LE BING BANG

Avant le big bang :

Le temps a été créé par le Big Bang - nous ne savons pas s'il existait avant le Big Bang. Il est toutefois très difficile de répondre à une telle question. Certaines théories suggèrent que notre univers appartient à une infinité d'univers (appelés un 'multivers') en création perpétuelle. Ceci est possible, mais extrèmement difficile à prouver.

Bigbang             

                              

Le Big Bang : définition et explications

L'histoire de l'Univers tel que nous le connaissons a commencé il y a environ 13,7 milliards d’années par une phase très dense et très chaude : le Big Bang. Nous vous proposons de découvrir la théorie du Big bang et les preuves qui appuient cette théorie.

Qu'est-ce que le Big Bang ?

Le Big Bang peut se définir comme le commencement de l’Univers tel que nous le connaissons aujourd’hui. On situe cette époque dense et chaude de l’univers primordial il y a environ 13,7 milliards d’années. 

La théorie du Big bang postule qu’il y a environ 13,7 milliards d’années, l’Univers était à la fois très dense et très chaud et avait une taille de quelques millimètres seulement. 

De façon générale, le terme "big bang" est associé à toutes les théories selon lesquelles notre univers est en expansion et a été plus dense et plus chaud par le passé. 

Bigbang imageDu fait de l’expansion, l’Univers était par le passé plus dense et plus chaud. La chronologie du Big Bang revient essentiellement à déterminer à rebours l’état de l’Univers à mesure que sa densité et sa température augmentent dans le passé.

Quelles sont les preuves de la théorie du Big Bang ?

La théorie du Big Bang a pu être confirmée en 1965 avec la découverte du fond diffus cosmologique, un rayonnement micro-onde qui baigne tout l’espace et qui est comme un "écho lumineux" du big bang. 

En effet, bien que l’Univers actuel soit incomparablement plus vaste et plus froid, les scientifiques peuvent observer dans ce rayonnement des vestiges de sa période chaude primitive. 

Une autre preuve à l’appui du modèle cosmologique du Big Bang est l’abondance dans l’univers des éléments légers (différents isotopes de l’hydrogène, de l’hélium et du lithium) qui se sont formés pendant la phase chaude primordiale. 

Fond cosmologique diffus Le fond diffus cosmologique

Big Bang ou état stationnaire ?

La découverte de l’expansion de l’Univers prouve que celui-ci n’est pas statique, mais laisse place à plusieurs interprétations possibles :

soit il y a conservation de la matière (hypothèse a priori la plus réaliste), et donc dilution de celle-ci dans le mouvement d’expansion, et, dans ce cas, l’Univers était plus dense par le passé : c’est le Big Bang ;
soit on peut imaginer, à l’inverse, que l’expansion s’accompagne d’une création (voire d’une disparition) de matière. Dans ce cadre-là, l’hypothèse la plus esthétique est d’imaginer un phénomène de création continue de matière contrebalançant exactement sa dilution par l’expansion. Un tel Univers serait alors stationnaire.

310px universe expansion frSelon le modèle du Big Bang, l’Univers actuel a émergé d’un état extrêmement dense et chaud il y a un peu plus de 13 milliards et demi d’années. 

http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AUniverse_expansion_(fr).PNG

By Utilisateur: Kyle_the_hacker 17h26, le 9 Novembre 2006 (UTC) [Public domain], via Wikimedia Commons

L’évolution des galaxies

Le modèle du Big Bang présuppose que l’Univers ait été par le passé dans un état bien plus homogène qu’aujourd’hui. La preuve en est apportée par l’observation du fond diffus cosmologique dont le rayonnement est extraordinairement isotrope : les écarts de température ne varient guère plus d’un cent-millième de degré selon la direction d’observation.

Il est donc supposé que les structures astrophysiques (galaxies, amas de galaxies) n’existaient pas à l’époque du Big Bang mais se sont peu à peu formées. Le processus à l’origine de leur formation est d’ailleurs connu depuis les travaux de James Jeans en 1902 : c’est l’instabilité gravitationnelle.

Le Big Bang prédit donc que les galaxies que nous observons se sont formées quelque temps après le Big Bang, et d’une manière générale que les galaxies du passé ne ressemblaient pas exactement à celles que l’on observe dans notre voisinage. Comme la lumière voyage à une vitesse finie, il suffit de regarder des objets lointains pour voir à quoi ressemblait l’univers par le passé.

Big bang galaxie

L’observation des galaxies lointaines, qui d’après la loi de Hubble ont un grand décalage vers le rouge montre effectivement que les galaxies primordiales étaient assez différentes de celles d’aujourd’hui : les interactions entre galaxies étaient plus nombreuses, les galaxies massives moins nombreuses, ces dernières étant apparues plus tard des suites des phénomènes de fusion entre galaxies. De même, la proportion de galaxies spiraleelliptique et irrégulière varie au cours du temps.

L’ère de Planck — La cosmologie quantique.

Schéma simplifié du Big Bang                     

 

1 : Big Bang                                                              
2 : Inflation                   Bigbang simplifieBy R ogilbert (Propre travail) [<font><font>Domaine public </font></font>], via Wikimedia Commons
3 : Nucléosynthèse
4 : Formation des galaxies

Au-delà de la phase d’inflation, et plus généralement à des températures de l’ordre de la température de Planck, on entre dans le domaine où les théories physiques actuelles ne deviennent plus valables, car nécessitant un traitement de la relativité générale incluant les concepts de la mécanique quantique. Cette théorie de la gravité quantique, non découverte à ce jour mais qui sera peut-être issue de la théorie des cordes encore en développement, laisse à l’heure actuelle place à des spéculations nombreuses concernant l’Univers à cette époque dite ère de Planck. Plusieurs auteurs, dont Stephen Hawking, ont proposé diverses pistes de recherche pour tenter de décrire l’Univers à ces époques. Ce domaine de recherche est ce que l’on appelle la cosmologie quantique.

Problème de la platitude

Les différents types de géométries possibles pour l’Univers.

Un autre problème qui apparaît quand on considère l’étude de l’évolution de l’univers est celui de son éventuel rayon de courbure.

Planitude

La relativité générale indique que si la répartition de matière est homogène dans l’univers, alors la géométrie de celui-ci ne dépend que d’un paramètre, appelé courbure spatiale. Intuitivement, cette quantité donne l’échelle de distance au-delà de laquelle la géométrie euclidienne (comme le théorème de Pythagore) cesse d’être valable. Par exemple, la somme des angles d’un triangle de taille gigantesque (plusieurs milliards d’années-lumière) pourrait ne pas être égale à 180 degrés. Il reste parfaitement possible que de tels effets, non observés, n’apparaissent qu’à des distances bien plus grandes que celles de l’univers observable.

Néanmoins un problème apparaît si l’on remarque que cette échelle de longueur, appelée rayon de courbure, a tendance à devenir de plus en plus petite par rapport à la taille de l’univers observable. En d’autres termes, si le rayon de courbure était à peine plus grand que la taille de l’univers observable il y a 5 milliards d’années, il devrait être aujourd’hui plus petit que cette dernière, et les effets géométriques sus-mentionnés devraient devenir visibles. En continuant ce raisonnement, il est possible de voir qu’à l’époque de la nucléosynthèse le rayon de courbure devait être immensément plus grand que la taille de l’univers observable pour que les effets dus à la courbure ne soient pas encore visibles aujourd’hui. Le fait que le rayon de courbure soit encore aujourd’hui plus grand que la taille de l’univers observable est connu sous le nom de problème de la platitude.

Le modèle standard de la cosmologie

La construction de ce qui est désormais appelé le modèle standard de la cosmologie est la conséquence logique de l’idée du Big Bang proposée dans la première partie duxxe siècle. Ce modèle standard de la cosmologie, qui tire son nom par analogie avec le modèle standard de la physique des particules, offre une description de l’univers compatible avec l’ensemble des observations de l’univers. Il stipule en particulier les deux points suivants :

  • L’univers observable est issu d’une phase dense et chaude (Big Bang), durant laquelle un mécanisme a permis à la région qui nous est accessible d’être très homogène mais de présenter de petits écarts à l’homogénéité parfaite. Ce mécanisme est probablement une phase de type inflation, quoique d’autres mécanismes aient été proposés.
  • L’univers actuel est empli de plusieurs formes de matières :

Un très grand nombre d’observations astronomiques rendent ces ingrédients indispensables pour décrire l’univers que nous connaissons. La recherche en cosmologie vise essentiellement à déterminer l’abondance et les propriétés de ces formes de matière, ainsi qu’à contraindre le scénario d’expansion accélérée de l’univers primordial (ou d’en proposer d’autres). Trois ingrédients de ce modèle standard de la cosmologie nécessitent de faire appel à des phénomènes physiques non observés en laboratoire : l’inflation, la matière noire et l’énergie noire. Néanmoins, les indications observationnelles en faveur de l’existence de ces trois phénomènes sont telles qu’il semble extrêmement difficile d’envisager d’éviter d’y faire appel. Il n’existe de fait aucun modèle cosmologique satisfaisant s’affranchissant d’un ou plusieurs de ces ingrédients.

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sources wikipedia

 

 

 

Le fond diffus cosmologique, découvert en 1965 est le témoin le plus direct du Big Bang. Depuis, ses fluctuations ont été étudiées par les sondes spatiales COBE (1992), WMAP (2003) et Planck (2009).

 

 

 

 

 

BigBangNoiseBy NASA (map.gsfc.nasa.gov/m ig / 030644 / 030644.html) [Public domain], via Wikimedia commons

 

 

Date de dernière mise à jour : 28/02/2016