A l’origine de l'Univers
. Le Big Bang ne s’est pas produit à l’instant t = 0, mais après un instant très petit, dit de « Planck », qui vaut 10-43 s, soit après un temps 10 millions de milliards de milliards de milliards de milliards de fois plus petit qu’une seconde. Cette durée, relativement inférieure à celle d’un éclair rapportée aux 13,8 milliards d’années de l’Univers, est la plus petite unité de temps qui ait un sens physique.
Jusqu’à cet instant, dans un espace infime de 10-35 mètre, à une température de 1032 °Kelvin, et une énergie de 1019 GeV, il n’y aucune matière, mais de l’énergie pure ! La quantité de masse-énergie à cet instant est désormais définitivement fixée. L’Univers peut alors se dilater d’un facteur 1036 sur une durée de 10-35 seconde et les premières particules élémentaires apparaissent.
. Stephen Hawking, au début des années 1980, a considéré qu'à l’instant zéro, soit 10-43 s avant le Big Bang, il y eut un « temps imaginaire » où la « matière » n’aurait alors été qu’« information primordiale », un code d’essence mathématique. Mais qui aurait pu « programmer » ce Big Bang et l’évolution de l’Univers au long des milliards d’années avec la précision requise ? Une précision estimée par Roger Penrose en 1989 à 10123 (10 puissance 123, 10 multiplié 123 fois par lui-même) ! Même en écrivant un zéro sur toutes les particules de l’Univers, on n’en viendrait pas à bout ! A chacun …. son idée !
Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947) était un physicien allemand qui fut l'un des fondateurs de la mécanique quantique (branche de la physique théorique à l'échelle atomique et subatomique).
Stephen Hawking, le célèbre physicien théoricien et cosmologiste britannique, meurt à 76 ans le 14 mars 2018, le jour du 139° anniversaire de la naissance d'Einstein. Il était né le 08 janvier 1942, 300 ans jour pour jour après la mort de Galilée. Atteint depuis plus de 50 ans de la maladie de Charcot, il ne pouvait ni marcher, ni parler et communiquait par le biais d'un ordinateur. Célèbre auprès du grand public pour son activité de vulgarisation, il fut d'abord un cosmologiste qui a travaillé à la description de l'univers et de son histoire dans le cadre de la théorie de la Relativité générale. Ses travaux, qui concernent également les trous noirs, ont porté initialement sur la fameuse singularité cosmologique du Big Bang.
L’Univers : début (création ?)
| 10-43 sec | Ere de Planck . C’est la plus petite unité de temps qui ait un sens physique. Les quatre interactions fondamentales (électromagnétisme, interaction faible, interaction forte et gravitation) sont encore unifiées. |
| Big Bang to + 10-43 sec | Commencement simultané du temps, de l’espace et de la matière/énergie, il y a 13.820.000.000 années (13,799 +/- 0,021 milliards d’années). dans volume de diamètre 10-35 mètre, avec une énergie de 1019 GeV et une température de 1032 degrés Kelvin. L'expression, qui date de 1950, est due au physicien britannique Fred Hoyle. |
| Big Bang + 10-38 sec | Inflation de l'Univers. L'Univers se dilate probablement d'un facteur 1036, sur une durée de 10-35 seconde. |
| Big Bang + 10-35 sec | Ere des quarks. Apparition des premières particules élémentaires. |
| Big Bang + 10-11 sec | Distinction des 4 forces fondamentales : les forces faible et forte qui agissent dans l'infiniment petit et les forces électromagnétique et de gravitation qui se déploient dans l'infiniment grand. Relativement les unes par rapport aux autres : si la force forte vaut 1, la force électromagnétique vaut 1/~137 = ~ 0,0073 ; la force faible vaut 10-6 (0,000.001) et la gravité vaut … 10-39. |
| Big Bang + 10-6 sec | Formation des photons |
| Big Bang + 10-4 sec | Formation des hadrons (protons et neutrons) |
| Big Bang + 10-2 sec | Début de la fusion nucléaire |
| Big Bang + 3 à 15 min | Fin de la fusion nucléaire avec la nucléosynthèse. Apparition de l'hydrogène (~75% de la masse de l'Univers d'alors), de l'hélium (~25%), du lithium et du deutérium. |
| Big Bang + 20 min | Composition de la matière terminée et composée de noyaux d'hydrogène (92% en nombre), de noyaux d'hélium (8%), de traces de deutérium (0,002%) et de lithium en quantité infinitésimale (10 |
| -13.460.000.000 | Fin de l'ére des photons. Première émission de lumière (CMB : Cosmic Microwave Background) par un Univers à 3.000 degrés Kelvin |
| -13.400.000.000 | Apparition de la matière (hydrure d'hélium, HeH+, atomes et molécules ionisées formées à partir de l'hélium) et de l'énergie, ce qui aurait contribué au refroidissement de l'Univers et donc à la formation des étoiles : début de la physique et de la chimie ; début des "âges sombres". |
| -13.100.000.000 | L'univers observable des étoiles commence à s'allumer et à ré-ioniser la matière baryonique qui était devenue neutre après la naissance des atomes. |
| -10.000.000.000 | Création des atomes lourds dans les étoiles de première génération devenues supernovas à la fin de leur vie. |
| -4.700. 000.000 | Naissance du soleil (étoile de troisième génération) et du système solaire. Précambrien : le premier réchauffement climatique « monstrueux » ! |
| -4.540.000.000 | Formation de la planète Terre avec son atmosphère. La Lune suivra dans 20.000.000 d'années. |
| -3.800.000.000 | Première vie unicellulaire avec ADN en milieu aquatique. Certaines molécules s'associent en structures compliquées : émergence des organismes. Commencement de la biologie. |
L’Univers : expansion, vie et fin (?)
. Pour calculer la taille de l’Univers, il faut prendre en compte son expansion. Nos connaissances actuelles permettent d’affirmer que l’Univers observable est en expansion depuis le Big-Bang, il y a 13,8 milliards d’années. La limite « actuelle » de l’Univers est donc beaucoup plus éloignée que les 13,8 milliards d’al. En fait, les modèles cosmologiques basés sur les observations (identification en 1965 du rayonnement électromagnétique dit « fossile » émis peu de temps -300 000 ans- après le Big-Bang) et la théorie de la relativité générale montrent que le diamètre de l’Univers est d’environ 93,8 milliards al. En effet, l’objet céleste qui a émis, à la date de 300.000 ans, ce photon « fossile » se trouve aujourd’hui à une distance beaucoup plus grande. Pour la calculer, il faut une théorie de cette expansion. Dans le cadre du « modèle standard de la cosmologie », on trouve 46,9 milliards d’années-lumière (al). Ce serait donc la dimension du rayon de la sphère univers, car comme le rayonnement fossile a les mêmes propriétés dans toutes les directions, la géométrie de cet univers observable est celle d’une sphère.
La limite de l’Univers observable est relative et n’a pas de signification physique. L’Univers dans son ensemble, en expansion permanente, doit s’étendre bien au-delà de cette limite et peut-être même est-il infini ! Ces espaces nous seront à tout jamais inaccessibles. Les modèles qui tentent de les décrire ne pourront donc pas être vérifiés par l’observation et la question de la taille de l’Univers dans son ensemble ne trouvera jamais de réponse.
Le diamètre de cette sphère, 93,8 milliards d’années-lumière (al) est égal à environ 887 x 1021 km (la distance parcourue par la lumière en une année étant égale 9.461 milliards de km). Il se formerait 4 à 5 étoiles par an dans notre galaxie, ce qui correspond environ à 300.000 étoiles nouvelles toutes les secondes dans les 2.000 milliards de galaxies de l’Univers observable.
| 4.500.000.000 années | avant la « mort » du soleil, devenu alors une planète rouge qui se sera étendue jusqu’à Mars en ayant consommé toute son énergie. |
| 1.000.000.000.000 (1.000 milliards) à 100.000.000.000.000 (100.000 milliards) années | avant la « fin » des étoiles. |
| 1030 années | avant que l’Univers manque d’énergie et rende impossible une vie quelconque. |
| 1032 à 1034 années | avant la désintégration des protons et la disparition des neutrons. |
| 10100 années | avant la mort thermique de l’Univers dilaté et donc la fin de toute activité (Dark Era). |
. A la "Dark Era", tous les soleils seraient éteints avec une température égale au zéro absolu [0°K (Kelvin) = −273,15 °C (Celsius) ou −459,67 °F (Fahrenheit)]. L'entropie alors à son maximum rend impossible toute réaction thermodynamique.
. Une alternative, imaginée en 2003, pourrait être le « Big Rip » avec un clap de fin prévu dans seulement 22 milliards d’années ! D’autres alternatives au Big Bang ou sur l’Univers lui-même, au nombre d’une vingtaine, spéculations émises par des scientifiques imaginatifs, mais sans confirmation ni consensus scientifiques, amènent parfois à des estimations qui laissent également rêveur : la taille de l’Univers serait au moins 1023 fois supérieure à celle de l’Univers observable ; la densité de matière indépassable serait égale à 5 x 1096 kg/m3 ; les trous noirs disparaitraient au bout de 10100 années ; …
. Ou encore : si l’Univers est créé par un choix aléatoire de paramètres, la probabilité qu’il contienne des étoiles est de 1 chance sur 10229 !