L’origine de l’Univers, Le Big Bang et ses modèles alternatifs les plus plausibles

Big Bang & modèles alternatifs

Le Big Bang est la théorie prédominante (mais pas la seule) dans le modèle physique actuel, qui décrirait l’origine de l’Univers. Bien que de nombreuses prédictions faites par les scientifiques sur la théorie du Big Bang aient été testées expérimentalement, d’autres théories donneraient également les mêmes résultats et, dans certains cas, expliqueraient des phénomènes que la théorie actuelle ne peut résoudre.

Dans cet article, nous allons commencer par un bref rappel de la théorie du Big Bang, ensuite, nous parlerons des modèles alternatifs les plus plausibles (que la science considère comme viables). Elles sont aux nombres de cinq:

  1. Univers cyclique (ou Univers oscillant)
  2. Univers holographique
  3. Torsion de l’espace-temps (vivons-nous dans un trou noir ?)
  4. Univers sans début ni fin
  5. Inflation éternelle (univers chaotique)

Histoire de la théorie du Big Bang

Selon la théorie du Big Bang, l’Univers a environ 13,8 milliards d’années. Ce que nous savons, c’est qu’il a eu un passé très chaud et dense et que maintenant il est en expansion, donc si nous remontons dans le temps, il est raisonnable de penser qu’il était plus petit avant. Le Big Bang serait compris comme un instant où il a commencé à se développer. Que s’est-il passé avant à cet instant 0 ? Nous ne le savons pas… C’est ce qu’on appelle la singularité initiale, dans laquelle les lois physiques que nous connaissons ne fonctionnent pas. Nous pouvons aller jusqu’à 10 -36 secondes, c’est-à-dire que nous avons une assez bonne image à partir de là, à quelques instants de l’instant 0, mais avant cela, nous ne pouvons rien dire avec certitude.

Simulations scientifiques JWST: animation panoramique Galaxy Evolution. Cette visualisation montre des galaxies, composées de gaz, d’étoiles et de matière noire, entrant en collision et formant des filaments dans l’univers à grande échelle offrant une vue de la toile cosmique. – Crédits: NASA / Goddard Space Flight Center et le Advanced Visualization Laboratory du National Center for Supercomputing Applications

Le Big Bang, petit retour en arrière…

Le nom Big Bang a été inventé en 1949 par l‘astronome Sir Fred Hoyle qui était opposé à cette théorie.

En 1912, l’astronome américain Vesto Slipher, s’est rendu compte que les galaxies semblaient toutes s’éloigner de la Terre. En 1927, George Lemaître soutient que cela est dû à l’expansion de l’Univers. Ensuite, en 1931, il a soulevé l’idée centrale du Big Bang; Si nous remontons le temps, les galaxies et l’Univers entier seraient de plus en plus rapprochés, jusqu’à ce qu’ils se concentrent en un seul point, la singularité, d’où tout est né.

Pendant ce temps, la théorie prédominante était celle de l’état stationnaire, elle affirmait que l’Univers avait toujours été tel que nous le voyons aujourd’hui, et que son expansion s’expliquait parce que plus de matière était toujours créée. De plus, la théorie du Big Bang avait le problème qu’elle paraissait suspicieusement religieuse , d’autant plus que George Lemaître, en plus d’être physicien, était prêtre.

Après la Seconde Guerre mondiale, les théories cosmologiques dominantes étaient l’état stationnaire et le Big Bang. La théorie du Big Bang prédit (pour se conformer au principe cosmologique) que vu de n’importe quel point de l’espace, l’Univers semble être uniformément réparti, qu’il est homogène lorsqu’il est observé sur de très longues distances. Et comme tout avait commencé par une grande expansion énergétique, il devait y avoir un “écho” réparti uniformément dans tout l’Univers. En d’autres mots, les échos de “la grande explosion” sous la forme d’un rayonnement de fond pratiquement homogène.

Fond Diffus Cosmologique
Fond diffus cosmologique capturé par la sonde Wilkinson de la NASA (2006). La plage de température affichée est de ± 200 mK. – Crédit: NASA

En 1964, Arno Penzias et Robert Wilson découvrent par hasard le rayonnement de fond cosmique (Le fond diffus cosmologique), un signal omnidirectionnel dans la bande des micro-ondes. Leur découverte a fourni une confirmation substantielle des prédictions de big-bang par Ralph Alpher, Rober C. Herman et George Gamow (1950).

Entre 1968 et 1970, Stephen Hawking, George FR Ellis et Roger Penrose ont publié des recherches dans lesquelles ils soutenaient qu’au début de l’Univers, une singularité de temps et d’espace doit nécessairement s’être produite. C’est-à-dire un moment où les lois physiques disparaissent telles que nous les connaissons.

Pendant les années 1970, le rayonnement s’est avéré être approximativement cohérent avec un spectre de corps noir dans toutes les directions; ce spectre est décalé vers le rouge par l’expansion de l’Univers, et correspond aujourd’hui à environ 2,725 K. Cela a fait pencher la balance des preuves en faveur du modèle Big Bang. Pour cela, Penzias et Wilson ont reçu le prix Nobel de physique en 1978.

Big Bang: Expansion de l' Univers
Cette image représente l’évolution de l’Univers, à commencer par le Big Bang. La flèche rouge marque l’écoulement du temps. – Crédit: NASA

En 1981, Alan Guth a résolu plusieurs problèmes mathématiques et conceptuels posés par le modèle, en soulignant qu’il y avait eu une période inflationniste où l’Univers s’est dilaté de 10 à 26 fois, un phénomène qui a duré une période très courte: il a duré du 10 -36 jusqu’à 10 –32 secondes après le Big Bang (un 1, précédé de 36 et 32 zéros). C’est à ce point précis de l’expansion, que les quatre forces physiques que nous connaissons (gravité, électromagnétisme, nucléaire faible et nucléaire fort) sont distribuées et que la structure de l’Univers est définie. Cela explique aussi pourquoi la structure de l’Univers est plate, cela a été confirmé en 1992 par la mission COBE de la NASA, qui a vérifié l’existence de petites anomalies dans le rayonnement du fond diffus cosmologique (de l’ordre du cent millième de l’intensité moyenne détectée), prédites en 1970. Pour leurs recherches, Alan Guth et la mission COBE ont reçu le prix Nobel de physique, respectivement en 2002 et 2006.

Actuellement, des travaux sont en cours pour découvrir le rôle que jouent la matière noire et l’énergie sombre dans le modèle du Big Bang et pourquoi l’expansion de l’Univers semble s’accélérer.

En bref, qu’est-ce que le Big Bang ?

C’est une théorie, appuyée par des informations expérimentales (rayonnement de fond, décalage vers le rouge des galaxies, etc.), qui énonce ce qui suit:

  • Il fut un temps, il y a environ 15 milliards d’années, où le cosmos tout entier émergea d’un point de concentration infinie qui contenait toute l’énergie de l’Univers.
  • Ce point était nécessairement une singularité dans le temps et dans l’espace , donc-cela n’a aucun sens de se demander ce qui avait “avant” le Big Bang, car en remontant le temps, nous atteignons le point où le temps lui-même est altéré et perd son sens.
  • Une fois que l’Univers est issu de la singularité, il subit une expansion très rapide, dans laquelle se définissent les corrélations des forces de l’Univers ( gravité, électromagnétisme, nucléaire faible et nucléaire fort) et sa structure à grande échelle. Après cela, l’Univers ralentit son taux d’expansion (il semble que depuis 7 milliards d’années, l’expansion de l’Univers s’accélère à nouveau).
  • Par la suite, l’Univers se refroidit suffisamment pour qu’il y ait de la lumière telle que nous la connaissons, puis suffisamment pour qu’il y ait des particules et pas seulement de l’énergie.
  • Ce modèle explique, outre la structure à grande échelle de l’Univers, pourquoi les galaxies semblent s’éloigner de nous et pourquoi l’Univers est homogène à grande échelle.
Les scientifiques utilisant la sonde d’anistropie à micro-ondes Wilkinson de la NASA (WMAP) ont créé le portrait le plus détaillé de l’univers infantile. En capturant la rémanence du Big Bang, appelée fond cosmique micro-ondes (CMB), nous pensons maintenant que l’Univers a 13,7 milliards d’années. Ces modèles contiennent des informations très attendues sur les propriétés fondamentales de l’Univers primitif. WMAP a été lancé le 30 juin 2001. – Crédit: NASA

Mais il existe d’autres théories!

Bien que le Big Bang est une théorie soutenue par des données expérimentales, cela n’implique pas que les données ne peuvent pas être expliquées par d’autres modèles théoriques. Il existe même des variations dans le modèle standard de Big Bang. Voyons quelques modèles parmi les plus plausibles…

Univers cyclique (ou Univers oscillant)

Ce modèle précise que l’Univers passe par des cycles d’expansion (Big Bang) puis de compression maximale (Big Crunch), de manière oscillatoire. Cela implique qu’il n’y a pas seulement les 3 dimensions physiques que nous connaissons, mais au moins 8 autres (théorie des cordes), de sorte que le modèle est mathématiquement viable. Cela impliquerait une richesse extraordinaire dans l’Univers que nous connaissons, et qui échappe à nos sens bruts.

Le modèle d’un Univers cyclique a l’avantage expérimental de ne pas forcer l’existence d’un multivers, c’est-à-dire qu’il n’y a que l’Univers dans lequel nous sommes, donc ce serait plus facile à tester. Cela explique aussi pourquoi la gravité est apparemment la force la plus faible des quatre forces fondamentales de la nature, ce serait parce que son énergie serait également distribuée dans les autres dimensions que nous ne pouvons pas percevoir.

Au début des années 1920, un tel modèle cyclique de l’Univers était déjà considéré par plusieurs physiciens théoriciens comme une alternative viable au modèle de l’univers en expansion. Grâce aux travaux du mathématicien et cosmologiste Alexander Friedmann, la possibilité de décrire un Univers oscillant a été mathématiquement prédit même en 1922. Sa signification physique n’a été pleinement conçue que 12 ans plus tard, en 1934, lorsque le physicien-mathématicien Richard Tolman a proposé l’hypothèse de l’Univers oscillant comme modèle cosmologique.

Selon l’hypothèse de Tolman, l’Univers passe par une séquence d’oscillations, chacune commençant par un Big Bang et se terminant par un Big Crunch. Au cours de chaque oscillation, l’Univers se développerait pendant un certain temps jusqu’à ce que l’attraction gravitationnelle de la matière force un effondrement à l’état initial (le Big Crunch), après quoi il y aurait un effet de rebond, connu sous le nom de Big Bounce, et un nouveau cycle commencerait. Tolman lui-même a souligné un problème dans cette description cyclique de l’Univers à la lumière de la deuxième loi de la thermodynamique qui stipule que l’ entropie ne diminue jamais dans l’Univers. Tolman s’est rendu compte que la conséquence immédiate de la deuxième loi de la thermodynamique est que la période de chaque oscillation devrait être plus longue que la période de l’oscillation précédente; en extrapolant cette conclusion à une époque antérieure, on arrive à la conclusion que l’Univers aurait dû être né à un moment fini dans le passé. L’hypothèse de Tolman s’est donc révélée insuffisante pour décrire l’Univers en n’expliquant pas l’origine du temps lui-même.

L’écume de l’espace-temps (28) : la Cosmologie Cyclique Conforme, par Jean-Pierre Luminet

Déjà dans les années 1960, les physiciens Stephen Hawking et Roger Penrose et le mathématicien George Ellis ont démontré que, malgré la pertinence du problème identifié par Tolman, il n’y avait aucun moyen de préserver une certaine mémoire des cycles précédents dans le cycle actuel de l’Univers, éliminant toute approche comparative possible, y compris l’entropie. Cependant, ce même argument a été utilisé pour conclure qu’il y aurait peu de raisons de parler de cycles avant ou après le présent, puisque les informations mêmes sur l’existence de ces cycles ne pourraient être atteintes dans le cycle actuel de l’Univers. Alliée à d’autres observations, cette conclusion était suffisante pour que l’hypothèse d’un Univers oscillant soit abandonnée à l’époque.

Au début de ce siècle, la découverte de l’énergie noire a stimulé la recherche d’un modèle cosmologique cyclique cohérent. Parmi ces efforts, se démarque le modèle de Steinhardt-Turok, proposé en 2001 par les physiciens Paul Steinhardt et Neil Turok, où le temps n’aurait ni début ni fin et il y aurait une séquence infinie de cycles d’expansion et de contraction, avec l’énergie sombre responsable de l’expansion accélérée de l’Univers à chaque cycle.

Roger Penrose (lauréat du prix Nobel de physique 2020) a popularisé cette théorie (avec la cosmologie cyclique conforme) dans son livre intitulé : Les Cycles du temps : une nouvelle vision de l’Univers (2010). Selon lui, l’Univers se réitère à travers une série de cycles infinis, l’infinité temporelle future de chaque itération précédente étant identifiée à la singularité du Big Bang suivant. Penrose affirme que « l’Univers dans lequel nous évoluons ne serait ainsi pas le premier, ni le dernier d’ailleurs ».

Univers holographique

Juan Maldacena a proposé en 1997 que l’Univers pourrait être similaire à un hologramme 3D projeté sur une sphère. En d’autres termes, l’Univers serait bidimensionnel (deux dimensions), mais pour nous, il semblerait être tridimensionnel, de la même manière que l’hologramme d’une carte bancaire semble être tridimensionnel. Selon des chercheurs de l’Université de technologie de Vienne, il s’agit d’un modèle viable de notre réalité.

Les physiciens théoriques et les astrophysiciens ont d’abord identifié le concept d’un Univers holographique dans les années 1990. Aujourd’hui, des chercheurs ont publié des données d’observation pour appuyer une explication holographique 2D de l’Univers. Ce travail pourrait conduire à une théorie fonctionnelle de la gravité quantique, une théorie qui harmonise la mécanique quantique et la théorie de la gravité d’Einstein. Le principe holographique, avec son approche plus simplifiée, permet aux chercheurs d’étudier la densité élevée de la gravité quantique alors que la théorie du Big Bang à sa limite, ce qui, au final, fournit autant d’informations que l’étude du Big Bang lui-même.

Les physiciens théoriciens et les astrophysiciens de diverses universités du monde enquêtant sur les irrégularités du fond cosmique des micro-ondes (la “lueur” du Big Bang) ont trouvé des preuves substantielles soutenant une explication holographique de l’Univers. Ils ont publié en 2016, leurs résultats dans la revue Physical Review Letters (From Planck Data to Planck Era: Observational Tests of Holographic Cosmology, Niayesh Afshordi, Claudio Corianò, Luigi Delle Rose, Elizabeth Gould, and Kostas SkenderisPhys. Rev. Lett. 118, 04130).

Le professeur de sciences mathématiques Kostas Skenderis de l’Université de Southampton explique:

« Imaginez que tout ce que vous voyez, ressentez et entendez en trois dimensions (et votre perception du temps) émane d’un champ plat bidimensionnel. L’idée est similaire à celle de l’hologrammes ordinaires, où une image tridimensionnelle est codée sur une surface bidimensionnelle, comme un hologramme de carte de crédit, mais cette fois l’Univers entier est codé. »

Kostas Skenderis

Un exemple similaire pourrait être un film 3D dans un cinéma. Là, les images semblent avoir de la hauteur, de la largeur et de la profondeur, alors qu’en réalité tout provient d’un écran plat 2D. La différence avec l’univers tridimensionnel est que nous pouvons toucher des objets et la «projection» est «réelle» de notre point de vue.

Au cours des dernières décennies, les progrès des télescopes et des équipements de détection ont permis aux scientifiques de détecter une grande quantité de données cachées dans le “bruit blanc” ou les micro-ondes. En utilisant ces informations, l’équipe de chercheurs a pu faire des comparaisons complexes entre les réseaux de caractéristiques dans les données et la théorie quantique des champs. Ils ont découvert que certaines des théories quantiques les plus simples du domaine pouvaient expliquer presque toutes les observations cosmologiques de l’Univers primitif.

Cette animation montre dans un cube à quoi ressemblait l’univers primitif – très dense jusqu’à ce que des bulles se forment, créant des poches qui ont donné naissance aux premières étoiles et galaxies. – Crédit: NASA / STScI

” L’holographie est un énorme pas en avant dans la façon dont nous pensons à la structure et à la création de l’univers. La théorie de la relativité générale d’Einstein explique très bien presque tout à grande échelle dans l’univers, mais Il ne commence à se démêler que lorsque vous examinez ses origines et ses mécanismes au niveau quantique. Les scientifiques travaillent depuis des décennies pour combiner la théorie de la gravité d’Einstein et la théorie quantique. Certains pensent que le concept d’univers holographique a le potentiel de réconcilier le 2. J’espère que nos recherches nous feront franchir une nouvelle étape dans cette direction. »

Kostas Skenderis

Les scientifiques sont encore loin de prouver que notre Univers fut ou est toujours une projection holographique, bien qu’un système en deux dimensions serait compatible avec tout ce que nous voyons depuis le Big Bang. À ce jour, il n’y a aucune preuve directe que notre Univers est un hologramme, mais le fait que des données d’observation du monde réel pourraient expliquer une partie des lois de la physique manquantes en deux dimensions signifie que nous ne pouvons raisonnablement pas l’exclure.

Torsion de l’espace-temps (vivons-nous dans un trou noir ?)

La théorie de Nikodem Poplawski propose que l’Univers se comporte comme un objet au bord d’un trou noir, ce qui nous fait nous demander à la fois s’il est possible que la même chose se produise à l’intérieur des trous noirs, et que cela implique qu’il existe peut-être d’innombrables autres univers (multivers).

Conférence: Habitons-nous un trou noir ? Et pourquoi devrions-nous nous en soucier ? par David ELBAZ – Rencontres du ciel et de l’espace 2016, Paris

Dans une analyse, sur les mouvements des particules entrant dans un trou noir, publié en mars 2010 par Nikodem Poplawski, il est démontré que, dans chaque trou noir il pourrait exister un autre univers. Le trou noir qui se trouverait, selon cette hypothèse, au centre de la Voie Lactée, pourrait être un pont vers des univers différents. Poplawski se base sur une version modifiée de l’équation de la relativité générale d’Einstein, en y incluant les mouvements des particules, rendant possible le calcul de la torsion, qui fait partie de la géométrie de l’espace et du temps.

Selon cette hypothèse, la matière passant dans un trou noir ne s’étendrait pas à l’infini, mais elle se dilaterait et se contracterait. Lorsque la densité de la matière atteint des proportions gigantesques de l’ordre de de 1 050 kg/m à l’intérieur d’un trou noir, la torsion se manifeste comme une force s’opposant à la gravité. Cela empêche la matière de se comprimer indéfiniment, il n’y a donc pas de singularité. La matière rebondit et recommence à s’étendre, Poplawski appelle cela “le grand rebond”.

Univers sans début ni fin

Selon Roger Penrose, il est possible que la singularité au début de l’Univers soit apparente, laissant place à l’existence d’un univers antérieur au nôtre. Cette idée est également soulevée, sous un autre angle, par Ahmed Farag Ali et Saurya Das, qui indiquent qu’il n’y a pas non plus de singularité là où l’Univers est comprimé après des millions d’années, mais qu’il resterait toujours plus ou moins similaire, sans fin apparente.

Fin 2014, une étude (Cosmology from quantum potential, Ahmed Farag Ali, Saurya Das) réalisée en appliquant des termes de correction quantique pour compléter, à certains égards, la théorie générale de la relativité d’Einstein, a déterminé que l’explosion connue sous le nom de Big Bang n’aurait pas pu avoir lieu. Et qu’il est possible, que l’Univers ait toujours existé et donc n’ait pas de fin non plus, il serait infini dans le temps mais pas dans l’espace (son expansion atteindrait une limite). Ce nouveau modèle pourrait expliquer l’existence de la matière noire et de l’énergie noire dans l’Univers .

Simulations scientifiques JWST: animation panoramique Galaxy Evolution. Cette visualisation montre des galaxies, composées de gaz, d’étoiles et de matière noire, entrant en collision et formant des filaments dans l’univers à grande échelle offrant une vue de la toile cosmique. – Crédits: NASA / Goddard Space Flight Center et le Advanced Visualization Laboratory du National Center for Supercomputing Applications

Ahmed Farag Ali , co-auteur de l’étude explique que: « La singularité du Big Bang est le problème le plus sérieux de la relativité générale, car les lois de la physique semblent s’y décomposer ». Avec cette nouvelle théorie de l’Univers, cette singularité resterait, sans la prémisse d’établir un début et une fin possible du Cosmos.

Ce travail est basé sur les théories du physicien théoricien David Bohm, qui, à partir des années 1950, a étudié le remplacement des géodes classiques par des trajectoires quantiques. Lesquels ont maintenant servi de base à ce nouveau modèle, qui n’établit à aucun moment précis l’origine de l’Univers. Les scientifiques en charge de cette nouvelle théorie de l’origine de l’univers expliquent que les corrections quantiques peuvent être considérées comme une constante cosmologique , avec la possibilité que l’énergie noire n’existe pas.

Le modèle établit le que le Cosmos est rempli d’un fluide quantique , ce “liquide” serait composé de particules hypothétiques appelées gravitons. Ces particules n’ont pas de masse et joue un rôle de médiateur dans la gravité, qui si elles existent, auraient une pertinence importante dans la théorie de la gravité quantique.

Pour toutes ces raisons, les responsables de ce modèle de l’Univers ont conclu que l’Univers n’a ni début ni fin, qu’il aura des limites dans l’espace mais pas dans le temps.

Inflation éternelle (univers chaotique)

La théorie de Andrei Linde, sur les idées de Alan Guth, indique que dans la période inflationnaire de notre Univers, très très proche du début, les conditions étaient données pour que bien d’autres univers apparaissent du nôtre, des “poches” qui a subi son propre processus d’expansion… qui aboutit à un univers fractal, se répétant éternellement, et où chaque univers pourrait avoir ses propres lois physiques, toutes différentes les unes des autres.

En 2007, Alan Guth déclare dans son article «Inflation éternelle et ses implications » (Eternal Inflation and its Implications, 2007):

« La cosmologie inflationniste suggère donc que, même si l’univers observé est incroyablement grand, ce n’est qu’une fraction infinitésimale de l’univers entier »

Alan Guth

Andrei Linde (A brief history of the multiverse, 2015) est un des pères de la théorie inflationniste du Big Bang et l’initiateur des modèles d’inflation chaotique. L’inflation chaotique et un autre modèle phare, la “nouvelle” inflation, semblent tous deux entraîner une inflation éternelle; cela donne naissance au scénario du multivers. Autrement dit, l’inflation continue dans la plupart des espaces, tandis que de multiples univers se forment et se séparent du processus d’inflation.

Cette animation montre une chaîne d’autres univers potentiels. Lorsque deux se touchent, ils provoquent une étincelle (un Big Bang), créant éventuellement un autre univers. – Crédit: Nasa

Dans le scénario du multivers, notre Univers n’est qu’un univers parmi une infinité d’autres univers. Dans ce contexte, notre Univers particulier peut être appelé “mini-univers” ou “univers de poche”. Bien sûr, notre Univers est déjà extrêmement vaste, c’est juste que le multivers est énormément plus grand que cela. Avec une inflation éternelle, le multivers ne cesse de gonfler dans d’autres régions, dont une partie s’installera plus tard dans d’autres “univers de poche”.

Avec le modèle de l’inflation éternelle, notre Univers n’est très probablement pas le premier, c’est juste un parmi des nombreux que compose le multivers et l’inflation dure depuis très longtemps… L’inflation continuerait à jamais dans le futur. De nouveaux mini-univers continueraient à être engendrés et à se stabiliser à partir de l’inflation globale. Selon Alan Guth, il semblerait que l’inflation éternelle ne soit pas éternelle dans le passé, seulement dans le futur.

Chacun de ces mini-univers pourrait avoir des valeurs différentes des paramètres physiques fondamentaux. Cela rejoint les modèles de la théorie des cordes qui admettent un très grand nombre de possibilités pour les paramètres physiques.

Dans ce modèle, certains ensembles de ces paramètres sont favorables à la vie, mais beaucoup (la plupart) ne le seraient pas. Pour obtenir la vie telle que nous la connaissons, nous avons besoin de carbone et d’autres éléments lourds, formés dans les étoiles (et non lors de la nucléosynthèse du Big Bang), et nous avons besoin d’un mini-univers de longue durée. D’autres mini-univers peuvent avoir des valeurs de matière noire et d’énergie sombre différentes de celles de notre propre Univers. Cela pourrait conduire à des durées de vie très courtes sans aucune chance de former des galaxies et des étoiles.

Conclusion

Il y a tellement de questions sans réponse…

  • Le Big Bang est-il une explication plus crédible que les modèles alternatives que nous venons de voir ?
  • Pourquoi les lois et constantes fondamentales de l’Univers semblent-elles ajustées à l’existence de la vie ?
  • Y a-t-il d’autres univers ?
  • La science pourra-t-elle un jour répondre à la question de l’origine de l’Univers ?
Expansion de l'Univers en entonnoir
Une représentation de l’évolution de l’univers sur 13,77 milliards d’années. L’extrême gauche représente le premier moment que nous pouvons maintenant sonder, lorsqu’une période d’inflation a produit une explosion de croissance exponentielle dans l’univers. Pendant les quelques milliards d’années qui ont suivi, l’expansion de l’univers s’est progressivement ralentie à mesure que la matière de l’univers s’étirait sur elle-même par gravité. Plus récemment, l’expansion a recommencé à s’accélérer alors que les effets répulsifs de l’énergie sombre en sont venus à dominer l’expansion de l’univers. – Crédits: Goddard Space Flight Center de la NASA

« Des théories, n’importe quel physicien brillant peut en inventer. Mais elles pourraient ne rien avoir avec la réalité. On découvre quelles théories sont proches de la réalité en les comparant à des expériences. Nous n’avons simplement aucune preuve expérimentale de ce qui s’est passé auparavant. »

James Peebles

Selon James Peebles (prix Nobel de physique en 2019), professeur émérite de Princeton, nous ne savons rien concernant les débuts de l’Univers et qu’il n’y avait en fait aucune preuve concrète d’une explosion géante qui a donné naissance à l’univers. En 2019, lors d’un événement honorant les lauréats du prix Nobel résidant aux États-Unis, Peebles a déclaré : « la première chose à comprendre à propos de mon domaine est que son nom, Big Bang Theory, est tout à fait inapproprié ».

Il dit que nous avons une «théorie de l’évolution bien établie d’un état précoce», c’est-à-dire les premières secondes du temps qui ont laissé des signatures cosmologiques appelées “fossiles”. Les plus anciens fossiles cosmologiques que nous avons sont la création d’hélium et d’autres particules, résultant de la nucléosynthèse qui a eu lieu alors que l’Univers était très chaud et très dense. Mais « Nous n’avons pas de test sérieux sur ce qui s’est passé plus tôt dans le temps », il déclare également « Nous avons des théories, mais nous ne les avons pas testées ». Pour Peebles, les théories s’établissent lorsqu’elles passent des tests. Ce qui n’est pas le cas pour la théorie du Big Bang.

Les noyaux d’hélium ont été créés dans le Big Bang et contiennent chacun deux protons et deux neutrons. L’hélium est le deuxième élément le plus abondant, comprenant environ un quart de la masse de l’Univers. Cette animation effectue un zoom sur un atome d’hélium standard, montrant ses protons (vert), neutrons (blanc) et électrons (bleu). – Crédit: NASA

Pour conclure, les mots de Jean-Marc Bonnet-Bidaud (astrophysicien français au CEA) donnés dans une interview pour 20minutes.fr qui pour lui « La théorie du Big Bang repose sur trop de chose qu’on ne connaît pas » :

« Je fais partie des scientifiques qui doutent de la construction intellectuelle qui sous-tend la théorie du Big Bang. Dans la communauté en général, il y a une majorité écrasante de gens qui croient que c’est la solution. Mais on a vu des théories physiques acceptées par 99 % des gens et être fausses. Moi je souligne que c’est une construction intellectuelle reposant sur beaucoup d’inconnues. Des choses qu’on ne connaît pas, comme de la matière noire. Moi, ça me paraît dangereux. On ne peut pas rafistoler des théories scientifiques pour les maintenir en vie. Les récentes observations de l’univers peuvent donner raison aux défenseurs du Big Bang, mais quand on analyse en détail, on est loin de preuves irréfutables.

Pour moi, on est dans une impasse, même s’il n’y a pas d’observation qui invalide ce scénario. Je dois être honnête, il n’existe pas de schéma aussi développé que le Big Bang. Mais il devient très compliqué. Des doutes se sont installés. Il faudrait travailler sur certaines alternatives. Il y a des hypothèses, mais on n’arrive pas à dresser cela dans un tout cohérent. Il faut toujours penser que l’explication pourrait être autre chose. Je critique ce consensus un peu trop général et l’absence d’esprit critique. »

Jean-Marc Bonnet-Bidaud

Nous arrivons à la fin de l’article, dans la plupart des modèles alternatives au Big Bang, on fait appel au multivers et/ou à la théorie des cordes qui sont encore très fortement discutés dans le domaine scientifique. Si vous voulez en savoir un peu plus sur le multivers, je vous invite à lire notre article “Vivons-nous dans un Multivers ? (Les différents modèles d’univers multiples)” qui développe les différentes théories.

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Sources & liens connexes

Putting the “bang” in the Big Bang
news.mit.edu/2019/putting-bang-in-big-bang…

What is the Oscillating Universe Theory? (Qu’est-ce que la théorie de l’Univers oscillant?)
www.universetoday.com/oscillating-universe-theory/

From Planck Data to Planck Era: Observational Tests of Holographic Cosmology
journals.aps.org/prl/abstract/10.1103…

Re-evaluating evidence for Hawking points in the CMB
arxiv.org/abs/1909.09672

Cosmology with torsion: An alternative to cosmic inflation
arxiv.org/abs/1007.0587

Are We Living in a Black Hole?
www.nationalgeographic.com/black-hole-blast-explains-big-bang/

Cosmology from quantum potential
arxiv.org/abs/1404.3093v3

Conditions for (No) Eternal Inflation
arxiv.org/pdf/1905.05198.pdf

A brief history of the multiverse
arxiv.org/pdf/1512.01203.pdf

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2 thoughts on “L’origine de l’Univers, Le Big Bang et ses modèles alternatifs les plus plausibles

  1. Je dois dire que dans l’ensemble, je suis assez impressionné par cette page Web. Il est évident que vous connaissez votre sujet et que vous en êtes passionné.

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