LE BIG BANG 1 et L'ORIGINE DE LA MATIERE ou Que la lumière fût!

 



Tout d'abord, félicitation pour avoir eu le courage de lire ce site jusque là!
Il semblerait que plus de 95% des netsurfeurs connectés à ma première page se perdent en cours de route... Certes, Le sujet peut sembler assez aride, mais quel bonheur profond que d'avoir une conscience plus aigue de l'Univers qui nous entoure, non?
Donc, cher lecteur privilégié et courageux, je vous ai gardé le meilleur pour la fin...



  Le Big Bang est-il une explosion ?


L'origine de la matière se retrouve avec la fantastique histoire du Big Bang et débute il y a environ 15 milliards d'années: Ce terme de "Grosse Explosion" est désormais très célèbre, mais assez impropre car il fait penser à une gigantesque déflagration que nous pourrions visualiser "de l'extérieur". Or, cela est impossible puisque nous faisons partie intégrante de l'Univers: Si nous avions pu vivre (et survivre!) à cette époque, nous aurions "vécu" une explosion partout autour de nous avec dilatation ultrarapide de la structure même de l'espace et du temps.
Comme nous somme constitué d'espace et de matière, l'observateur hypothétique du Big Bang aurait lui-même subi cette dilatation spatiale. Plus incroyable encore, la 4ème dimension, le temps lui-même, serait né et se serait dilaté en même temps que l'espace: L'origine du monde se déroule ainsi selon une vitesse exponentiellement décroissante:

• vitesse ultrarapide au tout début puisque l'espace-temps était hyperconcentré: donc peu de distances à parcourir en des temps très courts
• puis vitesse progressivement de plus en plus lente au fur et à mesure du déploiement spatial de l'Univers

Le Big Bang est-il une certitude ?

Il est important de signaler que le big bang (comme d'ailleurs le modèle standard des particules) n'est qu'une théorie, admise néanmoins par la plus grande partie de la communauté scientifique. Cette théorie change et s'affine rapidement. Ainsi des notions telles que l'âge exact de l'Univers, ou encore son devenir (évolution vers une dilution ou une recontraction), sont encore des sujets de controverse.

• Le big bang ne peut être décrit selon les équations connues de la physique qu'à partir de 10^-6 seconde.
• Entre 10^-43 et 10^-6 seconde, le big bang n'est qu'un ensemble d'hypothèses.
• Avant 10^-43 seconde, l'environnement de l'Univers est si extrême (masse de l'Univers concentré dans un point et température infinie?) que notre physique est pour l'instant humblement muette...

Mais voyez plutôt le scénario (provisoire) du Big Bang tel qu'il a été établi par les cosmologistes:
N.B: La chronologie présentée est une synthèse de plusieurs sources. Elle reste sujet à controverse car toutes les sources traitant de ce sujet présentent elles-même des chronologies différentes. Je reste ouvert à vos critiques et suggestions....Et l'avis de spécialistes sera précieux !




 Avant 10^-43 seconde...La Superforce

la limite du temps de Planck
Disons le tout net: Tout ce qui se passe avant cette date chronologique incroyablement courte est un mystère total. Pourquoi ?
Car 10^-43 seconde correspond à ce que l'on dénomme le temps de Planck, sorte de quantum temporel incompressible. Cet intervalle de temps semble être le plus petit possible selon la physique quantique, de la même manière que la distance de Planck ( 10^-35 m ) semble être la plus petite distance accessible à notre physique.
Nul ne sait encore très bien à quoi pouvait bien ressembler notre univers à une telle échelle de Planck. La difficulté apparaît dès que l'on met en rapport un temps aussi minuscule que 10^-43 seconde avec la colossale énergie de l'univers, concentrée, à l'époque, dans un volume aussi infime. La valeur de cette énergie est alors très mal définie. Or, c'est l'énergie, avec la matière, qui imprime sa forme à l'espace et détermine comment s'écoule le temps. Sur des distances et des durées de l'ordre de l'échelle de Planck, espace et temps deviennent des notions très difficiles à caractériser. La notion de distance entre deux points avait-elle déjà un sens quand l'univers était aussi petit ? Le temps s'écoulait-il déjà du passé vers le futur?

Comment s'imaginer ce stade originel de l'Univers ?
Cette phase primordiale de l'Univers est le domaine de la Superforce (appelée aussi gravité quantique) qui unifiait alors les 4 interactionsconnues.






Comme dans un trou noir, le temps pouvait devenir espace et l'espace devenir temps.
Il existait peut-être de nombreuses autres dimensions, comme semble l'indiquer la théorie des supercordes: ces dimensions se seraient ensuite "enroulées" sur elles-mêmes pour laisser l'Univers évoluer selon les 4 dimensions de l'espace-temps que nous connaissons actuellement.
A ce stade d'évolution, la matière n'était pas encore née, seul le "vide" régnait, mais attention! Le vide de l'Univers n'était pas vide : il comprenait de nombreuses particules virtuelles de matière et d'antimatière qui apparaissaient et disparaissaient comme des bulles de savon. Notre Univers actuel est peut-être issu de l'une de ces fluctuations quantiques du vide !

Et avant le big bang ?(extrait de Science & Vie Junior Hors Série N° 30 spécial "Temps")

Si vous vous prenez la tête en vous demandant ce qu'il pouvait bien y avoir avant le big bang alors qu'on n'arrête pas de vous dire qu'il n'y avait rien, pas même de temps, il existe un bon moyen de retrouver ie sommeil. Considérez d'abord que la manière dont on mesure le temps n'est qu'une question de convention. Suivez ensuite l'élégante suggestion du physicien Jean Marc Lévy-Leblond : décidez, par exemple, que chaque fois que la distance dans l'espaee de deux points doublera du fait de l'expansion, les aiguilles des horloges devront avoir accompli un tour. Si maintenant vous vous tournez vers le passé, voici ce qui arrive : selon la convention choisie, il y a un tour d'horloge, l'Univers était moitié moins grand qu'aujourd'hui ; il y a deux tours d'horloge, il était quatre fois moins grand, etc. On peut faire ainsi autant de tours d'horloge que l'on veut. L'Univers est chaque fois plus petit, mais on ne butte jamais sur rien qui marquerait le début du temps. « Dans cette perspective, explique en effet Jean-Marc Lévy-Leblond, plus je remonte le femps, plus l'Univers rétrécit, mais sans que jamais sa dimension ne devienne nulle, puisque ce n'est qu'à moins l'infini dans le temps que le rayon de l'Univers tend vers zéro. » L'instant zéro est donc aussi inaccessible que l'infini : il n'y a jamais eu d'instant zéro !

 De 10^-43 à 10^-35 seconde...La Grande Unification des forces

Au temps de Planck, ce qui deviendra notre Univers n'a que environ 10^-33 cm de diamètre, c'est-à-dire 10 millions de milliards de fois plus petit qu'un atome d'hydrogène!
Sa température est de 10³² degrés Kelvin (0°K = -273°C).

Arrêtons-nous un instant à ce stade et observons :La Nature nous offre là le plus ahurissant des spectacles: C'est ici que l'Infiniment Grand rejoint l'Infiniment Petit dans un laps de temps infiniment court.  Osez imaginer toute la matière-énergie contenue dans des milliers de milliards de galaxies, chacune d'elles contenant des centaines de milliards d'étoiles, concentrée dans un espace de très loin plus petit que la plus petite des particules élémentaires actuelle ! Je pense qu'il est impossible à l'esprit humain d'avoir une vision plus grandiose que celle-là !

Dans cet Univers, toujours le vide quantique où bouillonne une énergie inimaginable. Celle-ci se matérialise sporadiquement ( n'oubliez pas E=mc² ! ) en d'éphémères particules et antiparticules fantômes.
La superforce se scinde en deux forces: la gravitation, et la force électronucléaire.

• La gravitation fait donc secession et quitte le monde quantique. Désormais, son action à l'échelle des particules sera négligeable sauf dans des cas extrêmes (explosion d'étoiles par exemple).
• La force électronucléaire regroupe les interactions forte et électrofaible. Elle est décrite par la théorie actuelle de Grande Unificationou GUT.

Cette période est donc dite de grande unification.




De 10^-35 à 10^-32 seconde... l'inflation de l'Univers

Le thermomètre cosmique "descend" à environ 10²⁸ degrés Kelvin.
A ce moment précis de l'évolution universelle, il y a secession de la force électronucléaire en interaction forte et en interaction électrofaible. Avec la gravitation, Il existe donc désormais trois forces distinctes dans l'Univers.


A cette température de 10²⁸ °K, l'énorme énergie du vide est libérée et imprime à l'Univers une expansion fulgurante que le physicien Alan Guth a appelé inflation. Entre 10^-35 et 10^-32 seconde, son volume augmente d'un facteur 10²⁷(ou 10⁵⁰ selon d'autres sources ?) alors que dans les 15 milliards d'années suivantes, son volume n'augmentera que d'un facteur 10⁹.

Cette inflation correspond à la dilatation d'un noyau atomique devenant aussi grand qu'une sphère centrée sur le Soleil et dont la circonférence engloberait les étoiles les plus proches...! Et tout cela en 10-32 seconde...

Après la naissance de l'espace et du temps, la matière va pouvoir naître du vide quantique !