Le Big Bang a-t-il eu lieu ?

 

Est-ce une violente explosion qui a façonné l'univers il y a plusieurs milliards d'années ?

« Comment l'Univers a-t-il commencé? »  Quelle question fut posée plus souvent, depuis -plus longtemps et avec plus d'émerveillement que celle-ci ? Les philosophes ont passé des siècles à s'interroger, ou à postuler que la réponse dépassait l'entendement humain.

Lorsque, sur ce sujet, la ligne de démarcation entre la philosophie et la science est devenue plus claire, les scientifiques se sont emparés du problème et ont proposé, depuis les années 1920, des explications de plus en plus hardies.

La plus célèbre est la théorie du big bang.

L'Univers serait né de l'explosion violente de la matière primordiale. Il faut se représenter l'Univers tellement comprimé qu'il ne tenait guère plus de place que le point qui termine cette phrase. L'hypothèse a été proposée pour
 la première fois, dans les années 1920, par les astrophysiciens Friedman et Lemaître.

En 1964, deux scientifiques américains des laboratoires Bell, Arno Penzias et Robert Wilson, travaillent sur les ondes radio de la Voie lactée.  Alors qu'ils cherchent à éliminer le « bruit » provenant d'autres sources, ils découvrent un rayonnement radioélectrique qui semble venir de toutes les directions. La fréquence du signal confirme les calculs des astrophysiciens qui ont avancé la théorie de l'explosion initiales.

LE BOURDONNEMENT COSMIQUE

Penzias et Wilson ont découvert le « bourdonnement » de l'Univers, qu'on connaît désormais sous le nom de rayonnement fossile, vestige de l'explosion primitive. En 1978, ils ont reçu le prix Nobel de physique pour leurs travaux.

La découverte du rayonnement fossile n'est que lune des nombreuses observations qui confirment l'idée que l'Univers est né à un moment précis. Cette hypothèse est émise pour première fois en 1927 par un astronome belge, l'abbé Georges Lemaître, qui estime que les galaxies s'éloignent les unes des autres comme si elles étaient nées d'une explosion.

L'hypothèse est confirmée lorsque l'astrophysicien américain, Edwin Hubble découvre que les objets célestes s'éloignent à une vitesse d'autant plus grande qu'ils sont plus loin de nous. Ce phénomène ne peut s'expliquer que par le big bang.

UN UNIVERS DIFFÉRENT

À mesure que les instruments astronomiques sont capables de scruter des secteurs de plus en plus lointains, l'Univers y apparaît très différent de ce que nous connaissons dans notre petit coin d'espace.

Par exemple, on ne trouve des quasars (objets extrêmement lumineux qui émettent une quantité d'énergie énorme) que vers les marges de l'Univers. Il n'y en a pas dans notre voisinage.

Par ailleurs, n'oublions pas que, lorsque nous regardons à travers les télescopes nous ne voyons pas les corps célestes tels qu'ils sont aujourd'hui, mais comme ils étaient il y a plusieurs millions ou milliards d'années, en fonction du temps que met la lumière pour franchir la distance qui nous sépare d eux.

Si l'on en juge, par ce qu'on connaît de ses lointaines régions, l'Univers était très différent voilà 15 milliards d'années de ce qu'il est aujourd'hui, ce qui est un élément essentiel de la théorie du big bang.

Il n'était pas facile de faire admettre l'idée que c'est une gigantesque explosion qui a créé l'Univers, et cette théorie a toujours ses contradicteurs. D'abord, la question fondamentale du «pourquoi?» demeure.

Ensuite, l'idée que l'Univers peut ne pas avoir existé à un certain moment du passé met en question l'un des principes fondamentaux de la physique: les lois de la nature sont indépendantes du moment et du lieu.

Un Univers qui obéit à des lois différentes selon le moment cosmologique ne respecte pas les lois universelles de la physique, qui devraient s'appliquer en tout temps et en tout lieu.

L'INFINIMENT GRAND ET L'INFINIMENT PETIT

L'une des raisons pour lesquelles la théorie du big bang est généralement acceptée par les astrophysiciens et par les astronomes est qu'elle fournit un lien entre la physique des particules (qui concerne l'infïniment petit) et la cosmologie (science de l'Univers considéré comme un tout). Dans notre monde quotidien, nous sommes constamment confrontés à deux forces : la gravité, qui nous permet de rester sur le sol, et la force électromagnétique. Mais, dans le royaume de l'atome, il existe deux autres forces: l'interaction faible, qui assure la stabilité (ou la décomposition radioactive) de certains constituants du noyau atomique, et l'interaction forte, beaucoup plus puissante, qui permet aux particules élémentaires (quarks) de s'associer pour former les protons et les neutrons, et qui confine ces derniers à l'intérieur du noyau.

À notre connaissance, quatre forces régissent donc la nature. Depuis toujours, la science a cherché à démontrer que l'Univers est gouverné par un modèle simple, et par une seule force plutôt que quatre. On a prouvé, au XIXe siècle, que l'électricité et le magnétisme étaient une seule et même force, et la science du XXe siècle s'est efforcée d'étendre cette unification à l'ensemble des quatre forces fondamentales qu'on rencontre dans la nature.

Une grande partie des recherches théoriques de la physique moderne tend à déterminer, mathématiquement et expérimentalement, à quoi ressemble cette force.

LE COMPTE À REBOURS DE LA CRÉATION

La théorie du big bang implique un Univers primitif très chaud et très dense dans lequel l'énergie est si considérable que les quatre forces que nous connaissons aujourd'hui sont confondues en une seule.

Cette force opère à l'intérieur de la substance hautement énergétique qui compose alors l'Univers. Cette « substance » n'est, pas de la matière, parce que l'Univers n'est pas assez refroidi pour permettre la formation de particules. Pas plus qu'il ne s'agit d'énergie ou de radiations, parce que les quarks et les autres particules se créent et s'annihilent alors constamment.

Dès que l'Univers entre en expansion et se refroidit, dans les premiers instants du big bang -qui correspondent à la durée incroyablement courte de 10~43 seconde —, la force de gravitation se sépare de la force unique primitive. À 10~35 seconde précisément, l'interaction forte se sépare à son tour.

À10"10 seconde, les deux dernières forces, l'interaction faible et la force électromagnétique, se différencient enfin. Lorsque l'Univers a atteint l'âge de 10~4 seconde (un dix millième de seconde), il est assez froid pour que les quarks se forment, puis se combinent pour constituer des particules.

Les premiers noyaux apparaissent après 100 secondes, mais il faut attendre 300 000 ans pour que la lumière cesse d'être en permanence absorbée et réémise par la matière et qu'ainsi l'Univers devienne transparent. Les galaxies commencent à se former un milliard d'années après le big bang.

Cette théorie présente une image très séduisante de l'évolution de l'Univers, car elle est cohérente avec ce que nous savons des forces qui existent dans la nature, et avec les observations que nous pouvons faire dans l'infiniment grand et dans l'infiniment petit. Restera-t-elle l'orthodoxie de la science, dans l'avenir ? Peut-être... mais nous avons appris que les orthodoxies ne conservent pas longtemps leur statut.

Des images récemment fournies par un puissant télescope ont montré que l'Univers était plat, et courbe comme on le croyait jusqu'alors. Vérité définitive, ou juste un pas de plus vers la
 découverte de l'origine de l'Univers ?

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