Univers

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Universum - C. Flammarion, gravure sur bois, Paris 1888, Coloris : Heikenwaelder Hugo, Wien 1998. On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant ou non, selon les philosophies, les choses immatérielles) et les lois qui le régissent. Si l'on suppose qu'il y a plusieurs parties totalement séparées entre elles ou existant parallèlement, on parle de multivers, chaque partie étant un univers, différenci
Univers

Universum - C. Flammarion, gravure sur bois, Paris 1888, Coloris : Heikenwaelder Hugo, Wien 1998. On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant ou non, selon les philosophies, les choses immatérielles) et les lois qui le régissent. Si l'on suppose qu'il y a plusieurs parties totalement séparées entre elles ou existant parallèlement, on parle de multivers, chaque partie étant un univers, différencié par son contenu et/ou ses lois. L'Univers est une notion scientifique qui désigne l'ensemble de la matière distribuée dans le temps et dans l'espace ; son étude fait l'objet de la cosmologie.

Découverte de l'Univers dans l'Histoire

C'est encore au "miracle grec" que l'on doit les premières avancées significatives dans la compréhension du monde :
- Les philosophes Parménide, Platon, et Aristote avaient intégré l'idée d'une terre sphérique, mais ils la voyaient au centre de l'univers physique, alors que l'école de Milet se représentait la Terre plate.
- Ératosthène se livre ensuite, de son côté, à des calculs précis : par exemple, il ne se trompe peut-être que de 650 km dans sa mesure de la circonférence d'un méridien terrestre, soit à peine plus de 1, 5 % d'erreur. Toutefois, il a exprimé son résultat en stades, dont la valeur variait d'un endroit à l'autre, et la distance entre les villes d'Alexandrie et de Syène, entre lesquelles il effectua sa mesure n'était connue qu'en journées de chameau, ce qui rend la précision de la mesure presque trop suspecte.
- Aristarque de Samos est le premier, semble-t-il, à comprendre que le système planétaire est héliocentré. Cette découverte ne fait alors pas l'unanimité, pour des raisons philosophiques surtout en cela qu'une telle cosmologie est en désaccord avec la conception géocentrée du monde qui était retenue par de grands philosophes comme Parménide, Platon, et Aristote. Il calcule aussi la distance Terre-Lune dont il trouve une valeur très précise (60 rayons terrestres).
- Hipparque poursuit ce travail : il recalcule la distance Terre-Lune, recense 1 500 étoiles, retrouve approximativement la période de précession des équinoxes, qui était déjà connue des Babyloniens. Andreas Cellarius en 1660/61. Tout ce savoir accumulé est repris et conservé par les Arabes à l'effondrement du monde gréco-romain, alors que le monde chrétien sombre dans l'obscurantisme : Cosmas d'Alexandrie restaure ainsi le monde plat. Il faut attendre les conquêtes musulmanes pour que l'Almageste de Ptolémée soit redécouverte. La Renaissance va porter à son apogée cette représentation du monde, grâce aux explorations et aux grandes découvertes qui eurent lieu du au s, avec des systèmes géographiques et cosmologiques très élaborés (projection de Mercator). La révolution dite copernicienne va bouleverser cette cosmologie, en trois étapes :
- Copernic redécouvre l'héliocentrisme. Toutefois, cette redécouverte n'est que partiellement révolutionnaire : en effet, Copernic reste attaché aux sphères transparentes censées soutenir les planètes et leur imprimer leur mouvement ; il présente son système comme un simple artifice destiné à simplifier les calculs, ce qui lui évite des ennuis avec le clergé.
- Le dominicain Giordano Bruno défend la réalité du modèle héliocentrique et l'étend à toutes les étoiles, ouvrant la dimension de l'univers physique à l'infini.
- Kepler, Galilée et Newton posent les bases fondamentales de la mécanique à partir du mouvement des planètes, grâce à leurs études respectivement du mouvement elliptique des planètes autour du Soleil, l'affinement des observations astronomiques avec la définition du mouvement uniformément accéléré, et la formalisation mathématique de la force de gravité. L'univers, toutefois, reste confiné dans le système solaire.

L'Univers d'après la théorie du Big Bang

L'expansion de l'Univers, son âge et le Big Bang

Les observations du décalage vers le rouge des rayonnements électromagnétiques en provenance d'autres galaxies suggèrent que celles-ci s'éloignent de notre galaxie, à une vitesse radiale d'éloignement supposée proportionnelle à ce décalage. En étudiant les galaxies proches, Edwin Hubble s'est aperçu qu'en général la vitesse d'éloignement d'une galaxie était proportionnelle à son éloignement, ce qui est connu sous le nom de loi de Hubble ; une telle loi correspond à un univers proche en expansion. Bien que la constante de Hubble ait été révisée par le passé dans d'importantes proportions (dans un rapport de 10 à 1), la loi de Hubble a été extrapolée aux galaxies éloignées, pour lesquelles la distance ne peut être calculée au moyen de la parallaxe ; cette loi est ainsi utilisée pour déterminer la distance des galaxies les plus lointaines. En extrapolant l'expansion de l'Univers dans le passé, on arrive à une époque où celui-ci a du être beaucoup plus chaud et beaucoup plus dense qu'aujourd'hui. C'est le modèle du Big Bang qui est un ingrédient essentiel du modèle standard de la cosmologie actuelle et possède aujourd'hui un grand nombre de confirmations expérimentales. La description du début de l'histoire de l'Univers par ce modèle ne commence cependant qu'après qu'il fut sorti d'une période appelée ère de Planck durant laquelle l'échelle d'énergie de l'univers était si grande que le modèle standard n'est pas en mesure de décrire les phénomènes quantiques qui s'y sont déroulés. Durant cette époque, seule une théorie de la gravitation quantique pourrait expliquer le comportement microscopique de la matière sous l'influence importante de la gravité. Mais les physiciens ne disposent pas encore (2006) d'une telle théorie. Pour des raisons de cohérence avec les observations, après l'ère de Planck le modèle du Big Bang privilégie aujourd'hui l'existence d'une phase d'inflation cosmique très brève mais durant laquelle l'univers aurait grandi de façon extrêmement rapide. C'est suite à cette phase que l'essentiel des particules de l'univers auraient été créées avec une haute température, enclenchant un grand nombre de processus importantsComme la nucléosynthèse primordiale par exemple ou encore la baryogénèse. qui ont finalement abouti à l'émission d'une grande quantité de lumière, appelé fond diffus cosmologique, qui peut être aujourd'hui observé avec une grande précision par toute une série d'instruments (ballons, sondes spatiales). C'est l'observation de ce rayonnement fossile micro-onde, remarquablement uniforme dans toutes les directions qui constitue aujourd'hui l'élément capital qui assoit le modèle du Big Bang comme description correcte de l'univers dans son passé lointain. Beaucoup d'éléments du modèle restent encore à être affinésIl n'est pas encore possible de bien discriminer entre plusieurs modèles d'inflation pour donner un exemple. mais il y a aujourd'hui consensus de la communauté scientifique autour du modèle du Big Bang. Dans le cadre du modèle ΛCDM, qui est le plus simple incorporant tous les éléments que l'on vient d'évoquer, les contraintes issues des observations de la sonde WMAPLancée par la NASA sur les paramètres cosmologiques indiquent une valeur la plus probable pour l'âge de l'univers à environ 13, 7 milliards d'années D.N. Spergel et al., soumis à Astrophys. J. préprint disponible sur la base de données arXiv. avec une incertitude de 0, 2 milliard d'années, ce qui est en accord avec les données indépendantes issues de l'observation des amas globulaires Chaboyer, B. & Krauss, L. M. 2002, ApJ, 567, L45 ainsi que celle des naines blanchesB. Hanser et al The Astrophysical Journal Supplement Series, Volume 155, Issue 2, pp. 551-576. préprint disponible sur l'arXiv..

Taille de l'Univers et Univers observable

À ce jour, rien ne nous permet de confirmer que l'univers est soit fini, soit infini. Certains théoriciens penchent pour un univers infini, d'autres pour un univers fini mais non borné. L'univers observable se composant de tous les endroits qui pourraient nous avoir affectés depuis le Big Bang, en tenant compte que la vitesse de la lumière est finie. L'horizon cosmique se trouve à une distance de 13 à 14 milliards d'années-lumière. La taille actuelle (la distance comobile) de l'univers observable est plus grande, puisque l'univers a continué de s'étendre pendant le temps que la lumière met à nous parvenir ; on estime qu'elle est d'environ 50 milliards d'années-lumière (4, 73×1026m). L'univers observable contient environ 7×1022 étoiles, répandues dans environ 1011 galaxies, elles-mêmes organisées en amas et super-amas de galaxies. Le nombre de galaxies pourrait être encore plus grand, selon le champ profond de Hubble observé avec le télescope spatial Hubble. On notera que les articles populaires et professionnels de recherche en cosmologie emploient souvent le terme univers dans le sens d
'univers observable''. Nous vivons au centre de l'univers observable, en contradiction apparente avec le principe de Copernic qui dit que l'univers est plus ou moins uniforme et ne possède aucun centre en particulier. C'est simplement parce que la lumière ne se déplace pas à une vitesse infinie et que les observations que nous faisons proviennent donc du passé. En effet, en regardant de plus en plus loin, nous voyons des choses qui se sont passées à une époque de plus en plus proche du Big Bang. Et puisque la lumière se déplace à la même vitesse dans toutes les directions, tous les observateurs vivent au centre de leur univers observable (sur Terre, nous avons pratiquement tous le même). D'un point de vue philosophique, la question de la finitude ou de la non-finitude de l'Univers a toujours préoccupé les hommes. L'Univers contenant par définition tout ce qui existe, y compris l'espace-temps (et c'est une précision essentielle), ne peut avoir de « bord » tel que nous concevons intuitivement cette notion. En effet, l'existence d'un bord impliquerait qu'au-delà de ce bord, on ne serait plus dans l'Univers, ce qui est par définition absurde. Mais si l'Univers n'a pas de bord au sens intuitif de ce terme, alors son expansion n'est pas intuitive non plus : si elle l'était, dans quoi l'Univers serait-il en expansion? On voit que ce problème échappe à nos raisonnements, qui se basent toujours sur l'hypothèse fausse que l'Univers est galiléen. En définitive, les concepts de fini et d'infini ne peuvent pas être appliqués à l'Univers. La seule donnée qui semble intuitive et évidente, c'est que l'Univers a toujours eu, et aura toujours, une taille « suffisante » pour toutes ses activités.

Forme de l'Univers

Une importante question de cosmologie qui reste sans réponse est la topologie de l'Univers.
- Est-ce que l'univers est « plat » ? C'est-à-dire : est-ce que le théorème de Pythagore pour les triangles droits est valide à de plus grandes échelles ? Actuellement, la plupart des cosmologues croient que l'univers observable est (presque) plat, juste comme la Terre est (presque) plate.
- Est-ce que l'univers est simplement connexe ? Selon le modèle standard du Big Bang, l'univers n'a aucune frontière spatiale, mais peut néanmoins être de taille finie. Ceci peut être compris par une analogie bidimensionnelle : la surface de la terre n'a aucun bord, mais possède une aire bien déterminée. Vous pouvez également penser à un cylindre et imaginer de coller les deux extrémités du cylindre ensemble, mais sans plier le cylindre. C'est aussi un espace bidimensionnel avec une surface finie, mais au contraire de la surface de la Terre, il est plat, et peut ainsi servir de meilleur modèle. Par conséquent, à proprement parler, nous devrions appeler les étoiles et les galaxies mentionnées ci-dessus « images » d'étoiles et de galaxies, puisqu'il est possible que l'univers soit fini et si petit que nous pouvons voir une ou plusieurs fois autour de lui, et le vrai nombre d'étoiles et de galaxies physiquement distinctes pourrait être plus petit. Des hypothèses d'univers multiconnexe ont été proposées et sont en cours d'étude.

Avenir de l'Univers

Selon sa densité moyenne de matière et d'énergie, l'univers continuera à s'étendre indéfiniment ou il sera gravitationnellement ralenti et s'effondrera sur lui-même dans un « Big-Rip » ou « Big Crunch ». Actuellement, l'état de nos connaissances suggère non seulement qu'il y a insuffisamment de masse et d'énergie pour provoquer cet effondrement, mais que l'expansion de l'univers semble s'accélérer et continuera donc pour toujours. D'après une théorie de Stephen Hawking (dans son livre Une brève histoire du temps), si l'univers continue indéfiniment à s'étendre, les particules issues d'explosions successives ne seront plus assez proches les unes des autres pour recréer des étoiles après leur explosion. Toute activité dans l'univers s'éteindra ainsi à jamais.

Citations

Montesquieu : « Aujourd'hui nous recevons trois éducations différentes ou contraires : celles de nos pères, celles de nos maîtres, celle du monde. Ce qu'on nous dit dans la dernière renverse toutes les idées des premières ». George Bernard Shaw : « Il y a plus d'un millénaire, Ptolémée a mis en place un système du monde qui a duré jusqu'au , renversé alors par celui de Newton, qui a duré jusqu'à être remplacé il y a peu par celui de M. Einstein, ici présent, dont je ne me hasarderai pas à essayer de prédire ce qu'il durera ».

Notes et références

Voir aussi

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