LA SERIE QUES A CO ? (4)

LES SINGULARITÉS

Chers poissons rouges,

Vous êtes nombreux à avoir remarqué qu’à chaque fois que j’évoque les TROUS NOIRS ou le BIG BANG, je fais référence aux singularités, et beaucoup d’entre vous m’ont dit ne rien comprendre à cela. Ne souhaitant pas vous laisser frétiller au fonds de votre bocal, PRG vous apporte ci-dessous une présentation que j’ai volontairement voulu originale et quelque peu « exotique » afin qu’elle ne soit pas une simple définition Wikipédia …

Remontons le temps jusqu’au BIG BANG

Allons au plus loin que nous puissions aller

Soit à 10 – 43 secondes après « l’instant zéro »

Une approche simplifiée

Avant d’aborder le sujet, il est nécessaire de faire un bref rappel : le BIG BANG est un modèle qui décrit l’évolution de l’univers à partir d’un état extrêmement chaud et dense. La réalité du BIG BANG reste soutenue par plusieurs arguments conformes aux observations dont les principaux sont le fond diffus cosmologique, appelé aussi rayonnement fossile de l’univers primordial (les « fumeroles », traces de la survenance de l’univers), l’abondance des éléments légers appelé aussi nucléosynthèse primordiale (composée principalement d’ hydrogène, d’ hélium et de lithium) produite dans les toutes premières minutes suivant le BIG BANG, et « cerise sur le gâteau » l’expansion initiale d’une puissance inégalée de l’univers, appelée inflation, suivie désormais par une expansion (non constante) de l’univers.

Remontons maintenant le film à l’envers …mais jusqu’où ?

ET BIEN vous avez compris que nous ne pouvons pas remonter jusqu’à l’instant zéro.

Pour quelles raisons ?

Les physiciens font face à « un mur » appelé « temps de PLANCK » soit 10 – 43 secondes, qui marque les limites de validité de nos lois physiques, notamment la RELATIVITE GENERALE ; grossièrement parlant on n’y comprend plus rien … on appelle cela

LA CENSURE COSMIQUE

Ce « mur » étant à la fois un instant et un point, EST ce que l’on appelle donc une SINGULARITE où les équations de la relativité générale deviennent infinies, mais aussi les densité, température et pression. Une autre façon de décrire la SINGULARITE s’analyse comme une courbure de l’espace-temps et une gravitation infinie.

En résumé, à l’instant zéro, toute la matière et l’énergie étaient concentrées en un point où les notions de durée et d’espace (en termes d’étendue) n’existaient pas.

La loi qui prédit cela, la relativité générale est alors inopérante et devient donc obsolète.

Est-ce pour autant un aveu d’échec de cette théorie elle-même ?

Non car la théorie est robuste, mais limitée car elle ne traite que la gravitation et l’évolution de l’univers à partir de ce « mur » de PLANCK et ne décrit pas l’instant initial qui est quantique.

Pour les poissons rouges avertis

La loi de la relativité générale, qui est une loi de la gravitation (au risque de me répéter) prédit donc l’existence de points de densité infinis où les lois de la physique s’effondrent. Mathématiquement parlant, c’est une fonction dites singulière en un point mais sans être analytique en ce point car on ne peut pas la développer en série entière. Donc, la singularité est un point pour lequel l’équation perd ses propriétés.

On retrouve des singularités dans le champ gravitationnel des trous noirs. Dans la géométrie de l’espace-temps (une sphère) qui entoure un trou noir, les durées sur la surface (appelée horizon) tendent vers l’infini. Une deuxième singularité d’un autre type se trouve au cœur des trous noirs et est identique à la singularité du BIG BANG avec des points de densité de matière et d’énergie infinies.

En conclusion, on peut dire que les singularités sont dépourvues de sens physique mais correspondent bien à quelque chose de réel. Pour comprendre, les physiciens et astrophysiciens s’évertuent à élaborer une description quantique des phénomènes et cela nécessitera une « théorie quantique de la gravitation ».

(Article à venir ultérieurement).

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ABSTRACT PRG : La singularité initiale semble découler des hypothèses retenues dans le modèle standard de l’univers que l’on appelle « PRINCIPE COSMOLOGIQUE » qui retient les hypothèses d’homogénéité et d’isotropie de l’univers.

Que cela veut-il dire ?

Tout d’abord :

Ces deux concepts d’homogénéité et d’isotropie ne sont pas introduits au hasard pour faciliter les calculs ou pour l’élaboration d’un modèle, mais nous enseignent que :

L’univers serait partout le même et dans toutes les directions.

Les propriétés physiques sont les mêmes en tout point du cosmos

On peut donc retenir ces assertions lourdes de sens ?

Oui,

Parce que :

1/ nous n’occupons pas une place privilégiée dans l’univers ; où que nous serions dans l’univers nous verrions l’espace qui nous entoure de façon identique ;

2/ les observations et cartographies de l’univers à grande échelle valident ces hypothèses ;

3/ le fond diffus cosmologique qui est une réalité, hormis quelques anisotropies, valide aussi en ne variant pas d’un point à un autre ;

Cependant !

En cosmologie, il y a toujours des HIC …

Certains astrophysiciens se sont penchés sur la question : puisque la relativité générale ne peut éviter des situations qu’elle ne peut décrire, ils se sont orientés vers la description de modèles d’univers homogènes mais ANISOTROPES, en supposant qu’il existait d’importantes anisotropies au tout début de l’univers alors qu’il était infiniment petit. Dans ces cas-là, la relativité générale perd sa capacité à censurer le BIG BANG au prix de dimensions supplémentaires, de fluides hyper – rigides, de substances exotiques …

Et pourquoi pas dans un (proche) avenir une théorie complète de la gravitation quantique ? ou bien une théorie des supercordes ?

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