Big Bang : Début de Tout

Description de l'image : Représentation oblongue de l'évolution de l'univers sur 13,77 milliards d'années (expansion en 3D sur un plan plat). L’extrême gauche représente le premier instant de l'Univers avant sa croissance exponentielle dans toutes les directions. Sa taille est représentée par l'étendue verticale de la grille dans ce graphique. Cette représentation en 3D sur un plan plat montrent l'expansion de l'Univers observable, ce qui n'est pas parfait. En réalité, il est plus comme une sphère, avec nous au centre. Crédit image : Wikimedia Commons (Domaine public).

Naissance de l'univers !

Il y a 13,77 milliards d’années une formidable explosion appelée le Big Bang, donne naissance à l’espace, au temps et à la matière. Dans ce chaos d’une chaleur inimaginable, une bulle va enfler, s’étendre dans toutes les directions et se refroidir tout doucement.
Le terme de "Big Bang" a été inventé dans les années 1950 par l'astrophysicien anglais Fred Hoyle (1915-2001) pour désigner avec ironie le concept "d'explosion originelle". Ce modèle cosmologique a été développé dans les années 1920 par l'astrophysicien belge Georges Lemaître (1894-1966) et le physicien russe Alexander Friedmann (1888-1925).
L'histoire du Big Bang ne préjuge pas de l’existence d’un "instant initial" ou d’un commencement.
Cependant, aujourd’hui encore, on capte dans le ciel une trace de cette origine que l'on nomme "rayonnement fossile". Ce rayonnement est un rayonnement de micro-ondes à basse température, de l'ordre de 3 K. Ce rayonnement nous parvient depuis toutes les directions du cosmos. On l'appelle ainsi parce qu'il forme un arrière-plan à toutes les sources radio ponctuelles qui ont été détectées par les radiotélescopes.
Le Big Bang fut détecté en 1965 par Arno Allan Penzias (1933-2024) et Robert Woodrow Wilson (1936-). Ils seront récompensés par le Prix Nobel de physique en 1978.

Naissance du temps !

Au commencement il n'y a rien, pas de matière, pas de vide, le temps et l'espace n'existent pas. D'un point plus petit qu'un atome, une énergie infinie va engendrer l'univers.
Tout commence une infime fraction de seconde après l’explosion originelle, le Big Bang. Le temps commence à se dérouler, le cosmos tout entier va se dessiner d'un seul coup. C'est le plus grand mystère de tous les temps.
Avant cette période, on ne sait rien, il n’y a pas de temps zéro, le temps n'existe pas, nous n'avons aucune donnée pour dire qu'il y a quelque chose. Pour les scientifiques, l’horloge cosmique frappe son premier coup à 10^-43 seconde (temps de Planck). L’univers est un vide bouillonnant d’énergie très dense incroyablement chaud, ensuite on le suppose, il enfle brusquement, c’est l’inflation. A 10^-32 seconde, des premiers éléments de matière accompagnés d’antimatière émergent (particules élémentaires et antiparticules).
Ensuite, la force nucléaire forte, au temps 10^-6 seconde, c'est-à-dire 1 millionième de seconde, va assembler les quarks, 3 par 3 pour donner les protons et les neutrons et former les noyaux (hydrogène, hélium).

Naissance de la masse !

A 3 minutes, 98 % de la masse de l’univers est constituée. Rien de nouveau jusqu'à 380 000 ans, la fin de l’ère radiative.
Commence alors l'ère matérielle et apparait la deuxième force, la force électromagnétique. Elle construit les atomes d’hydrogène et d’hélium en combinant les électrons aux noyaux. L'Univers toujours en expansion et en refroidissement voit la force gravitationnelle regrouper les atomes en structures plus complexes. C’est la naissance des galaxies et des étoiles.

Naissance de la matière !

Selon le modèle théorique du Bigbang, le rayonnement fossile de micro-ondes est un résidu de l'énergie régnant au moment de la formation des premiers atomes stables de l'Univers. Le rayonnement devient matière. Cela se passe environ 380 000 ans après l'explosion primordiale. Des données du satellite COBE (Cosmic Background Explorer) ont montré que ce rayonnement n'est pas aussi uniforme que le croyaient les scientifiques. Des zones d'intensité variable apparaissent arbitrairement. Ces fluctuations de densité de l'Univers primordial seraient à l'origine de la formation des galaxies.

Tranches d'espace-temps de l'Univers observable

Image : Représentation de l'Univers observable sous forme de tranches d'espace 2D. Cette représentation est fausse car depuis le Big Bang l'Univers s'étend dans toutes les directions. Crédit image : Par Design Alex Mittelmann, Coldcreation, CC BY-SA 3.0, Lien.

L'Univers observable est représenté ici par un empilement de tranches en 2 dimensions chacune représentant l'image de l'Univers dans le passé (comme les images d'un film). Le dernier cercle situé au sommet, le plus grand, représente l'univers d'aujourd'hui. Les diamètres des cercles représentent la taille de l'Univers qui diminue au fur et à mesure que l'on remonte dans le passé.
Mais en réalité l'Univers s'étend dans toutes les directions. Il faut donc remplacer chaque tranche c'est-à-dire chaque cercle par une sphère. Nous aurions ainsi, non pas un empliement de cercles en 2 dimensions mais un empilement de sphères en 3 dimansions, ce qui est impossible à imaginer pour notre cerveau.
Dans cette représentation imparfaite, nous sommes comme toutes les galaxies de l'univers sur le dernier cercle. A cause de l'expansion de l'Univers, tout semble s'éloigner de nous, quelle que soit la direction dans laquelle on regarde. C'est comme se tenir sur la surface d'un ballon et le regarder se gonfler.
Nous ne pouvons pas voir au-delà du cercle qui est notre horizon, car la lumière a une vitesse finie. La lumière des objets au-delà de cet "horizon cosmique" n'a pas eu assez de temps pour nous atteindre depuis le Big Bang.
Le "ballon" gonfle mais l'horizon ne s'éloigne pas, ainsi les galaxies proches de l'horizon finissent par disparaitre.
Au-delà de l'univers observable, il y a probablement une infinité de galaxies, que nous ne pouvons pas voir. Il est même possible qu'il y ait une infinité d'univers !