Qui sommes-nous ? D'où venons-nous ? Quel est notre but ? Ces questions ont inspiré, et souvent tourmenté, les philosophes, les théologiens et les érudits depuis l'Antiquité, dans leur quête de réponses que nous n'aurons peut-être jamais. La science a donc tenté d'expliquer la vie et la réalité qui nous entoure en "voyageant" dans le temps jusqu'à l'origine de l'univers, le moment primordial à partir duquel tout a commencé. Selon les astrophysiciens du monde entier, cette origine a été déclenchée par une gigantesque explosion : le Big Bang.
Selon la théorie du scientifique Georges Lemaître, soutenue et développée plus tard par George Gamow, lors de sa naissance, l'univers s'est étendu à partir d'un point de densité infinie jusqu'à s'auto-engendrer. Par conséquent, le modèle cosmologique du Big Bang repose sur l'idée que l'univers a commencé à s'étendre à une très grande vitesse en un temps fini dans le passé à partir d'une condition de courbure, de température et de densité extrêmes, générant l'espace-temps. Non seulement cela, mais on pense que ce processus se poursuit encore aujourd'hui.
Qu'est-ce que l'Univers
Avant de nous lancer dans l'espace profond et de nous atteler à expliquer d'une manière ou d'une autre l'origine de l'univers, il convient de définir ce que l'on entend exactement par le terme Univers, en termes scientifiques bien sûr. Selon la littérature, l'univers est communément défini comme l'ensemble qui englobe tout l'espace et ce qu'il contient, c'est-à-dire la matière et l'énergie, les planètes, les étoiles, les galaxies et le contenu de l'espace intergalactique.
La partie observable de celui-ci, du moins à l'heure actuelle et avec la technologie dont nous disposons, a un diamètre d'environ 93 milliards d'années-lumière, ce qui suggère aux experts qu'il a été régi par les mêmes lois et constantes physiques pendant la majeure partie de son histoire et sur toute son étendue observable. Non seulement cela, mais sa "structure" permet absolument de faire des déductions dans les premières parties, ce qui rend particulièrement difficile de reconstruire son histoire avec exactitude.
Dans tous les cas, comme on le sait, la théorie du Big Bang est le modèle cosmologique le plus largement accepté qui décrit la naissance de l'univers. Selon les calculs, basés bien sûr sur notre cadre temporel local, cet événement se serait produit il y a environ 13,8 milliards d'années. Théoriquement, la distance maximale observable est contenue dans l'univers observable. L'étude de plusieurs supernovas a montré que l'univers continue de s'étendre régulièrement, et de nombreux modèles ont été créés pour prédire son destin ultime. En 1929, Edwin Hubble annonce la découverte de l'expansion de l'univers.
En observant diverses galaxies, il a pu découvrir que la plupart d'entre elles s'éloignaient de la Terre, car leurs spectres étaient orientés vers le rouge. Il a également observé que plus ils étaient éloignés de la Terre, plus ils s'éloignaient rapidement. Cette situation peut être expliquée par le premier principe cosmologique, selon lequel "la structure et les propriétés de l'univers à grande échelle sont partout et à tout moment les mêmes". C'est, en résumé, la fameuse formule v = H r, où v est la vitesse de recul, r la distance et H, un nombre connu sous le nom de constante de Hubble, vaut 53 km/s par million de parsecs.
Origine de l'univers : la théorie du Big Bang
Les observations de Hubble ont effectivement remis en cause la vision dominante de l'univers comme stationnaire. Si l'univers est en expansion, sa densité doit en fait être variable. Depuis lors, la théorie a été convenablement modifiée pour affirmer qu'il doit y avoir une création continue de matière égale à un atome d'hydrogène par centimètre cube tous les millions de milliards d'années. Ce n'est que plus tard que l'on a supposé que l'univers était né d'une explosion il y a plus de 13 milliards d'années, et que le mouvement de recul était une conséquence de cette explosion.
L'explosion est connue sous le nom de Big Bang. Les physiciens, quant à eux, sont incertains quant à ce qui a précédé la grande explosion cosmique : certains proposent des modèles d'univers cyclique, d'autres décrivent un état initial sans frontières, à partir duquel l'espace-temps a émergé et s'est étendu au moment du Big Bang. D'autres suggèrent même que notre univers n'est qu'un parmi tant d'autres qui peuvent exister.
Le modèle du Big Bang, terme inventé par Fred Hoyle en 1949 lors d'une émission de radio de la BBC, et utilisé à l'époque avec une connotation péjorative, est universellement reconnu comme le modèle le plus proche pour expliquer l'origine de l'univers, prévalant dans la communauté scientifique sur la base de preuves et d'observations astronomiques. Plus précisément, la bonne correspondance de l'abondance cosmique des éléments légers tels que l'hydrogène et l'hélium avec les valeurs prédites à la suite du processus de nucléosynthèse primordiale, combinée à l'existence d'un rayonnement de fond cosmique dont le spectre est conforme à celui du corps noir, ont convaincu la plupart des scientifiques qu'un événement de type Big Bang s'est produit il y a plus de 13 milliards d'années.
Lorsque l'humanité n'était que la projection d'un futur très lointain. Avant le Big Bang, on imagine que l'univers était concentré dans une sphère, avec une température et une densité infinies. En son sein, il devait y avoir un plasma, un état particulier de la matière dans lequel les noyaux et les électrons sont libres de se déplacer de manière chaotique, et qui est composé de quarks et de gluons. Cette situation résolument instable a provoqué l'explosion, suivie de quatre phases successives, communément identifiées comme des " ères " : l'ère de l'âge quantique, l'ère électrofaible, l'ère dominée par le rayonnement et l'ère dominée par la matière.
La théorie du Big Bang repose sur deux hypothèses fondamentales, à savoir l'universalité des lois de la physique et le principe cosmologique qui stipule qu'à grande échelle, l'univers est homogène et isotrope. Bien que la reconstruction soit précise et crédible dans certaines conditions, la théorie a, comme souvent, des limites. Il suffit de considérer que, en remontant idéalement dans le temps, selon un processus inverse à l'expansion, la densité et la température augmentent jusqu'à un instant où ces valeurs tendent vers l'infini et le volume vers zéro. Cette observation implique que les théories physiques actuelles ne sont plus applicables, générant le processus communément appelé singularité. C'est précisément pour cette raison que le Big Bang semble inadéquat pour expliquer la condition initiale, mais fournit une bonne description de l'évolution de l'univers à partir d'un point donné de sa longue histoire.
Au delà du Big Bang
L'origine de l'univers selon le modèle du Big Bang repose donc sur des théories certes fiables et confirmées par les observations uniquement pour la description de l'évolution de l'univers à partir de la nucléosynthèse primordiale. Par conséquent, les déclarations ultérieures sur la forme globale de l'univers et son évolution dans un avenir lointain sont particulièrement incertaines. Compte tenu de la finitude de la vitesse de la lumière, l'observation est limitée par ce que nous pouvons définir comme un horizon infranchissable, qui ne permet pas d'extrapoler davantage.
Le modèle, en outre, repose sur des hypothèses liées aux propriétés topologiques de l'espace-temps et à sa régularité et n'est en fait que et exquisément hypothétique. Les progrès technologiques actuels, et l'observation récente de l'énergie noire, ont cependant permis d'affiner notre connaissance de l'univers, notamment de son évolution.
Parmi les nouvelles théories les plus connues, nous avons celle selon laquelle l'univers a continué à s'étendre jusqu'à un certain point, puis a cessé de croître. Pour d'autres experts, la vitesse à laquelle l'univers s'étend diminuera progressivement et l'accélération à 0 deviendra négative, conduisant à un Big Crunch et à un retour à l'état de singularité. Pour d'autres encore, l'univers ne cessera jamais de s'étendre, générant de manière cyclique les conditions pour que la vie existe, même si elle est primordiale.
La dernière hypothèse est liée au nom d'Alan Guth, qui en 1984 était accepté par la plupart des spécialistes, et considéré comme extrêmement crédible. Certes, la théorie du Big Bang, formulée par Alexander Friedmann en 1929 et complétée par George Gamow en 1940, conserve son autorité, même si elle reconnaît ses propres limites. Ce qui s'est passé avant le Big Bang reste un mystère, car les astrophysiciens refusent d'avancer trop d'hypothèses, nous laissant avec une histoire qui pourrait ne jamais avoir une explication qui satisfasse tout le monde.
Origin of the Universe : alternative theories
Sujet vaste et typiquement clivant, la question de l'origine de l'univers est une question qui a inévitablement inspiré de nombreux esprits. Conduisant à autant de théories et à l'émergence ultérieure d'une cosmologie non standard. Ce terme, comme vous l'avez peut-être déjà deviné, désigne tout modèle cosmologique de l'univers qui a été, ou est encore, proposé comme alternative au modèle standard de la cosmologie, ou à sa référence au Big Bang. Dans l'histoire de l'observation spatiale, de nombreux chercheurs ont explicitement critiqué le modèle du "Big Bang", soit en rejetant complètement ses hypothèses fondamentales, soit en en ajoutant de nouvelles considérées comme cruciales pour l'établissement de nouveaux modèles théoriques de l'univers.
Dans les années 1940 et 1960 en particulier, la communauté scientifique était fortement divisée entre les fervents partisans du Big Bang et ceux des théories concurrentes basées sur le modèle de l'état stationnaire. Aujourd'hui, très peu d'astrophysiciens discutent de sa validité. Parmi les exposants de la cosmologie non standard, plusieurs noms du monde scientifique, actifs principalement au 20ème siècle, méritent d'être mentionnés, tels que Fred Hoyle, Paul Dirac, Kurt Gödel, Geoffrey Burbidge, Margaret Burbidge, Halton Arp, Jayant V. Narlikar, Hannes Alfvén, Eric Lerner, Dennis Sciama, Ernst Mach, Thomas Gold, Hermann Bondi, Fritz Zwicky, Christof Wetterich, Mordehai Milgrom et Johan Masreliez.