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9 Fév. 2012 23h28
68 ans, Bastia
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Dire que l'épisode du Big Bang représente l'explosion de l'Univers, il y a 14 milliards d'années, n'est pas approprié.
Le Big Bang est une théorie décrivant les évènements issus du point singulier qui précèdent le début de l'expansion de l'Univers, mais n'arrive pas à expliquer ce qui se passe juste avant, ni pourquoi l'Univers est plat, ni sa très grande homogénéité du début, et butte contre le problème de l'horizon cosmologique.
En science rien ne vaut la présence d'obstacles sur la route de l'élaboration des théories, pour faire avancer la connaissance.
C'est exactement ce qui c'est passé, pour la compréhension de ce qui a pu provoquer le Big bang. Avant les années 1980, la cosmologie était balbutiante, on était encore loin d'une science aux bases solides.
Il y avait bien les données comme le rayonnement micro-onde à 2,728 Kelvin qui avait mis la puce à l’oreille des physiciens et qui était le plus important indice étayant la théorie récente du Big bang, mais pour le reste il y avait trop d’aléas.
On en était encore par exemple, à supputé sur la valeur de la densité moyenne de la matière dans l’univers et de sa forme qui en est la conséquence, etc.
En fait il a fallu attendre le lancement des satellites COBE, WMAP, etc, pour valider certaines hypothèses proposées au début des années 1980.
Les premières images transcrites des données du satellite COBE, montre un Univers à ses débuts, extrêmement chaud et homogène, les structures que l'on observe aujourd'hui dans l'Univers (galaxies, amas, superamas) se sont peu à peu formées par le mécanisme d'instabilité gravitationnelle.
Ces images sont archi connues : elles représentent l’Univers 280000 ans après le Big Bang, sous la forme d’un Globe aplati, de couleur dominante bleu-clair, avec des taches de bleu plus sombre et d’autres jaunes ou rouges,
c’est le fond diffus cosmologique. .
Ces différences de coloration représentent d’infimes différences de température.
La température du fond diffus cosmologique est très uniforme : elle est la même dans toutes les directions à une précision de 0,001 degré près. Cependant, si l'on observe le fond diffus cosmologique avec une très grande précision, d'infimes écarts de température apparaissent, dont l'amplitude est de l'ordre du cent-millième de degré (0,00001 degré). Ces différences de température en fonction de la direction d'observation sont appelées fluctuations, ou anisotropies.
Mais ce qui est important de souligner, c’est qu’on ne comprenait pas pourquoi l’univers 280000 ans après le Big Bang était aussi HOMOGENE.
En effet, comment des parties aux confins de l’Univers, aujourd’hui si éloignées les unes des autres, ont-elles pu un jour être en contact pour égaliser, homogénéiser leur température ?
On appelle cette question du contact, la question de l’HORIZON COSMOLOGIQUE.
La théorie du Big Bang est incapable d’en donner une réponse.
Une autre grande question se posa rapidement, celle de la platitude de l’Univers.
Dans les années 1990, ont entrepris de mesurer la densité moyenne de la matière dans l’Univers, pourquoi ?
Parce que depuis Einstein et la relativité générale, on sait que la présence de matière/énergie courbe l’Espace-temps.
Donc en calculant la densité de la matière dans l’Univers, on peut savoir quelle est sa forme, sa courbure.
Si la densité est importante, la courbure est positive, l’Univers a la forme d’une sphère.
Si la densité est faible, la courbure est négative, l’Univers a la forme d’une selle de cheval.
Et si la densité, appelée densité critique, est à mi-chemin l’Univers est plat.
Donc depuis les années 1990, on s’est évertué à mesurer la densité moyenne de l’Univers (grâce a des mesures des distances très précises en prenant comme étalon les supernovas de type AI), et la conclusion est sans appel : l’Univers est PLAT (Plat mais en 3 Dimensions).
Mais une grande question reste posée : pourquoi l’Univers est-il PLAT ?
En résumé les grandes questions qui se posaient à la fin des années 1980 sont :
Pourquoi l’Univers à ses débuts était si HOMOGENE, pourquoi est-il PLAT, comment des objets si éloignés les uns des autres dans certaines parties de l’Univers, tel que même si on rembobinait le film de l’évolution de l’Univers jusqu’au « point zéro », à la vitesse C de la lumière, ils ne seraient toujours pas en contact (problème de l’Horizon cosmologique) ?
La solution est venue de physiciens qui ont eu l’audace de poser des hypothèses dans les années 1990, à partir des études des propriétés des champs de Higgs .
Le Boson de Higgs est la fameuse particule, dont on parle de temps en temps dans les journaux télévisés, on en a peut-être découvert la trace dans le LHC.
C’est la particule qui donnerait leur masse à toutes les autres particules, on l’appelle
la « Particule de Dieu ».
En physique quantique toute particule est associée à un champ.
Le concept de champ est utilisé pour modéliser les perturbations des propriétés de
L’espace par une force, par exemple la force gravitationnelle, électromagnétique, etc.). On parle alors de champ électrique, champ magnétique, champ électromagnétique.
La physique Quantique nous a appris que tout champ fluctue à très haute température, il passe sans arrêt de valeurs positives à des valeurs négatives. Mais lorsque la température diminue, la fluctuation s’atténue, la valeur du champ tend vers à zéro (les+ et les- s’annulent),
Le champ de Higgs est identique aux autres champs, car lorsque la température baisse, sa valeur tend vers zéro, les fluctuations s’atténuent.
Mais à contrario des autres champs, avant que sa valeur arrive à zéro, il va subir un changement d’état, un changement de phase, en quelque sorte il se « condense » (comme la vapeur d’eau, qui lorsque la température baisse jusqu’à un certain seuil, se transforme en eau). On appelle cela une rupture de symétrie.
Il ce passe un phénomène étrange, le champ de Higgs s’il veut atteindre la valeur zéro, doit avoir assez d’énergie pour franchir le pas qui le sépare de la valeur zéro.
Une formidable quantité d’énergie est alors accumulée sous forme d’énergie potentielle et la valeur du champ est non nulle.
On peut présenter un champ sous la forme d’un bol de lait. Les bords les plus hauts du bol représentent la valeur la plus élevée du champ et de sa température la plus haute. Les parois du bol représentent la descente de la valeur de ce même champ, lorsque la température baisse, et le fond du bol la valeur zéro du champs à la plus basse température.
Et bien pour le champ de Higgs, la forme du bol est dans ses grandes lignes la même, mais c’est le fond du bol qui est différent. Le fond du bol ( là ou la valeur du champs est égale à zéro) est bombé, et ce bombement c’est l’état ou le champ possède une valeur non nulle, représentant un formidable renflement d’énergie accumulée.
Le champ de Higgs à ce moment là, subit donc un changement de phase, plus communément appelé Rupture spontanée de symétrie, en quelque sorte il se condense en un vaste
« Océan de Higgs ».
L’Univers est traversé par toutes sortes de champs, et baigne littéralement dans un Océan de Higgs.
Depuis Einstein et sa Relativité Générale, on sait que d’autres facteurs que la masse ou l’inverse du carré de la distance rentrent en compte pour décrire la GRAVITATION, la pression notamment qui a une valeur positive dans les équations : une énorme pression dans un objet astronomique, engendre une gravitation plus importante.
Et lorsque certains physiciens ont voulu calculer les propriétés du processus expliqué ci-dessus pour le champ de Higgs (scénario du champs de Higgs super refroidi), ils ont eu la plus grande surprise de découvrir qu’il engendrait une pression négative c'est-à-dire une ANTI-GRAVITATION, une force répulsive.
Vous devinez peut-être la suite ?
Et si l’Univers était issu d’un tel processus, quelles seraient les conséquences ?
Ils ont posé leurs hypothèses et procéder à des calculs pour les valider, et ils ont trouvé une valeur absolument énorme à cette force répulsive. L’Univers aurait subit une colossale dilatation en un temps record.
L’Univers serait passé de la taille inférieure à celle d’un Atome à une dimension pas si éloignée de sa taille actuel, quasi instantanément (quelques milliardièmes de secondes).
Le processus ce serait déroulé à une vitesse inimaginable, peut-être des centaines de fois supérieure à la vitesse C de la lumière.
La vitesse C de la lumière est constante et indépassable à l’intérieure de l’Espace-temps, mais les physiciens pensent maintenant que l’Espace temps lui-même a pu se dilater à une vitesse bien supérieur.
Ils ont imaginé qu’il pouvait y avoir un état de l’Univers, avant le Big Bang, extraordinairement dense, d’une taille inférieur à celle d’un atome et possédant une température extrêmement élevée
(des milliards de milliards de milliards…. de degrés). On est bien dans le domaine Quantique de l’infiniment petit.
Son énergie provenait d’un Champ de Higgs fluctuant abondamment, comme tout champ digne de ce nom, à ces températures extrêmement élevées et à cette taille aussi minuscule.
Lorsque la température a commencé à baisser, de quelque milliers de degrés, la fluctuation du champ de Higgs a commencé à s’atténuer, la valeur du champ a descendu la pente vers la valeur zéro, mais sans l’atteindre, et a alors débuté un processus d’accumulation titanesque, d’énergie potentielle.
On appelle cet état particulier du champs de higgs : INFLATON.
L’Espace-temps était jusqu’alors, dans cet état de confinement quantique. Il fluctuait probablement avec tout le reste.
Toutes les dimensions que l’on connaît, c'est-à-dire hauteur, largeur, profondeur et la quatrième dimension, celle du temps (et peut-être d’autres si elles existent), étaient probablement enroulées sur elles même.
La pression négative inhérente à l’Inflaton, a engendré une REPULSION GRAVITATIONNELLE considérable, repoussant toutes les régions de l’Espace-temps, quasi-instantanément, dans toutes les directions, pour atteindre une taille non éloignée de l’Univers actuel.
Les ordres de grandeurs de cette colossale dilatation sont :
- Temps mis par ce processus de dilatation : 10 puissance moins 35 secondes (soit un milliardième de milliardième de milliardième de….secondes)
- Facteur de dilatation de l’Univers : augmentation de taille de l’ordre de 10 puissance 30 à 10 puissance 100
(soit un agrandissement des milliards de milliards
de milliards de milliards de milliards de… de fois)
- Vitesse de dilatation : des centaines voir de milliers de fois la vitesse C de la lumière
( C = 300 000 km /sec)
Le champ de Higgs a alors subit une transformation d’état, un changement de phase, une rupture spontanée de symétrie, il c’est en quelque sorte dilaté en un vaste Océan de Higgs baignant tout l’Espace-temps.
Et toute l’énergie potentielle jusqu’alors accumulée dans le processus, c’est libérée sous forme de matière, en vertu du principe relativiste d’équivalence énergie/matière, découvert par Einstein.
Vous connaissez la fameuse formule E = MC².
Et cette matière c’est toute la matière/antimatière contenue dans l’Univers (Quarks, Protons, Neutrons, Electron, etc, plus la matière noire, plus l’énergie sombre…….) et tout le rayonnement ordinaire.
L’Espace-temps a suivi ce processus de colossale dilatation, il c’est étiré, il a carrément été « lissé ».
Il a perdu, à grande échelle sont caractère fluctuant quantique.
Mais on peut se poser la question sur la propriété, aux échelles macroscopiques, de l’espace-temps à se déformer, se dilater ou se comprimer localement, sous l’effet d’une masse (matière ou énergie) située à proximité.
Cela ressemble un peu à grande échelle à un vaste "champ" fluctuant.
C’est comme si l’aspect quantique de l’Univers à ces début, se retrouvait sous un autre aspect, à plus grande échelle, mais ce n’est là que mon opinion.
Les 4 dimensions de l’Espace-temps ont suivi se processus en se « déroulant », pour se présenter sous l’aspect qu’on leur connaît maintenant. Mais peut-être que d’autres dimensions, si elles existent sont restée enroulées sur elles mêmes, et sont restées invisibles à notre compréhension, jusqu’à présent.
Ce processus de Dilatation s’appelle l’INFLATION, il a permis de résoudre les différents problèmes que n’arrivait pas à solutionner la théorie du Big Bang :
- le problème de l’HOMOGENEITE de l’Univers qu’indique le fond cosmologique diffus
- le problème de l’HORIZON cosmologique
- le problème de la PLATITUDE de l’Univers
L’HOMOGENEITE de l’Univers :
En fait, toute la matière, au départ était confinée dans petit « périmètre », tout les paramètres pouvait être homogénéisé, par exemple la température a pu s’égaliser.
Le problème de l’HORIZON cosmologique :
Toutes les régions qui nous paraissaient si éloignées aujourd’hui, que l’on se demandait comment avaient-elles pu communiquer un jour, c'est-à-dire rentrer en interaction, sans que ces interactions se déroulent à une vitesse supérieure à la vitesse C de la lumière (à l’intérieur de l’Espace-temps), et bien le model de l’Inflation résout le problème : Toutes les régions de l’Espace dont on a mesuré la température apparaissant sur le Fond Cosmologique Diffus, ont pu communiquer très aisément, dans un Univers à ses premier instant, aussi « petit » et confiné, ou tout ce qui existait alors était si rapproché. Donc toutes les régions de l’espace aussi proche qu’on peut l’être, ont égalisé leur température dés les premiers instants de l’Univers.
Cet Espace tout nouvellement formé a d’abord subi une expansion suffisamment lente pour que s’établisse une température uniforme et ensuite par une répulsion fulgurante ( l’INFLATON ), toutes ces régions possédant des paramètres homogènes ont été dispersée à des distances absolument inimaginables les unes des autres, désormais sans possibilité de contact.
La PLATITUDE de l’Univers :
L’Univers c’est dilaté à une telle vitesse et s’est agrandi d’un facteur aussi colossale, qu’il a grossi pour avoir une taille beaucoup plus grande que la taille qu’on lui prêtait auparavant.
En fait l’Univers serait terriblement plus grand que la partie que l’on peut voir, et qu’on prenait jusqu’à présent pour la totalité de cet Univers.
La partie de l’Univers visible serait si petite par rapport à la totalité non visible, que l’on peut prendre l’analogie de la terre : un terrain de football parait parfaitement plat par rapport à la terre qui est courbée.
Et bien ici c’est la même chose l’Univers dans sa totalité est si vaste et fortement courbé, que la toute petite partie représentée par l’Univers observable est quasiment PLAT.
Et ça il le doit à la formidable répulsion /dilatation (ANTIGRAVITATION) qu’il a subit, l’étirant jusqu’à le lissé complètement.
Voila tout cela le Big Bang était incapable de l’expliquer.
Notre Univers serait né de la dilatation d’une bulle inflationaire, qui à partir d’un état fortement désordonné d’avant Big Bang, composé par un champs de Higgs fluctuant à haute température,
se serait extraordinairement dilaté, quasi instantanément, en libérant une énergie potentielle absolument colossale, qui a donné toute la totalité de la matière et du rayonnement connu, puis par l’effet de la gravitation, aurait créé des structures toujours de plus en plus vaste, pour aboutir à ce que nous connaissons aujourd’hui de l’Univers, c'est-à-dire les galaxies ,amas de galaxie, etc….. , cet Univers qui continue sur la lancée impulsée au départ par l'Inflation, prolonge son expansion, mais à une allure infiniment plus lente.
Il existe de très bons livres dans la littérature scientifique qui explique tout cela.
Notamment l’excellent livre de Brian GREENE : LA MAGIE DU COSMOS
C’est un livre vraiment extraordinaire, quand on l’ a fini, on peut dire qu’on en connaît « un rayon » en Physique fondamentale sur l’Espace, le Temps et tout les grand sujet de la Physique contemporaine.
D’autre physicien comme Léonard SUSKIND, vont encore plus loin.
Il parle de Paysage Cosmique dans un livre portant le même nom ( Paysage Cosmique ).
Il pense qu’avant le Big Bang il existait « un Paysage cosmique » composé de champs de Higgs fluctuants à différents niveaux d’énergies, et de temps à autre des fluctuations aléatoires qui soumises au processus expliquer plus haut, aboutiraient à « l’explosion de bulles Inflationaires ;
Il pourrait exister une multitude quasi infini de ces Bulles Inflationaires qui donneraient naissance à des Univers différents les un des autres, une multitude d’Univers.
DES MULTIVERS
Chacun de ses Univers comporterait des paramètres différents : les constantes fondamentales, comme la constante de Gravitation G qui paramètre la Gravitation, la constante H de plank, ou la vitesse de la lumière, pourrait être différentes d’un Univers à l’autre.
Par exemple il suffit que la valeur de la Gravitation soit plus forte dans un Univers pour que celui n’est pas le temps de se développer, les astres s’effondreraient sur eux-mêmes et aurait du mal à rayonner, etc….
Ou si la Gravitation est trop faible dans un autre Univers, la matière aurait du mal à « s’agglutiner » pour former des astres, des galaxies et des structures complexes.
NB : il existe d’autres scénari cosmologique, pour l’explication du Big Bang.
Par exemple ceux, issues de la théorie des cordes, plus particulièrement de la théorie M,
initiée par Ed WITTEN, qui décrit les particules comme de minuscules cordes vibrant.
Et la théorie M dit qu’à partir d’une source, les cordes formeraient des membranes, qu’on appelle
des BRANES se développeraient à l’infini.
On représente souvent les Branes, sous formes de surface plane.
La ou les théories des cordes comportent plus que 3 dimension d’Espace + celle du Temps, il y en aurait 9, 10, 11….
Ed WITTEN en a rajouté une supplémentaire avec sa théorie M, qui a son importance dans ses développements en cosmologie.
Il existerait toutes sorte de Branes , de différentes dimensions (2D Branes, 3D Branes° ;
L’Univers pourrait être une de ces Branes, en fait il existerait de nombreux Univers parallèles, de nombreuses Branes Univers, qui seraient parallèles et séparés les uns des autres d’à peine quelques centimètres voire même quelques millimètres justement par cette dimension supplémentaire de la théorie M.
Et le Big Bang dans tout ça, et bien, il arrive de temps en temps , tout les 20, 30…..milliards d’années, que ces Branes Univers parallèles se rapprochent et s’entrechoquent pour finir par rebondir, c’est un
Big Bang, et le phénomène est cyclique.
Voila, il y aurait surement beaucoup à dire, mais il faut bien s’arrêter un jour !
» modifié le 10 février à 22h45 par Patgreen
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