2. Un univers en
expansion
L'univers crée
son propre espace:
Grâce à l'effet Doppler, on peut
savoir si les objets célestes s'approchent où s'éloignent de nous.
Les premières mesures de vitesse de galaxies ont été réalisées vers
1920. En 1929, Edwin Hubble montrait que presque toutes les
galaxies s'éloignent de nous et, fait capital, qu'elles fuient
d'autant plus vite qu'elles sont plus loin !
En s'appuyant sur la théorie de
la relativité générale d'Einstein, des chercheurs ont développé la
théorie de l'expansion universelle ou, en anglais, le Big Bang.
Depuis, d'autres observations ont été faites qui sont devenues
autant de preuves en sa faveur.
L'univers
est-il infini ?:
Il n'est pas facile de se représenter par l'imagination
l'expansion de l'univers, mais nous avons tous les outils
mathématiques nécessaires à l'étude d'un fluide infini.
Avec des télescopes toujours
plus puissants, on pourrait voir des objets s'éloignant à 99% de la
vitesse de la lumière ; or, un rayon lumineux émis par une source
s'éloignant aussi rapidement perd presque toute son énergie et
donc, au-delà d'une certaine distance, on ne « voit » plus. Il
existe un « horizon universel », on le situe à environ quinze
milliards d'années-lumière. Mais de l'univers, on ne peut pas dire
qu'il « occupe » l'espace et qu'il « s'insère » dans le
temps car il engendre lui-même l'espace et le temps
L'âge de
l'univers:
Il y a trois
méthodes pour mesurer l'âge de l'univers.
- En remontant dans le temps
l'expansion universelle des galaxies, on arrive à un moment où
leurs matières se superposaient. Cet « instant zéro » qu'on
peut appeler le « début de l'univers » se situe entre quinze
et vingt milliards d'années dans le passé.
- La vie des étoiles dure
aussi longtemps que durent leurs réserves de « carburant »
nucléaire. On observe que les étoiles naissent en groupe et forment
des amas. Dans notre Galaxie, les plus vieux amas ont entre
quatorze et seize milliards d'années.
- Les atomes radioactifs ne
sont pas stables, on en connaît plus d'un millier, en particulier
les deux isotopes de l'uranium : l'uranium 235 et l'uranium 238.
L'abondance relative de ces deux isotopes peut servir d'horloge et
on trouve que les plus vieux atomes radioactifs ont entre dix et
dix-sept milliards d'années. Les trois méthodes donnent des
résultats qui concordent d'une façon assez
impressionnante.
Une lueur
fossile:
Les astronomes américains Penzias et Wilson ont découvert
l'existence d'un rayonnement nouveau qui occupe tout l'espace de
l'univers. Cette découverte avait été prévue trente années
auparavant par un astrophysicien génial nommé George Gamov. Avec
Friedman et Lemaître, Gamov a été un théoricien de la découverte du
big bang.
Si l'on remonte le cours du
temps dans le cadre de l'expansion, alors les galaxies se
rapprochent les une des autres, la densité de l'univers augmente et
la température aussi ainsi que l'énergie du rayonnement lumineux.
Au début, l'univers est donc dominé par la lumière. « Cette
lumière originelle existe toujours, mais son énergie est maintenant
très faible » avait prédit Gamov, comme le bruit d'une
explosion qui diminue avec le temps. Et c'est avec un
radiotélescope très sensible que ce rayonnement a été observé en
1965.
Le passage de
l'opacité à la transparence:
Pendant le premier million d'années, l'univers était
opaque : la lumière émise fut tout de suite réabsorbée et n'a eu
aucune chance de parvenir jusqu'à nous. Cette opacité nous enlève
tout espoir de « voir » l'origine de l'univers. Le
rayonnement fossile fut émis juste au moment de passage de
l'opacité à la transparence lorsque les électrons furent captés par
des nucléons pour former les premiers atomes.
Les cendres de
l'explosion initiale:
Les atomes d'hélium de nos ballons gonflables, ainsi que
les atomes de deutérium (un atome isotope de l'hydrogène), sont les
plus vieux atomes du monde ; ce sont les cendres du grand brasier
originel. Ils témoignent, pour nous, des températures de milliards
de degrés qui régnaient aux premières secondes de
l'univers.
Deux filons à
exploiter : la population de photons et l'absence
d'antimatière:
Il y a dans le cosmos un milliard de photons lumineux
pour chaque atome. Pourquoi ce nombre ? Personne ne le sait. Il y a
deux variétés de matière : la matière dite « ordinaire »
(dont nous sommes formés) et l'antimatière ; lorsqu'elles se
rencontrent, elles s'annihilent entièrement et se transforment en
lumière. Aux premières secondes de l'univers, matière et
antimatière coexistent. Continuellement, elles s'annihilent en
lumière et renaissent de la lumière. Au cours du refroidissement
ultérieur, tout disparaît, sauf un résidu minime qui
provient de l'infime supériorité de la matière : il y a une
particule de matière de plus par milliard de particules. Quelle est
l'origine de cette différence à laquelle nous devons d'exister ?
Encore aucune réponse satisfaisante...
Et qu'il y
avait-il avant ?:
L'observation du rayonnement fossile nous a permis
de remonter jusqu'à un million d'années du début, la mesure
d'abondance de l'hélium jusqu'à quelques secondes de l'origine, à
des températures de plusieurs milliards de degrés, et la population
de photons et l'absence d'antimatière beaucoup plus tôt encore ;
peut-on remonter encore plus près de l'origine ? Le problème est
que la chaleur détruit l'information et la question «
qu’est-ce qu'il y avait avant ? » n'a probablement pas
de sens, il n'y aurait aucun moyen de s'y aventurer.
La mesure du
temps:
Il est de tradition de diviser le temps en tranches
égales. Ce n'est pas la seule façon de mesurer le temps : on
pourrait aussi compter « un » chaque fois que la distance
entre deux galaxies est multipliée par deux ; il s'agit alors d'une
échelle logarithmique. Le temps « zéro » serait alors le
moment présent et le passé se verrait assigner des temps négatifs.
Nous verrions les plus lointains quasars au temps « moins
quatre » (il y a douze milliards d'années dans l'échelle
traditionnelle). A mesure qu'on recule dans le passé, on s'en irait
vers « moins l'infini », qu'on n'atteindrait jamais, et
on ne serait pas tenté de se demander ce qu'il y avait
« avant »...
(-4,
-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4) = échelle logarithmique.
Aux limites du
langage et de la logique:
« On ne peut pas imaginer un commencement à partir
de rien ! » Ces difficultés philosophiques disparaissent
d'elles-mêmes si on reconnaît que le seul vrai « problème »,
c'est celui de l'existence même de l'univers : pourquoi y a-t-il
quelque chose plutôt que rien ?...
Il y a quelque chose, il y a la
réalité ! C'est par notre conscience que nous percevons l'existence
de « quelque chose plutôt que rien ». Or, cette
conscience n'est pas en dehors de l'univers, elle en fait partie...
discussion passionnante !
trop b1
(C'est cool).
à la Lune, la Lune est donc à une seconde-lumière ; le Soleil est à 
