Modéles d'Univers

Univers d'Einstein

L'Univers d'Einstein est fondé sur le principe cosmologique proposé par Einstein pour l'occasion, à savoir l'idée que l'univers est homogène et isotrope. Pour des raisons qui semblent d'ordre philosophique, Einstein lui a adjoint l'hypothèse que celui-ci était statique, immuable. Sous l'effet de la gravité, les différents objets de l'univers s'attirent les uns les autres et ont donc tendance à se rapprocher. Pour contrebalancer cette attraction, Einstein a été amené à introduire l'équivalent d'une force répulsive dans l'univers, qu'il a appelé constante cosmologique. Cette hypothèse, qui rétrospectivement apparaît extrêmement ad hoc au vu du contexte, permet d'établir un équilibre entre phénomènes attractifs et répulsifs. Pour que cet équilibre puisse exister, il est nécessaire que la courbure spatiale de l'univers soit positive, autrement dit que l'univers soit d'extension finie, mais sans bord, un peu comme la surface bidimensionnelle d'une sphère. La staticité de l'univers est alors assurée si une certaine relation entre constante cosmologique, densité de matière et courbure spatiale est satisfaite.

Univers de Gödel

L'univers de Gödel est une solution aux équations de la relativité générale publiée par le mathématicien Kurt Gödel en 1949.

Cette solution possède plusieurs propriétés remarquables. Elle décrit un univers en rotation, c'est-à-dire un univers qui possède une direction privilégiée que l'on peut localement assimiler à un axe de rotation. Par ailleurs, la structure de l'espace-temps permet l'existence de courbes de genre temps refermées sur elles-mêmes. Ces travaux sont à l'origine de la recherche d'un plus grand nombre de solutions exactes aux équations d'Einstein.

Univers de Milne

L'Univers de Milne ou modèle de Milne est un ancien modèle cosmologique proposé par Edward Arthur Milne. Il est classiquement interprété comme étant la limite d'un Univers en expansion quand la densité de matière devient négligeable devant la densité critique. Du fait que l'Univers de Milne est essentiellement vide de matière, il peut être décrit dans le seul cadre de la relativité restreinte, sans avoir à utiliser la machinerie plus complexe de la relativité générale, d'ordinaire indispensable pour la description de tout modèle cosmologique.

Quand on décrit un Univers en expansion, on fait d'ordinaire l'hypothèse que l'on peut illustrer le phénomène d'expansion de l'Univers par la trajectoire qu'adoptent des objets de masse arbitraire emportés par le flot d'expansion. L'évolution de la distance entre de tels objets, parfois appelés techniquement observateurs comobiles, est décrite par une quantité appelée facteur d'échelle. L'Univers de Milne peut être vu comme la limite d'une telle configuration quand la densité d'énergie tend vers zéro. Les objets symbolisant l'expansion sont donc supposé de masse suffisamment faible pour que celle-ci n'affecte pas notablement la dynamique de l'expansion dans ce cas limite.

Univers de de Sitter

L'univers de de Sitter (en anglais : de Sitter Universe) est un modèle cosmologique dans lequel la seule contribution à la densité d'énergie provient de la constante cosmologique.

C'est une solution exacte des équations de la relativité générale correspondant physiquement à un univers homogène, isotrope, vide de matière mais rempli d'une constante cosmologique positive et notée ici \Lambda. C'est un espace de courbure positive (valant 4\Lambda) bien que sa courbure spatiale puisse être quelconque. Il porte le nom du physicien Willem de Sitter.

Univers ekpyrotique

L'univers ekpyrotique ou scénario ekpyrotique, du grec ekpyrosis (« embrasement »), est un modèle cosmologique décrivant l'origine de l'univers. Ce modèle est une alternative au paradigme de l'inflation cosmique mais les deux se fondent sur l'idée que le modèle ΛCDM est une description fidèle de l'univers primordial.

Il fait référence au modèle cosmologique des stoïciens de l'éternel retour proposant un cycle sans fin d'embrasement de l'univers suivi d'un développement à l'identique du nouvel univers.

Le modèle ekpyrotique est un des éléments du modèle cyclique et aussi du modèle branaire. Le modèle branaire peut donner lieu à des théories non conventionnelles concernant le Big Bang.

Selon ce modèle, notre univers serait situé sur une brane, un objet étendu en théorie des cordes. Toutes les galaxies que nous voyons, toute la lumière qui nous parvient ferait partie de cette brane et ne peut en sortir, hormis la gravitation qui elle voit toutes les dimensions de l'espace-temps total. L'Univers constituant notre brane flotterait dans un super-univers constitué de dimensions supplémentaires. Notre Univers ferait partie d'un ensemble plus vaste.

Dans ce scénario, le Big Bang serait un échange d'énergie monumental, qui se produirait lorsque deux branes se touchent. L'une transmet une quantité phénoménale d'énergie et de matière sous forme très condensée à l'autre, et l'autre fait de même. C'est cet échange d'énergie qui serait à la base du Big Bang selon cette théorie. Notre Univers aurait déjà subi plus d'un Big Bang et cet évènement se renouvellerait donc à nouveau.

Univers en tore bidimensionnel

L’univers en tore bidimensionnel est un modèle cosmologique simpliste dont le but est de comprendre certains aspects de la relativité dans le cas ou l'univers est compact et sans bord, comme un tore.

Un tel univers présente des mirages topologiques marqués par une répétition orthogonale du contenu de l'univers. C'est donc un univers multiconnexe.

Un photon qui dépasse une frontière se retrouve du côté opposé. On observe ainsi le motif de l'univers répété dans les deux directions.

Univers fractal

le modèle de l'univers fractal désigne un modèle cosmologique dont la structure et la répartition de la matière possèdent une dimension fractale, et ce, à plusieurs niveaux. De façon plus générale, il correspond à l'usage ou l'apparence de fractales dans l'étude de l'Univers et de la matière qui le compose.

Ce modèle présente certaines lacunes lorsqu'il est utilisé à de très grandes ou de très petites échelles

Vue d'artiste des univers bulles d'Andrei Linde.

Univers hésitant

Le terme d’univers hésitant se réfère à un modèle cosmologique décrivant un univers homogène et isotrope c’est-à-dire de type Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker dont l’expansion passe dans un premier temps par une phase décélérée (les distances entre les objets augmentent de moins en moins vite au cours du temps), puis une phase presque statique, puis une phase d’expansion accélérée. Ce modèle a pour la première fois été proposé par Georges Lemaître.

Univers mixmaster

L'univers mixmaster est une solution des équations de la relativité générale d'Einstein étudiée par Charles Misner en 19691. Elle décrit l'évolution temporelle d'un univers vide de matière, homogène mais anisotrope, dont le taux d'expansion diffère dans les trois directions d'espace. Ce modèle correspond au type IX de la classification de Bianchi. Il s'intéresse particulièrement à l'évolution de l'univers au voisinage d'une singularité gravitationnelle comme le Big Bang.

Big Bounce

Le Big Bounce, ou Univers phénix, est un modèle cosmologique cyclique impliquant une évolution de l'Univers menant à l'alternance entre Big Bang et Big Crunch. Dans ce modèle, un Big Crunch est immédiatement suivi d'un Big Bang

Schéma représentant le Big Crunch.

Date de dernière mise à jour : 17/10/2016