• Le Big bang instant initial

    Découvertes extraordinaires 

    LE BIG BANG

    Centre de l'univers

    Le Big bang instant initial

    question posée le 05-07-2010 par Franck, de Marseille

    Bonjour, j'avoue, comme la plupart des gens, avoir un peu de mal à matérialiser le big bang,sans parler de l'univers infini. En effet, on nous parle d'énergie infinie concentrée dans une tête d'épingle, d'explosion, puis de dilatation. Bon, passe encore sur le fait qu'il n'y avait ni espace ni temps avant, c'est un autre débat. Mon problème est le suivant. si l'univers se dilate comme un ballon que l'on gonfle, c'est forcement qu'il a un centre. Mais je lis ça et là que le big bang a eu lieu partout, vu qu'on peut essayer de l'observer en regardant l'espace de n'importe ou sur terre. Le seule théorie imaginable, serait dans ce cas que la terre soit le centre de l'univers.:-) non ? Donc, comment peut-on parler d'explosion d'énergie concentrée en un point qu'on peut observer de toute part, tout en ne pouvant pas situer ce point dans l'espace ? J'avoue que le concept du big bang qui aurait eu lieu partout et nulle part à la foi m'échappe un peu. N'est-ce pas la une échappatoire des scientifiques devant un problème encore insoluble, à l'instar de l'univers qui serait infini, sans que l'on ne sache si c'est vrai ?

    réponse du 02-08-2010, par Fabrice Mottez

    "on nous parle d'énergie infinie concentrée dans une tête d'épingle" : rassurez-vous, cela gêne aussi les physiciens. Ils pensent simplement qu'à ce stade, les outils théoriques connus ne sont plus valables.

    A propos de l'univers comme un ballon que l'on gonfle, il faut comprendre dans cette analogie que l'univers n'est que la surface du ballon, pas son volume. Or la surface du ballon n'a effectivement pas de centre.

    "Donc, comment peut-on parler d'explosion d'énergie concentrée en un point qu'on peut observer de toute part, tout en ne pouvant pas situer ce point dans l'espace ?"

    D'abord parce que l'espace a été crée au cours même de cette "explosion". Et il continue de s'en créer au fur et à mesure de l'expansion de l'univers.

    Dans un ballon que l'on gonfle, au début, toutes les parties du ballon sont très près les unes des autres. Puis, quand le ballon est gonflé, en se promenant dessus, on se trouve éloigné de certaines de ses parties initialement rapprochées, mais pas de toutes. Comme l'endroit où nous sommes existait déjà au début, même s'il a changé de forme et de taille, il y reste, dans sa géométrie, quelque chose hérité de l'univers primordial. C'est pour cela que le big bang est partout.

    Evidement, la comparaison du big bang avec une explosion pose un problème à cet égard, car dans une explosion, on quitte le lieu où elle s'est produite, on en est expulsé. C'est pour cela que dans le description du big bang, l'analogie du ballon que l'on gonfle est meilleure que celle de l'explosion.

    Point d'origine du Big Bang

    question posée le 18-03-2014 par Marie, de Lille

    Bonjour, à l'occasion de nouvelles découvertes tendant à confirmer la théorie du bigbang, je me demandais si ''on"" savait où se situait probablement le point d'origine de cette explosion par rapport à notre position ? Et est-ce que nous sommes en plein milieu ? sur les extérieurs ?

    réponse du 19-03-2014, par Fabrice Mottez

    Dans une explosion il y a un centre et on peut se demander comme vous le faites où on se situe par rapport à l'endroit d'où est partie l'explosion. C'est important car les choses se passent différemment suivant que l'on est loin ou près de ce point.

    Mais dans une explosion, il y a un espace et un temps qui existaient avant l'explosion. L'espace s'étend bien au delà de la région centrale de l'explosion.

    Or le Big Bang, contrairement à ce que son appellation pourrait laisser penser, n'est pas une explosion. Le Big Bang ne s'est pas produit dans un espace plus grand que l'univers. Le Big Bang correspond à la totalité de l'espace existant, à la totalité de l'univers.

    Quand les scientifiques parlent en termes précis, il n'utilisent pas le terme Big Bang. Ils parlent d'expansion de l'univers. C'est moins drôle, mais plus précis. La dénomination Big Bang fait penser à une explosion, mais c'est un terme inadapté, qui était à l'origine une blague d'un scientifique qui n'était pas convaincu de l'expansion de l'univers. Du coup il l'avait comparé (pour se moquer, pas sérieusement) à un univers qui serait comme le produit d'une explosion. Mais ce n'est pas ainsi. Malheureusement, cette image a plu aux gens et elle est restée.

    Pour vous représenter un peu la géométrie de la chose, imaginez un ballon que l'on gonfle, mais l'espace qui représenterait l'univers est seulement sa surface. Sa surface grandit, et cependant, elle n'a pas de centre. Et toutes les poussières posées à sa surface, où qu'elles soient, s'éloignent les unes des autres. Et il n'y a aucun endroit particulier à la surface du ballon comme le serait le point de départ d'une explosion.

    Vous me répondrez que le ballon a un centre (hors de la surface). Certes, mais l'univers correspondrait seulement à la surface du ballon, pas à son intérieur.

    Si le centre du ballon vous gêne, on peut faire le même raisonnement avec des surfaces sans bord, de taille finie, et dépourvues de centre. Par exemple (si vous connaissez cette figure) avec une bouteille de Klein.

    Quand on est sur une surface qui n'a pas de bords (comme le ballon ou la bouteille de Klein), il n'y a pas d'endroit qu'on peut définir comme un centre de la surface. Si on dilate cette surface, tous les points de la surface s'éloignent les uns des autres. C'est cela le sens du Big Bang (ou mieux : de l'univers en expansion) : un univers sans bord, dépourvu de centre, et qui s'agrandit en ce sens que les galaxies (leur propre mouvement mis à part) s'éloignent toutes les unes des autres. Dans ce genre de situation, pour peu que la dilatation n'entraîne pas en plus une déformation, tous les points s'éloignent les uns des autres de la même manière. C'est partout pareil.

    C'est donc très différent d'une explosion, car dans une explosion, il y a le point où l'explosion a commencé, et les autres.

    Dans ce cadre, on peut modifier votre question de la façon suivante : où est actuellement l'endroit où l'univers a commencé ? La réponse est : partout. Sur Terre comme dans les galaxies les plus lointaines.

    (source : cidehom)

    Atlantico : Une hypothèse agite actuellement la communauté scientifique : le Big Bang de serait pas à l'origine de l'univers. En quoi consiste cette découverte ?

    Aurélien Barrau : Il est sans doute prématuré de parler de découverte. C’est un modèle qui a suscité des centaines d’articles de recherche et beaucoup d’interventions à des conférences internationales. Nous n’avons à ce jour aucune certitude. Mais le fait est qu’un faisceau d’indices tend aujourd’hui à remettre en cause l’idée ou l’image d’un Big Bang en tant qu’instant originel de l’Univers. Il est en effet possible que ce que nous pensions être le "début" ne soit en réalité qu’un point de passage ou un goulet d’étranglement entre l’actuelle phase d’expansion de l’Univers et une phase de contraction qui l’aurait précédée. 

     BIG OUNCE OU BIG BANG ? 

    On parle alors de Big Bounce (grand rebond) à la place du Big Bang.

    Naturellement, il s’agirait d’une immense révolution puisqu’au lieu d’avoir une origine, comme le suggère le modèle usuel, notre univers réinvestirait l’éternité ! Il aurait alors toujours été là et ce que l’on croyait être le Big Bang ne serait qu’un état extraordinairement dense (autour de 10^93 g/cm^3) qui séparerait deux états distincts : celui de "tassement" et celui de "dilatation" de l’espace. Il deviendrait donc enfin possible d’évoquer l’avant Big Bang (ou plus exactement donc l’avant Big Bounce). 

    Comment cette nouvelle théorie a-t-elle émergé ?

    A ce stade ce modèle est purement théorique. Mais il repose sur des approches fiables et sous contrôle de physique mathématique.

    En physique, nous avons deux grandes théories : la mécanique quantique, d’une part, qui décrit très bien l’infiniment petit, et la relativité générale, d’autre part, qui décrit très bien l’infiniment grand. Hélas ces deux approches sont extrêmement difficiles à concilier. Depuis près d’un siècle les plus grands esprits s’y emploient sans succès évident. Heureusement, la situation a changé il y a quelques décennies. De nouvelles pistes sont apparues, en particulier la "gravitation quantique à boucles". Celles ci permettent, en quelque sorte, de penser de l’autre coté du Big Bang.

    Ces modèles – fondés sur une physique relativement bien connue et comprise – font apparaître une structure granulaire de l’espace qui serait composée de petits "atomes", à l’instar de la matière elle même. Mais ces atomes d’espace évolueraient de façon quantique, c’est à dire en partie aléatoire !

    Quelle(s) théorie(s) remet-elle en cause ?

    C’est naturellement la relativité générale d’Einstein qui serait ici remise en cause. Mais il s’agit moins de la remplacer que de la prolonger. La gravitation quantique demeure fidèle à l’esprit de la relativité, elle tente simplement d’intégrer également les leçons de la physique de l’infiniment petit, c’est-à-dire de la physique quantique.

     
     

    Une époque dense et chaude !

     Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles cosmologiques qui la décrivent, sans que cela préjuge de l’existence d’un « instant initial » ou d’un commencement à son histoire.

    Cette phase marquant le début de l’expansion de l’univers, abusivement comparée à une explosion, a été désignée pour la première fois sous ce terme expressif de Big Bang par le physicien anglais Fred Hoyle lors d’une émission de la BBC, The Nature of Things (littéralement « La nature des choses »), dont le texte fut publié en 1950. Hoyle lui-même proposait un autre modèle cosmologique, alors en concurrence avec le Big Bang, mais aujourd’hui abandonné, la théorie de l’état stationnaire, dans lequel l’univers n’a pas connu de phase dense et chaude. L’expression Big Bang est devenue le nom scientifique et vulgarisé de l’époque d’où est issu l’univers tel que nous le connaissons.

    Le terme de Big Bang chaud (Hot Big Bang) était parfois utilisé au début pour indiquer que selon ce modèle l’univers était plus chaud quand il était plus dense. Le qualificatif de « chaud » était rajouté par souci de précision car le fait que l’on puisse associer une notion de température à l’univers dans son ensemble n’était pas encore bien compris au moment où le modèle a été proposé, au milieu du XXe siècle.

    Le concept général du Big Bang, à savoir que l’univers est en expansion et a été plus dense et plus chaud par le passé, doit sans doute être attribué au russe Alexandre Friedmann et au prêtre catholique belge Georges Lemaître qui respectivement en 1922 et 1927 décrivirent dans les grandes lignes l’expansion de l’univers, avant que celle-ci ne soit mise en évidence par Edwin Hubble en 1929. Son assise définitive ne fut cependant établie qu’en 1965 avec la découverte du fond diffus cosmologique, le « pâle écho lumineux du Big Bang » selon les termes de Georges Lemaître, qui attesta de façon définitive la réalité de l’époque dense et chaude de l’univers primordial.

    Deux preuves observationnelles décisives ont définitivement donné raison aux modèles de Big Bang : il s’agit de la détection du fond diffus cosmologique, rayonnement de basse énergie (domaine micro-onde) vestige de l’époque chaude de l’histoire de l’univers, et la mesure de l’abondance des éléments légers, c’est-à-dire des abondances relatives de différents isotopes de l’hydrogène, de l’hélium et du lithium qui se sont formés pendant la phase chaude primordiale.

    Ces deux observations remontent au début de la seconde moitié du XXe siècle, et ont définitivement assis le Big Bang comme le modèle décrivant l’univers observable. Outre la cohérence quasi-parfaite du modèle avec tout un autre ensemble d’observations cosmologiques effectuées depuis, d’autres preuves relativement directes sont venues s’ajouter : l’observation de l’évolution des populations galactiques, et la mesure du refroidissement du fond diffus cosmologique depuis plusieurs milliards d’années.

           

    Le Big Bang n’est pas une explosion, il ne s’est pas produit « quelque part ».

    Le Big Bang ne s’est pas produit en un point d’où aurait été éjectée la matière qui forme aujourd’hui les galaxies, contrairement à ce que son nom suggère et à ce que l’imagerie populaire véhicule souvent. À l’époque du Big Bang les conditions qui régnaient partout dans l’univers (du moins la région de l’univers observable) étaient identiques. Il est par contre vrai que les éléments de matière s’éloignaient alors très rapidement les uns des autres, du fait de l’expansion de l’univers. Le terme de Big Bang renvoie donc à la violence de ce mouvement d’expansion, mais pas à un lieu privilégié. En particulier il n’y a pas de « centre » du Big Bang ou de direction privilégiée dans laquelle il nous faudrait observer pour le voir. C’est l’observation des régions lointaines de l’univers (quelle que soit leur direction) qui nous permet de voir l’univers tel qu’il était par le passé (car la lumière voyageant à une vitesse finie, elle nous fait voir des objets lointains tels qu’ils étaient à une époque reculée, leur état actuel nous étant d’ailleurs inaccessible) et donc de nous rapprocher de cette époque. Ce qu’il nous est donné de voir aujourd’hui n’est pas l’époque du Big Bang lui-même, mais le fond diffus cosmologique, sorte d’écho lumineux de cette phase chaude de l’histoire de l’univers. Ce rayonnement est essentiellement uniforme quelle que soit la direction dans laquelle on l’observe, ce qui indique que le Big Bang s’est produit de façon extrêmement homogène dans les régions qu’il nous est possible d’observer. La raison pour laquelle il n’est pas possible de voir jusqu’au Big Bang est que l’univers primordial est opaque au rayonnement du fait de sa densité élevée, de même qu’il n’est pas possible de voir directement le centre du Soleil mais que l’on ne peut observer que sa surface. (source : Wikipédia)

     

      

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