans un univers ou la matière a pris une place prépondérante mais représentant 30 % environ du contenu de l’univers.

ECHELLE DES TEMPS : QUELQUES ETAPES MAJEURES

L’AGE DE L’UNIVERS OBSERVABLE : 13,8 milliards d’années ! environ

LA VIE SUR LA TERRE : 3,5 milliards d’année !! Environ

L’HUMANITE SUR TERRE : 2.5 millions d’années !!! Environ

LA COSMOLOGIE RELATIVISTE statique et dynamique : 100 années !!!! Environ

Ces échelles de temps sont édifiantes !!!!!!!!!!!!!!!!

La cosmologie relativiste dans ce siècle passé a connu 6 étapes, schématiquement :

1/ A partir de 1915 (après la publication par Albert de la théorie de la relativité générale) :

C’est l’époque ou pendant une dizaine d’années, les modèles cosmologiques sont quantitatifs fondés sur la théorie de la relativité générale, ou sur des modèles simples. Nota : c’est à cette époque qu’Albert commet selon son expression « la plus grande erreur de sa vie » en supposant l’univers statique alors même que ses équations lui indiquaient qu’il était en expansion !

2/ le développement durant une dizaine d’années ensuite : les modèles d’univers deviennent « plus dynamiques » leurs géométries sont revues, et les cosmologistes intègrent peu à peu les décalages spectraux, signes d’expansion.

3/ des années 40 aux années 60 : les observations s’améliorent, les mathématiques se développent. Tout cela est couronné par la découverte du rayonnement fossile (ou rayonnement de fonds cosmologique cité ci-dessus).

« La nature nous a donné à voir la queue du lion, reste à débusquer la bête »

4/ des années 1965 aux années 1980 : consensus sur les modèles de « big bang » mais pas unanimité

Petite histoire d’un détracteur de la théorie du big bang, FRED HOYLE, cosmologiste, ne croit pas en cette théorie et ce malgré lui. Le terme qu’il employa alors désigne désormais cette théorie dans le grand public :

À la BBC : « je ne crois pas à cette énorme explosion » « ce big bang » ! l’univers n’est pas en expansion… il est stationnaire, éternel et invariable ! »

C’est donc le plus fervent détracteur de la théorie du big bang qui lui donna son nom involontairement !

5/ Ce n’est qu’à partir des années 1980, jusqu’au début des années 2000 que sont réalisés les apports des physiques des hautes énergies, géométries quadridimensionnelles.

6/ La période actuelle : avec des observations de hautes précisions, redéfinition de la constante cosmologique, de l’énergie du vide, et de la géométrie ou topologie de l’univers. LES PARAMETRES DE L’UNIVERS SONT DESORMAIS MESURES A QUELQUES POURCENTS PRES.

Si l’avènement des solutions dynamiques peut paraître récent dans leurs applications, il convient de souligner que certains physiciens contemporains d’Albert étaient en désaccord sur l’hypothèse d’un univers statique, et ils eurent raison de franchir le pas qu’Albert se refusait de faire. J’ai évoqué les deux principaux physiciens ayant posé les fondements de la théorie du big bang que sont Georges LEMAITRE et Alexandre FRIEDMANN ; on prendra connaissance en détails de leurs travaux ultérieurement.

Alexandre Friedmann dériva les solutions d’Albert et démontra la possible existence d’un univers courbe constitué des trois coordonnées spatiales dépendant du temps (coordonnée temporelle). La notion « mathématique » d’ESPACE-TEMPS s’imposa dès lors.

Georges Lemaitre, chanoine belge, astrophysicien et cosmologiste, se rendit célèbre par sa théorie de « l’atome primitif » et de façon audacieuse émit l’hypothèse que si l’univers est en expansion, il doit avoir été plus petit et plus dense dans le passé ; il suppose un univers courbé positivement et possédant une densité de matière et une pression variable au cours du temps, et donc une constante cosmologique issue d’une singularité initiale. La théorie de l’abbé belge reçut un accueil plutôt froid par les scientifiques, et malgré ce, cette théorie est devenue la préfiguration des modèles actuels de big bang.

Nota : En 1923, Albert publie une note dans laquelle il reconnait le travail de FRIEDMANN sur la courbure de l’espace et sur la démonstration de la justesse des EQUATIONS DE CHAMP (j’y reviendrai ultérieurement) admettant ainsi des solutions dynamiques.

___________________________

HISTOIRE DE L’UNIVERS – WIKIPEDIA

Chers poissons rouges, je vois frétiller et remuer vos nageoires, alors pour terminer cette présentation sur l’histoire de l’univers, une « piqûre de rappel » sur le BIG BANG :

Le BIG BANG, même si l’inflation paroxysmique de l’univers le laisse penser, n’est pas « une explosion primitive » mais simplement le moment ou les équations de la relativité générale d’Albert se perdent dans des infinis, le moment où l’on ne comprend plus rien, et donc la limite de nos connaissances… la théorie ne fonctionne plus. VOUS AVEZ BIEN COMPRIS CETTE INCOMPLETUDE DE LA THEORIE DE LA RELATIVITE GENERALE POURTANT SI BELLE ET ELEGANTE SOIT ELLE.

En prédisant des singularités, elle signe elle-même sa propre faillite…

L’origine est donc singulière et la description du réel présente des limites liées à notre façon de le décrire.

On appelle cela « une singularité » et il en existe d’autres en astrophysique, les plus « célèbres » étant aussi les trous noirs (et que notre univers soit issu d’un trou noir serait possible).

Mais alors, me direz-vous, que penser de l’avant BIG BANG ? que veut nous dire cette singularité ?

Comme aimait le répéter le médecin de famille et quelque peu trivialement : « il est inutile de tortiller du c.l pour ch.…r droit !) c’est vrai qu’il avait l’antibio facile … donc PRG va aller droit au but en 2 piqûres de « possible » :

Première possibilité :

Tenant compte de la fiabilité de la théorie d’Einstein, la singularité primordiale serait une réelle propriété de la nature et notre univers serait né « de » ou « dans » l’infini, ce qui veut dire que l’AVANT BIG BANG n’existerait pas et cela serait comme chercher le Nord du Pôle Nord, cette région n’existe pas et donc pas de description spatiale et temporelle ; PRG essayera de développer quelques notions philosophiques sur la transition du « non-être » à « l’être ».

Deuxième possibilité :

On suppose dans ce cas que la singularité marque l’effondrement de la théorie relativiste et qu’il convient d’intégrer la physique quantique pour décrire le BIG BANG puisqu’il semblerait que l’univers à ce moment soit infiniment petit et dense.

Mais gravitation et mécanique quantique ne font pas bon ménage, d’où les énormes difficultés rencontrées pour obtenir certaines théories élégantes de gravitation quantique.

Les avantages de faire disparaître ces infinis permettent de faire émerger quelques idées nouvelles de l’état de ce « monde avant monde » et quelques indices commencent à être décelés dans le fonds diffus cosmologique ou dans l’enregistrement d’ondes gravitationnelles. On évoque un univers en contraction ou en gestation puis en expansion. PRG en présentera quelques théories : théorie des cordes, des supercordes, théorie MOND (théorie de la dynamique newtonienne modifiée) etc.

D’autres possibilités sont avancées par les croyances, les religions, le mysticisme, les sentiments, les intuitions… mais PRG se refuse de les évoquer dans cet article, leurs descriptions et comportements seront évoqués dans le bloc « philosophie de cosmologie » où il sera question aussi de la nature du temps et du rôle essentiel du second principe de la thermodynamique qui nous est expliqué par la mécanique statistique : L’ENTROPIE. Celle-ci étant communément appelée « la mesure du désordre d’un système » est la loi la plus remarquable de toute la science et c’est la seule qui distingue le passé du futur en faisant apparaître la notion d’irréversibilité dont nous sommes tous tributaires.

_________________________

Concernant ces sujets, PRG se donne pour objectif de mettre en exergue les opinions les plus remarquables et aussi contradictoires et c’est la raison pour laquelle il sera procédé à un choix parcimonieux en présentant les nombreuses et diverses prises de position de STEPHEN HAWKING et en relatant les nombreuses conversations qu’il a pu avoir avec les 4 papes qu’il a rencontré. De la même façon il sera présenté également les points de vue d’HUBERT REEVES, voire aussi de TRINH XUAN THUAN.

– « Une brève histoire du temps » et « une belle histoire du temps »de STEPHEN HAWKING ;

Du BIG BANG aux trous noirs ; EDS champs Flammarion

– « patience dans l’azur » et « poussières d’étoiles » d’HUBERT REEVES EDS du seuil

– « Désir d’infini » EDS fayard et « la plénitude du vide » EDS Albin Michel de TRINH XUAN THUAN

FORME DE L’UNIVERS

Concrètement, l’espace tridimensionnel se contracte et se dilate au fil du temps de manière identique. La forme ou la géométrie de notre univers observable est :

– Soit euclidienne, donc un univers PLAT avec une courbure spatiale nulle, Je vous envoie mes chers poissons rouges à Pythagore et à l’axiome d’Euclide qui indiquent que la somme des angles d’un triangle est égale à 180°.

-Soit elliptique avec une courbure positive, type sphère donc,

-Soit hyperbolique avec une courbure négative type selle de cheval.

Il est important de savoir cela car la courbure spatiale détermine les caractéristiques de l’expansion de l’univers et de son évolution au même titre que son contenu matériel.

A ce jour, on ne sait toujours pas précisément si l’univers possède une courbure mais les modèles standards de la cosmologie privilégient une courbure nulle.

Si la communauté scientifique a longtemps « privilégié » un univers PLAT suite aux premières observations du satellite PLANCK, il semblerait que l’on s’oriente désormais vers une très légère courbure et l’univers serait fermé sur lui-même.

Personnellement, j’opterai pour un univers sphérique et je m’en expliquerai ultérieurement ;

En tout état de cause, la fourmi qui progresse sur le sol pourrait penser que « son univers » est plat alors qu’elle se déplace comme nous à la surface d’une sphère et si l’univers possède une taille extrêmement importante et une forme sphérique il doit être très faiblement courbé.

Univers fini ou infini, vous avez bien compris que c’est la topologie qui détermine cela.

Plat ou hyperbolique (forme en selle de cheval) il peut être fini ou infini.

Si l’univers est sphérique, il est forcément fini mais sans bord… A moins que « notre » univers s’insère dans une multitude d’autres univers, peut être avec des physiques différentes, mais cela sera vu ultérieurement avec les présentations des théories des multivers ou pluri vers, et l’interprétation

D’Hughes EVERETT, fondée sur l’équation de SCHRÖDINGER (et son chat) appliquée à l’univers entier. Mais là encore plusieurs articles seront consacrés à la quantification de la relativité générale.

Quoi qu’il en soit, compte tenu que la vitesse de la lumière est bien finie, notre « frontière » du visible se situe il y a 13.8 milliards d’années. Rien ne voyageant plus vite que la lumière, aucune information ne peut nous parvenir d’au-delà et cette frontière qui se nomme l’horizon cosmologique. Ceci étant, on peut tout de même calculer une approximation du rayon de l’univers puisque nous savons que ce dernier est en expansion ; ce rayon serait de l’ordre de 46 milliards d’année lumières compte tenu de la vitesse d’expansion !

Mais il y a encore un « caillou dans la chaussure » puisque la vitesse d’expansion est visiblement délicate à contraindre avec la loi de HUBBLE qui détermine celle-ci en fonction de la vitesse d’éloignement des galaxies (appelé REDSHIFT) avec des résultats variables selon la période où l’on mesure la vitesse d’expansion (de nos jours ou il y a plusieurs milliards d’années, soit en tenant compte des distances des supernovæ, soit des observations du télescope PLANCK issues du CMB ou soit des observations du télescope spatial HUBBLE).

Vous avez bien compris que la taille et l’âge de l’univers en dépendent.

TAILLE AGE ET CONTENU DE L’UNIVERS

Univers observable, rayon de l’univers et horizon cosmologique

Pour évoquer la taille de l’univers il faut expliquer ce qu’est l’univers observable ; l’observation de l’univers est limitée par la vitesse de la lumière qui est finie, indépassable quelle que soit sa source, donc notre vision de l’univers s’arrête aux premiers instants de son émission c’est-à-dire au moment du big bang soit il y a 13.8 milliards d’années environ (sauf que cet âge est parfois remis en question suite à de nouvelles découvertes liées à la datation d’amas globulaires). L’UNIVERS OBSERVABLE EST DONC LA PARTIE VISIBLE DE NOTRE UNIVERS et sa limite se nomme « l’horizon cosmologique ». Au-delà de l’âge fini de l’univers, la lumière des objets cosmiques situés au-delà de cet horizon n’a pas eu le temps de nous parvenir ! mais je vous rassure l’univers observable s’agrandit au cours du temps et si vous lisez cet article depuis une minute, il s’est agrandi d’une minute – lumière

                 ________________________________________________________

PRG ne peut absolument pas faire l’impasse sur la « première loi de la                                                                        relativité nommée « restreinte » 

Si la théorie générale reste et restera la théorie de la gravitation publiée en 1915, la théorie de la relativité restreinte, publiée en 1905, soit une dizaine d’années environ auparavant nous présente plusieurs postulats dont les principaux :

1/ les lois de la physique restent inchangées dans des « référentiels » et c’est Galilée qui le premier a énoncé cette propriété, à savoir qu’un point fixe, un objet par exemple, est en mouvement rectiligne et uniforme ou au repos sans qu’aucune force s’exerce sur celui-ci, c’est-à-dire qu’il conserve sa vitesse constante.

PRG a conscience de la difficile compréhension de ce postulat et y reviendra ultérieurement de façon imagée avec les expériences célèbres menées dans la cale d’un bateau soit immobile soit en déplacement à vitesse uniforme.

2/la vitesse de la lumière dans le vide appelée « célérité » (que l’on nomme c) est une constante fondamentale de l’univers. En physique elle recouvre la lumière visible mais aussi les ondes quelles soient électromagnétiques ou gravitationnelles. La vitesse de la lumière (célérité), approximativement 300 000 kms / seconde, est indépendante de la vitesse de sa source et du fameux référentiel inertiel cité plus haut. Qui plus est, les vitesses ne s’additionnent pas.

La vitesse de la lumière est invariante pour toutes les particules sans masse et rien ne peut la dépasser et je m’en expliquerai sauf qu’à priori il semblerait que la vitesse de certains phénomènes cosmiques soit plus grande que c, plus précisément la vitesse de l’expansion de l’univers au-delà de la géométrie de notre univers observable. Mais cela ne viole pas les principes de la relativité puisque aucun échange d’information n’a lieu lors de l’expansion.

NOTA : aucun objet doté d’une masse ne peut dépasser la vitesse de la lumière ; PRG excellent footballeur (comme en témoignent quelques poissons rouges sportifs de mon entourage !) peut shooter dans un ballon et l’amener à une vitesse très très proche de la vitesse de la lumière, et ensuite lui donner un shoot supplémentaire, le ballon ne dépassera jamais la vitesse de la lumière !

L’énergie que PRG mettra dans le 2^ème shoot ira dans la masse du ballon et plus il roulera vite plus il deviendra massif et plus il sera difficile de le faire aller plus vite encore ; il faudrait pour cela une énergie infinie et il n’y a que les objets sans masse, les photons, qui peuvent se déplacer à cette vitesse.

PRG développera plus amplement avec d’autres exemples.

Ce constat nous révèle quelques phénomènes contre intuitifs que PRG présentera ultérieurement, à savoir la contraction des longueurs, la dilatation du temps ou l’équivalence masse – énergie. En tout état de cause, au cœur de cette théorie l’espace et le temps sont reliés par c qui sera l’unité de mesure de l’espace et du temps donnant naissance à la structure mathématique d’espace-temps à l’aide des équations de symétrie résultant de l’invariance de Lorentz. L’espace e le temps se rejoignent pour former un continuum espace-temps courbé par la matière et l’énergie.

Une autre conséquence avec vitesse de la lumière et repères inertiels est que le temps ne s’écoule plus de la même manière.

Il convient de retenir qu’il n’existe donc pas de temps ni durées absolues dans l’ensemble de l’univers et, chers poissons rouges, je suis au regret de vous dire qu’il est inutile de chercher une horloge dans le cosmos qui donnerait la même l’heure à l’ensemble des observateurs quels que soient leur position ; ne cherchez pas non plus de simultanéité dans le cosmos ni ce que fais votre meilleur (e) ami(e) sur une autre planète au moment où vous lisez ces lignes : deux évènements se produisant au même moment pour un observateur pourront se produire à des instants différents pour un autre observateur.

3/ L’équation de tous les possibles (comme dirait Christophe, voir « ouvrages lus par PRG)

E=MC2

Quelques mots sur peut – être l’équation la plus célèbre ;

Que signifie cette formule ? la plupart d’entre vous savent que m c’est la masse, et c2 la vitesse de la lumière au carré, donc l’énergie peut se changer en masse et vice versa.

Vous savez donc que l’on peut obtenir de l’énergie en cassant des atomes, vous savez aussi comment brillent les étoiles… mais encore ?

ALBERT (encore lui) eue une idée de génie (encore une) en modifiant la signification de la masse et la conséquence en résultant : l’énergie.

Avec NEWTON, plus un objet est rapide et lourd plus il contient de l’énergie (cinétique) ; mais non…

Avec ALBERT, une partie de l’énergie d’un objet en mouvement ne dépend plus de sa vitesse propre mais dépend de la masse de l’objet au repos, car tout objet fait de matière contient une énergie intrinsèque liée à son existence même. Cette énergie est calculée en utilisant la vitesse la plus élevée qui soit, la vitesse de la lumière au carré. Beau mariage de la relativité et de la constance de la vitesse de la lumière !!!

Taille de l’univers (calculs actuels)

L’univers observable 13.8 MILLIARDS D’ANNES-LUMIERE est donc une boule dont nous sommes le centre en tant qu’observateurs ;

(Ce qui ne veut pas dire que nous sommes au centre de l’univers) et chaque observateur dans l’univers a son centre. Le rayon de l’univers est la distance parcourue par la lumière provenant de la surface de dernière diffusion, soit 380.000 ans après le big bang.

Le rayon géométrique de l’univers, l’HORIZON COSMOLOGIQUE, tient compte de la vitesse de l’expansion et est évalué à 46.5 milliards d’années-lumière, donc un diamètre de 93 milliards d’années-lumière.

La vitesse de d’expansion selon la loi de HUBBLE est de 75 kms par seconde et par mégaparsec (un mégaparsec est un cube d’univers de 3.26 millions d’années-lumière).

AGE DE L’UNIVERS

La dernière estimation de l’âge de l’univers date de 2020 ; il serait donc âgé de 13,770 milliards d’années, bien qu’une autre estimation de source différente nous donne 13.787 milliards d’années, (avec marge d’erreur + ou – 0.040).

Mais que représente cette durée ET comment sont déterminées ces estimations me direz-vous ?

La durée : Une réponse simple chers poissons rouges dans un premier temps :

L’âge de l’univers représente la DUREE écoulée depuis le big bang ; puisqu’on ne préjuge pas que l’univers soit d’un âge fini, son état antérieur dans le cas de l’existence de celui-ci ne peut être déterminé. Rappelez-vous que « le mur de PLANCK » nous interdit de décrire la matière à une si haute température et à une si intense et extrême gravité.

Détermination des estimations :

Plusieurs méthodes qui seront développées ultérieurement par PRG convergent vers 14 milliards d’années, et résultent soit des observations, notamment celles effectuées par le satellite PLANCK, soit de certains calculs qui nous donnaient quelques résultats dans différents modèles d’univers :

De Sitter, Einstein de Sitter, lambda CDM …

Les difficultés : Une réponse plus compliquée dans un deuxième temps :

L’âge de l’univers s’exprime en temps cosmologique et la mesure dépend de la trajectoire de l’observateur qui va mesurer (rappelez-vous la relativité restreinte) Donc on va devoir préciser la façon utilisée pour mesurer et celle-ci sera fonction du déplacement des objets cosmiques dans un univers rappelez-vous homogène et isotrope MAIS EN EXPANSION. On retiendra la vitesse des galaxies lointaines qui suivent une trajectoire dans un univers qui se dilate (tenant compte de la loi de HUBBLE, rappelez-vous, la vitesse d’éloignement des galaxies, on dit récession, est proportionnelle à leur éloignement.

Résultat ? On peut estimer QUAND la matière a formé ces galaxies puisqu’elles étaient proches dans le passé !!!

Mais cela pose deux problèmes majeurs :

– en effet, la vitesse de récession des galaxies n’est pas constante au cours du temps

– l’expansion de l’univers s’est semble-t-il accéléré au cours du temps

Mais des calculs précis et complexes basés sur le modèle standard et sur les équations de FRIEDMANN nous donne quand même une valeur proche de 14 milliards notamment suite à l’étude de naines blanches froides et d’amas globulaires

Commentaire de PRG : Contraindre l’âge de l’univers ? si le début de l’univers est une « singularité initiale sans existence physique » c’est-à-dire une limite mathématique de la relativité générale, peut on considérer que le big bang puisse commencer à cette étape ?

Lectures : revues

« Ciel et espace » HS 37 septembre 2020 : « l’univers, faut-il tout repenser ? »  

« Ciel et espace » N° 577 mai 2021 : « doit-on-douter du big bang ? »

Lues par PRG

CONTENU DE L’UNIVERS

Si l’on n’a pas une entière connaissance des ingrédients majeurs de l’univers quant à son contenu, les scientifiques ont pu déterminer l’importance de chacun de ces composants en termes de pourcentage ; les camemberts ci-dessous vous en donne une approximation (pour le fromage, je précise avec humour qu’il appartient à la matière baryonique !)

L’Univers est composé de diverses formes de matière et d’énergie : lumière, matière ordinaire, matière sombre, énergie sombre, neutrinos.

Sa composition change au cours du temps du fait des différentes propriétés de ses constituants, et notamment leur pression. Voici en détails les apports considérables du satellite PLANCK :

Qu’en est-il de son contenu ?

Si l’univers contient des milliards d’étoiles et autres objets cosmiques, à grande échelle il est « lacunaire » car constitué de vide, mais nous verrons ultérieurement que « le vide n’est pas vide ».

De ce que nous savons aujourd’hui de l’existant dans ce vide cosmique, la répartition du contenu serait le suivant et décliné en trois catégories :

Commençons par celle que nous connaissons, donc la matière ordinaire appelée

-LA MATIERE BARYONIQUE, c’est à dire composée de particules dénommées BARYONS (voir article série Qu’ès à Co sur la physique quantique).

Cette matière que nous pouvons voir, est celle qui constitue nos corps mais aussi les planètes, les étoiles et les nuages interstellaires. Les étoiles sont regroupées dans des galaxies, elles-mêmes regroupées en amas puis en super amas. Il existe environ de 100 à 200 milliards de galaxies (fourchette très large je vous l’accorde) dans l’univers observable, contenant chacune des centaines de milliards d’étoiles, celles-ci entrainant des centaines de milliards de planètes… (et combien d’êtres vivants in fine ? ceci est une autre histoire…)

Environ 5 % du contenu.

–LA MATIERE NOIRE, appelée aussi « masse cachée » supposée existante suite à l’étude des vitesses de déplacement de certaines étoiles au sein de galaxies, vitesses anormales ne correspondant pas aux prévisions des lois de la gravitation. Une influence gravitationnelle mystérieuse en serait donc à l’origine et issue de cette masse invisible qui n’émet ni n’absorbe la lumière et serait composée de particules « exotiques » différentes des particules composant la matière ordinaire. Si un astrophysicien célèbre du nom de FRITZ ZWICKY a émis l’hypothèse de l’existence de cette matière invisible dans les années 1930, de nos jours, quelques astrophysiciens contestent l’existence de celle-ci et émettent l’idée que les lois de la gravitation sont inappropriées (inadéquates) pour expliquer ces anomalies… Pas d’observation directe donc mais des indices.

 « La plus belle ruse du diable n’est-elle pas de vous persuader qu’il n’existe pas ? »

Environ 25 % du contenu.

-L’ENERGIE NOIRE

Si la matière noire, dans l’hypothèse de son existence, est répartie inégalement dans l’espace, ce n’est pas le cas de l’énergie noire (ou sombre) qui l’est uniformément et serait intégrée à la trame de l’espace lui-même. « Découverte » par deux scientifiques SAUL PERLMUTTER et ADAM RIESS, l’énergie noire est une forme d’énergie (pression négative) qui se comporte comme une force gravitationnelle répulsive et serait à l’origine de l’expansion de l’univers et notamment l’accélération de celle-ci. Elle est donc nécessaire pour expliquer les observations mais sa nature reste inconnue ; on peut évoquer une constance cosmologique non nulle, une approche différente de la gravitation, une cosmologie branaire, une quintessence, un champ scalaire ou bien une énergie du vide quantique.

En tout état de cause, les observations nous laissent penser qu’il s’agit d’une propriété fondamentale de l’univers. Les recherches actuelles se focalisent sur l’histoire de l’expansion de l’univers et des variations de cette dernière, pour enfin pouvoir déterminer les propriétés de cette énergie sombre.

Il y a tellement à dire sur l’énergie noire que PRG y reviendra maintes fois.

Environ 70 % du contenu

DYNAMIQUE OU EXPANSION DE L’UNIVERS

La grande découverte de la relativité générale réside dans le fait que l’espace n’est plus un contenant figé et immuable mais une structure dynamique. L’univers en expansion permet aux galaxies de s’éloigner les unes par rapport aux autres, mais ce ne sont pas elles qui « bougent » mais c’est la trame de l’espace qui se distant ou se dilate. La matière et la lumière sont entraînées de la même façon que des raisins secs posés à la surface d’un gâteau au four et qui va gonfler.

La symétrie cosmique qui veut que l’univers soit identique dans toutes les directions à grande échelle permet ainsi d’obtenir une vision simple liant la vitesse de l’expansion de celui-ci à la nature de son contenu.

L’entité mystérieuse des tous premiers instants, le fameux plasma ou champ scalaire, qui permit à l’univers de croître de façon immodérée et exponentielle et qui finit par se désintégrer en quelques milliardièmes de secondes remplit alors l’espace de rayonnement et engendra un ralentissement brutal de cette inflation pour connaître ensuite une extension modérée (pour un facteur temps multiplié par 100 les longueurs sont multipliées par 10). Le rayonnement décroit alors au profit de la matière qui domine : apparition des particules, noyaux, atomes, grandes structures et curieusement la matière prend le dessus sur l’antimatière (en principe les deux s’annihilent mais cela sera traité ultérieurement).

_________________________

En conclusion, comme dirait Aurélien BARRAU, astrophysicien, cosmologiste et philosophe qui suscite l’admiration de PRG :

« L’histoire est maitrisée »

Qu’en sera-t-il demain ? Les modèles de big bang sont fondés sur des observations astronomiques et des expériences de physique des hautes énergies. On remonte ainsi très loin dans le passé mais il est impossible de remonter à la singularité du big bang ; en effet, entre « l’instant zéro » et nous se dresse un mur appelé « mur de PLANCK » du nom du physicien qui fut à l’origine de la révolution quantique ; Quand l’univers franchit ce mur « théorique » il ne mesure que 10 moins 35 mètres (cent millions de milliards de fois plus petit qu’un quark ou qu’un électron)  et comme le résume le scientifique Etienne KLEIN, « ce mur nous barre l’accès à la connaissance de l’origine de l’univers, si origine il a eu ». Peut-être qu’une théorie du tout réunissant relativité générale et physique quantique émergera …

Poisson rouge GOLDILOCKS est fier de ses lecteurs car ils viennent « d’entrer en cosmologie » et ose la comparaison : « Les quelques jolis coups de nageoires des poissons rouges en cosmologie valent bien quelques jolis pas sur la lune en astronomie… »

_________________________________

GOLDILOCKS EST A CONSOMMER AVEC PASSION OU MODERATION, COMME IL VOUS SIED…