FAQ

Toutes les galaxies s'éloignent de nous.
On pourrait croire que la voie lactée est le centre de l'Univers, hélas l'Univers s'est arrangé de telle sorte que les habitants de chaque galaxie voient exactement la même chose que nous. Ils observent tous les galaxies les fuir et ils ont tous l'illusion qu'ils sont au centre de l'Univers.
L'Univers est partout le même. Le centre du monde est partout, au début de l'Univers nous étions tous au centre.
Comment l'Univers a-t-il pu jouer ce tour de passepasse ?
Tout simplement en se servant du fait que la vitesse de fuite d'une galaxie est proportionnelle à sa distance.
Sur une autoroute, à la tombée de la nuit, une file de voitures quitte Paris. La vitesse à laquelle chaque voiture roule est d'autant plus grande qu'elle est plus éloignée de Paris. 
Julie n'est qu'à 1 Km de Paris. Sa voiture roule à 10 Km/h.
Pierre est 2 fois plus loin, à 2 Km de Paris et conduit à 20 Km/h. 
Isabelle à 3 Km et roule à 30 Km/h. Rémi à 4 Km et roule à 40 Km/h.
Pierre constate que la voiture de Julie qui est à 1 Km derrière lui s'éloigne de la sienne à 10 Km/h.
Isabelle à 1 Km devant lui, s'éloigne aussi à 10 Km/h, tandis que Rémi à 2 Km devant lui s'éloigne à 20 Km/h.
Isabelle constate exactement les mêmes mouvements que Pierre, elle voit Pierre et Rémi à 1 Km de distance s'éloigner à 10 Km/h, tandis que Julie à 2 Km creuse son écart à 20 Km/h. Chaque conducteur voit les autres s'éloigner de lui à une vitesse qui augmente de 10 Km/h pour chaque Km de distance.
Exemple tiré du livre de Trinh Xuan Thuan "La mélodie secrète".

Les planètes tournent sur leurs orbites. Cet équilibre est maintenu grâce à la force centrifuge qui compense la force de gravitation du Soleil. Les planètes les plus rapprochées sont plus fortement attirées que les plus lointaines. En conséquence, les vitesses décroissent avec la distance (40 km/s pour Mercure jusqu'à 4 km/s pour pluton). Pluton 100 fois plus loin que Mercure se déplace 10 fois plus lentement. Toutes ces vitesses nous permettent de calculer la masse du Soleil qui est de 2x10³⁰ kg ou bien 333 000 fois la masse de la Terre ce qui est plus facile à retenir.

Les observations de Hubble nous suggèrent un calcul simple. Nous mesurons la vitesse et la distance des galaxies. Combien de temps ont-elles mis pour atteindre cette distance en s'éloignant à cette vitesse ? La réponse nous donne une évaluation approximative de l'âge de l'Univers. Certaines étoiles de notre Galaxie brillent depuis plus de 13 milliards d'années.

Dans un espace plan, la somme des 3 angles d'un triangle est de 180°. Dans un espace sphérique elle est supérieure à 180°; dans un espace hyperbolique, elle est inférieure.
On a jamais pu mettre en évidence une quelconque courbure de l'espace cosmique.
Son rayon est supérieur à plusieurs milliards d'années lumière.
La courbure de l'espace est reliée de près à la densité de matière (Einstein). Un univers de densité critique aurait une géométrie plane.
Si la densité est supérieure à la densité critique, l'espace est courbé comme une surface sphérique, si elle est inférieure, il est courbé comme une surface hyperbolique.
La courbure de la sphère correspond à celle d'un univers fermé et de volume fini, qui finit par se contracter.
La courbure hyperbolique correspond à celle d'un univers ouvert de volume infini et de durée illimitée.

L'univers observé par nos télescopes montre un rayon de 15 milliards d'années lumière. Il contient 100 milliards de galaxies et 10⁸⁰ nucléons.
Plus on recule vers la passé, plus cette masse de matière se concentre dans un espace restreint.
Cette théorie nous dit qu'au départ elle était contenue dans un volume minuscule. Seulement notre univers observable n'est qu'une petite partie de l'univers réel.

Cette mesure se fait à partir de l'effet Doppler-Fizeau. Par rapport à sa couleur réelle, la lumière d'un astre qui s'approche parait plus bleue; s'il s'éloigne, elle est plus rouge. L'observation en a été faite par Edwin Hubble en 1930. Les galaxies s'éloignent d'autant plus vite qu'elles sont plus distantes.
Une galaxie située à 10 millions d'années lumière s'éloigne à 200 km/s, tandis qu'une galaxie située à 100 millions d'AL s'éloigne à 2000 km/s.
Un trio de galaxies forme un triangle dont la surface augmente sans que ses angles changent.
Les galaxies sont entrainées par l'étirement de l'espace. Ceci donna naissance à la théorie du Big Bang.

Les étoiles et les galaxies sont constituées de 98% d'hydrogène et d'hélium avec toujours la même proportion, 3/4 d'hydrogène et 1/4 d'hélium.
Dans la nature, Il n'y a pas de noyaux stable constitué de 5 ou de 8 nucléons. Ces structures se désintègrent quasi spontanément.
Ces brèches dans la séquence des noyaux stables expliquent en partie pourquoi le Big Bang n'a pas produit davantage de noyaux lourds.
La chaine des captures successives de nucléons s'y trouve interrompue.

Nous savons depuis longtemps que notre planète tourne autour du Soleil et que celui-ci tourne autour de la Voie lactée. Ce mouvement combiné à celui de notre Galaxie dans l'Amas de la Vierge et à celui de cet Amas dans l'Univers, compose un mouvement global. Cependant il n'y a pas de mouvement absolu. On se déplace par rapport à un repère supposé immobile. Le repère ici est l'ensemble des particules du rayonnement fossile.
Cette vitesse mesurée est de 620 km/s.
Le groupe local fait partie d'un énorme complexe de 10 000 galaxies assemblées dans des amas s'étendant sur quelques 200 millions d'années lumières, appelé Superamas local ou Superamas de la Vierge. Le Superamas de la Vierge et les Superamas de l'Hydre et du centaure tombent eux-mêmes vers une autre grande agglomération d'amas de galaxies que l'on appelle le Grand Attracteur.
De notre socle terrestre, nous participons à un fantastique ballet cosmique : la Terre nous propulse à 30 km/s autour du Soleil qui fend l'espace à 230 km/s autour de la Voie lactée. Celle-ci tombe à son tour vers la galaxie d'Andromède à 90 km/s, chacune de ses galaxies se précipitent à 45 km/s vers le centre du Groupe local, notre amas de galaxies.
Le Groupe local se déplace à 600 km/s attiré par l'amas de galaxies de la Vierge et du superamas de l'Hydre et du Centaure, qui tombe à son tour vers le grand Attracteur.

La matière, nébuleuses, étoiles, planètes, molécules, atomes est constituée de protons, de neutrons et d'électrons. Protons et neutrons (nucléons) sont composés de quarks. Les quarks existent en 6 "saveurs" u,d,s,c,t,b. Le proton est fait de 2 quarks u et 1 quark d. Le neutron est constitué de 2 quarks d et 1 quark u.
Chaque quark possède un autre propriété nommée "couleur"; Il y en a 3 "bleue", "verte" et "rouge".
Les noyaux atomiques sont des agrégats de protons et de neutrons. Les atomes sont constitués d'un noyau autour duquel orbitent des électrons.
A chaque atome correspond un élément chimique. Il y en a une centaine.
Chacun porte un numéro qui spécifie le nombre de protons dans son noyau ainsi que le nombre d'électrons de son cortège orbital. Le N° 1 est l'hydrogène, le 2 l'hélium, le 6 est le carbone, le 26 est le fer, le 82 le plomb...

Ce sont des particules sans masse qui voyagent à la vitesse de la lumière et qui sont émis en abondance par les étoiles.
Ils interagissent très faiblement avec la matière. Des centaines de milliards de neutrinos traversent notre corps chaque seconde.
Les électrons et les neutrinos appartiennent à la famille de leptons, alors que les quarks et les nucléons sont des baryons ou hadrons.

L'électron est plutôt une sorte de point électrique pesant, dont nul ne sait très bien ni où il est, ni où il va.
Il tourne sur lui-même comme une toupie sans pouvoir s'arrêter et il présente une certaine forme de connivence très discrète (interaction faible) avec la plupart des autres particules. Il appartient à la famille des leptons où il occupe la place d'honneur.
Dans le monde quantique, cela veut dire que lorsqu'une force agit sur lui, elle rencontre un objet sans étendue, en un point bien précis, et non pas une boule qui aurait un certain volume. Si vous voulez prévoir où le trouver, même avec les calculs les plus précis, vous ne pourrez obtenir que des indications assez vagues du genre "cet électron est quelque part par là, dans une zone de quelques 10^-10 mètres et il se dirige à peu près vers le haut à quelques dizaines de milliers de kilomètres par seconde".
Et si vous voulez être plus précis sur sa position, vous serez amené à être encore plus flou à propos de sa direction et de sa vitesse et vice versa.
* voir l'article

La force nucléaire. Elle change la couleur des quarks, colle les quarks en nucléons et les nucléons en noyaux. C’est une force de courte portée (10^-13cm).
- La force électromagnétique soude les atomes en molécules. Son influence diminue avec le carré de la distance.
- La force faible change les électrons en neutrinos et vice versa. Elle change aussi la saveurs des quarks, transformant un quark d en quark u désintégrant un neutron en proton. C’est une force de courte portée (10^-16cm).
- La force de gravité est le lien des galaxies et des étoiles. Elle agit sur toute la matière de façon universelle. C’est une force de portée infinie.
Toutes ces forces sont les agents de cohésion de la nature.

250 ans avant JC Eratosthène mesura l'ombre des colonnes à Syène et à Alexandrie, le 21 juin à midi et connaissant la distance séparant Syène d'Alexandrie, il en déduit la circonférence de la Terre. Il trouva 40000 kms, valeur remarquable pour l'époque.

En 1543 le chanoine polonais Nicolas Copernic remis en cause ce principe vieux de 2000 ans qui disait que la Terre était immobile et les cieux tournaient autour. La Terre fut reléguée au rang des autres planètes pour accomplir une révolution annuelle autour du Soleil. Copernic accorda à la Terre le mouvement et aux étoiles l'immobilité.

La nature est ainsi faite, le caractère double des particules a été vérifié maintes fois dans les laboratoires. Notre bon sens n'est pas un bon guide quand il s'agit du monde de l'infiniment petit. Les particules ont deux aspects. Ils représentent deux descriptions valables de la nature et se complètent l'un l'autre. Dans un paysage atomique, le principe de complémentarité du physicien Neils Bohr vient s'ajouter au principe d'incertitude de Heisenberg.

Après tout, les objets macroscopiques sont fait de particules microscopiques, mais la probabilité qu'un évènement hasardeux arrive, demanderait d'avoir l'éternité devant soi. La réponse est dans le grand nombre de particules, le hasard se neutralise et se fait tout petit au profit du déterminisme. Malgré tout il n'est jamais complètement absent, le flou quantique permettrait à la lune de quitter son orbite si l'on disposait de l'éternité.

Le temps est élastique et malléable. L'espace, aussi. Tous les deux peuvent se dilater, se contracter, s'étirer, se rétrécir à souhait.
Ces deux acteurs du drame cosmique forment un couple bien uni dont les mouvements sont toujours complémentaires. Quand le temps s'étire, quand il passe plus lentement, l'espace se rétrécit.
Il n'y a pas de temps absolu, à 87% de la vitesse de la lumière, le temps terrestre passe deux fois moins vite mais l'espace se contracte, à 99% de la vitesse de la lumière, le temps passe 7 fois moins vite et à 99,9%, 22,4 fois moins vite. Dans l'univers d'Einstein, l'espace et le temps sont indissolublement liés.
Les déformations concertées de l'espace et du temps peuvent être considérées comme une transmutation de l'espace en temps. L'espace qui se rétrécit se transforme en un temps qui s'allonge et passe moins vite.
On n'obtient qu'une seconde de temps pour 300000 kilomètres d'espace. Depuis Einstein, l'univers a quatre dimensions. La dimension du temps s'ajoute aux trois dimensions de l'espace.

S'il existe des saisons sur Terre, c’est grâce à l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre par rapport à l'écliptique. Cet axe est incliné de 23°26'. Malgré tout, il n'est pas figé, il se redresse de 1 minute tous les 125 ans ou de 1 degré tous les 7500 ans.
Dans 177 000 ans le globe terrestre sera perpendiculaire à l'écliptique et dans cette position, il n'y aura pas de saison sur Terre telles que nous les connaissons.

Aristote pensait que les objets lourds tombaient plus vite que les objets légers. Par un raisonnement ingénieux, Galilée (1564-1642) démontra que ce ne pouvait être le cas. Supposons qu'on lâche deux objets, un lourd et un léger, du haut d'une tour. Ces deux objets ne sont pas libres, mais attachés par une ficelle. La question est alors : est-ce que l'objet léger attaché à l'objet lourd retarde ou précipite la chute de ce dernier vers le sol  ?
Si Aristote avait raison, l'objet léger, en tombant moins vite que l'objet lourd, tirerait sur la ficelle et retarderait la chute de l'objet lourd. Mais on peut tout aussi bien arguer que les deux objets attachés ensemble forment un système plus lourd que le seul objet lourd, et donc que les deux objets ensemble doivent tomber plus vite que le seul objet lourd. Ainsi si Aristote avait raison, nous arriverions à la conclusion absurde que la présence de l'objet léger précipite et retarde en même temps la chute de l'objet lourd !
Le seul moyen d'éviter cette absurdité est de conclure que la présence de l'objet léger n'affecte en aucune façon la chute de l'objet lourd, c'est-à-dire que l'objet léger tombe vers le sol aussi vite que l'objet lourd. L'expérience a été réalisée sur la surface dépourvue d'atmosphère de la Lune par un astronaute américain utilisant une balle de golf et un marteau de fer.

Nous observons une oscillation du Soleil tous les 12 ans. Cela correspondant au cycle de gravitation de Jupiter qui perturbe le Soleil par sa rotation autour de lui.
La chasse aux exoplanètes consiste donc à repérer les oscillations des étoiles aux caractéristiques identiques au Soleil.
Cette chasse se limite pour l'instant qu'aux géantes gazeuses qui tournent autour de leur étoile. De plus en plus de nouvelles étoiles sont découvertes avec des oscillations cycliques.
Une autre caractéristique de la présence de planètes est la variation d'éclat d'une étoile.
Des télescopes à mesure d'éclat, dont la précision est de 1% de variation, peuvent aussi confirmer la présence de planètes autour d'une étoile.
A chaque passage de la planète devant l'étoile un assombrissement à lieu, un cycle répété confirme un passage d'objet devant l'étoile. 70 planètes ont été détectées ainsi.

L'antimatière est constituée d'antiparticules. Une antiparticule a exactement la même masse que la particule correspondante mais des nombres quantiques opposés.
Par exemple, l'antiélectron a une charge électrique positive et de même amplitude que celle de l'électron. En combinant des antiprotons, des antineutrons et des antiélectrons, il est possible de faire des antiatomes. Des atomes d'anti-hydrogène ont déjà été produits.
Lorsqu'une particule de matière rencontre son antiparticule, elles s'annihilent mutuellement en libérant la totalité de leur énergie sous forme de rayonnement.
Les collisions particule-anti-particule sont couramment utilisées dans les expériences de physique des particules.
La durée de vie de l'antimatière dans notre environnement est très faible puisqu'elle rencontre rapidement de la matière et s'annihile alors.
Il n'y a donc pas d'antimatière sur Terre ou dans le système solaire ni même dans notre galaxie. Il semble même qu'il n'y ait nulle part dans l'univers d'antimatière en quantité importante, pouvant par exemple former des étoiles d'antimatière. Or, la matière et l'antimatière sont supposées avoir été créées en quantités égales lors du Big Bang. Le fait que toute l'antimatière ait disparu est un phénomène inexpliqué pour l'instant.
La première antiparticule, l'antiélectron, a été découverte en 1933 à l'aide des rayons cosmiques.
En effet, les particules du rayonnement cosmique interagissent avec l'atmosphère et peuvent alors créer des antiparticules.

Un atome contient un noyau situé en son centre et des électrons qui "tournent" autour du noyau. Le noyau contient des nucléons, c’est à dire des protons et des neutrons.
Les électrons ont une charge électrique négative. Les protons ont une charge électrique positive, de même valeur que celle de l'électron. Les neutrons n'ont pas de charge électrique, ils sont neutres.
Il y a exactement le même nombre d'électrons et de protons dans un atome, un atome est donc électriquement neutre. Le nombre d'électrons (ou de protons) dans un atome détermine ses propriétés physiques et chimiques, c’est le nombre atomique. Par exemple, un atome d'hydrogène a 1 électron et 1 proton, le nombre atomique d'un atome de carbone est 6, celui d'un atome d'oxygène 8, d'un atome de fer 26, d'un atome d'uranium 92, etc. (voir la table des éléments)...
Le nombre de neutrons dans un atome est variable, en général il est proche du nombre de protons.
Deux atomes de même nombre atomique mais ayant un nombre de neutrons différents sont des isotopes : leurs propriétés chimiques sont identiques mais leurs propriétés physiques sont différentes (par exemple, certains isotopes d'atomes stables sont radioactifs). Pour différencier les isotopes entre eux, on donne en général le nombre de nucléons avec le nom de l'atome. Par exemple, l'uranium 235 contient 92 protons et 143 neutrons (235=92+143) et l'uranium 238 contient 92 protons et 146 neutrons (238=92+146).

Pour bien se rendre compte de ce qu'est un atome, on va grossir mille milliards de fois un atome d'hydrogène. A ce moment là :
- le noyau est constitué d'un seul proton, il a une taille de un millimètre et a une masse de 1,7 millions de tonnes !
- l'unique électron a une taille inférieure à un micron (un millième de millimètre) et a une masse de 900 tonnes !
- cet électron "tourne" autour du noyau dans un volume d'environ 100m de diamètre: c’est la taille de cet atome d'hydrogène, tout le reste est vide.

A hauteur d'homme, c'est-à-dire 1,70 mètre, la vue porte jusqu'à 4 560 mètres
A une hauteur de 6 mètres, la vue porte jusqu'à 8 000 mètres
A une hauteur de 10 mètres, la vue porte jusqu'à 10 000 mètres
A une hauteur de 15 mètres, la vue porte jusqu'à 12 875 mètres
A une hauteur de 30 mètres, la vue porte jusqu'à 17 702 mètres

Une galaxie est une assemblée d'étoiles, de matière interstellaire et probablement de grandes quantités de matière sombre, dont la cohésion est assurée par les forces de gravitation.
La masse d'une galaxie est d'un ordre de grandeur supérieur à cent millions de masses solaires.
Les Galaxies interagissent avec leurs voisines et ces interactions modifient leur forme. Deux galaxies peuvent parfois fusionner.
Les galaxies sont de trois types : elliptiques, spirales, irrégulières. Comme les étoiles, qui sont regroupées en galaxies, la plupart des galaxies sont aussi gravitationnellement liées entre elles. La structure contenant jusqu'à une cinquantaine de galaxies est appelée groupe de galaxies.
La structure contenant plusieurs milliers de galaxies groupées dans un secteur de quelques mégaparsecs est un amas de galaxies. Les groupes et amas de galaxies sont eux-mêmes regroupés en superamas, des collections géantes contenant des dizaines de milliers de galaxies.
À très grande échelle, la distribution des amas de galaxies n'est pas uniforme, mais organisée en plaques ou en filaments.