WikiPortallus: Univers.html

L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.
En cosmologie, l'Univers est appréhendé comme l'ensemble de la matière distribuée dans le temps et dans l'espace.
On ne connait qu'au plus 5 % de la matière de l'Univers.
C'est une entité dans laquelle tout événement de probabilité non nulle a une chance de se produire.

modifier Découverte de l'Univers dans l'Histoire

Ces connaissances du monde grec perdureront et influenceront les sciences Arabes après l'effondrement du monde gréco-romain, alors que dans le monde chrétien Cosmas d'Alexandrie restaure le modèle d'un monde plat et un système planétaire centré sur la Terre.

modifier Naissance de l'Univers

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

En étudiant les galaxies proches, Edwin Hubble s'est aperçu que la vitesse d'éloignement d'une galaxie était proportionnelle à sa distance par rapport à l'observateur (loi de Hubble); une telle loi correspond à un Univers visible 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 (en 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 importants¹ 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 affinés², 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 WMAP³ sur les paramètres cosmologiques indiquent une valeur la plus probable pour l'âge de l'Univers à environ 13,7 milliards d'années⁴ avec une incertitude de 0,2 milliard d'années, ce qui est en accord avec les données indépendantes issues de l'observation des amas globulaires⁵ ainsi que celle des naines blanches⁶.

modifier Taille de l'Univers, 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.

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.

On pourrait raisonner que, l'Univers contenant par définition tout ce qui existe, y compris l'espace-temps (et c'est une précision essentielle), il 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 serait 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 ici les apparents paradoxes entrainés par l'utilisation de notions dites "intuitives"... Qui ne sont que le reflet d'une perception locale de la réalité. Nos ancêtres du néolithique savaient probablement bien, eux, que tout était borné et que l'autre côté était inaccessible. Donner une définition précise à ces notions intuitives permet de faire disparaitre ces paradoxes.

On voit que ce problème échappe à nos raisonnements simpliste , qui se basent sur des hypothèses fausse telles que "l'Univers est galiléen", ou "un espace courbe est nécessairement inclus dans un espace de dimension supérieure".

En définitive, une définition précise de la notion d'Univers permet de tenter de résoudre ces apparents paradoxes. Les paradoxes restants permettent de démontrer... que la définition donnée à l'Univers ne fait pas sens. On sait en fait aujourd'hui qu'une définition, même formelle, d'un ensemble n'implique pas son existence.

modifier Forme de l'Univers

Une importante question de cosmologie qui reste sans réponse est la topologie de l'Univers.

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 2 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.

modifier Modèle dimensionnel de l'Univers

La théorie des cordes prédit qu’espace et matière sont consubstantiels. Il n’y a pas de « contenant » (l’espace) mais un fond d’espace-temps qui interagit avec la matière. Dans certains cas particuliers, la notion de « nombre de dimensions de l’espace » dépend de l’intensité avec laquelle les cordes réagissent entre elles. Si cette interaction est faible, elles semblent se propager dans un espace à neuf dimensions — auxquelles il faut rajouter celle du temps. Si cette interaction croît, cela développe une dimension de plus (ou plus en fonction de l’intensité de l’interaction) à laquelle il faut toujours rajouter celle du temps. Supposons maintenant qu’on enferme l’Univers dans un espace « fini » (une boite pour être concret) et que cet espace rapetisse jusqu’à 10^-32 centimètres de côté, la théorie des cordes le prédit équivalent à un Univers très grand. La conception d’espace est fondamentalement bouleversé. La mise en route du collisionneur de Genève, Large Hadron Collider plus communément appelé LHC, viendra peut être confirmer cette théorie. Elle ne pourra en revanche pas l'infirmer, car aucun ordre de grandeur n'a été prédit par la théorie des cordes. Ainsi, si le phénomène n'est pas détecté, cela pourrait signifier que trop peu d'énergie a été généré pour rendre le phénomène observable, sans impliquer pour autant que la théorie est nécessairement erronée.

modifier Avenir de l'Univers

Les objets galactiques auront une fin : le Soleil, par exemple, s'éteindra dans 5 (à 7) milliards d'années, lorsqu'il aura brûlé tout son combustible. À terme, les autres étoiles suivront elles aussi dans des cataclysmes cosmologiques (explosions, effondrements). Déjà les naissances d'étoiles se ralentissent⁷ faute de matière, qui se raréfie au fil du temps. Dans 20 milliards d'années environ, aucun astre ne s'allumera plus. L'Univers sera peuplé d'étoiles éteintes (étoiles à neutrons, naines blanches, trous noirs) et des naines rouges résiduelles. A bien plus longues échéances, les galaxies se désagrègeront dans des collisions géantes par leurs interactions gravitationnelles internes et externes⁸.
Voilà pour le contenu.

Chacun de ces scénarios dépend donc de la quantité d'énergie sombre que contiendra l'Univers à un moment donné.

Actuellement, l'état de nos connaissances suggère non seulement qu'il y a insuffisamment de masse et d'énergie pour provoquer ce Big Rip, mais que l'expansion de l'Univers semble s'accélérer et continuera donc pour toujours.

modifier Citations

modifier Notes et références

↑ Comme la nucléosynthèse primordiale par exemple ou encore la baryogénèse.
↑ Il n'est pas encore possible de bien discriminer entre plusieurs modèles d'inflation pour donner un exemple.
↑ Lancée par la NASA
↑ (en) D.N. Spergel et al., Wilkinson microwave anisotropy probe (wmap) three year results: implications for cosmology. soumis à Astrophys. J. préprint disponible sur la base de données arXiv.
↑ (en) Chaboyer, B. & Krauss, Theoretical Uncertainties in the Subgiant--Mass Age Relation and the Absolute Age of Omega CenL. M. 2002, ApJ, 567, L45
↑ (en)B. Hanser et al HST Observations of the White Dwarf Cooling Sequence of M4 The Astrophysical Journal Supplement Series, Volume 155, Issue 2, pp. 551-576. préprint disponible sur l'arXiv.
↑ Actuellement, l'observation de notre galaxie dénombre la naissance d'une ou deux étoiles par an.
↑ Jean-Pierre Luminet, Astrophysicien, CNRS, Observatoire de Paris-Meudon, in Sciences & Avenir N°729, Novembre 2007
↑ littéralement : grand écrasement.
↑ Il semble qu'actuellement l'expansion soit accélérée par la présence d'une énergie répulsive de nature inconnue : l'énergie sombre
↑ 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
↑ littéralement : "grand déchirement."

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