COSMOLOGIE
Vers le big bang
Extrapolation dans le passé
Dans l'Univers en expansion, la distance entre deux points quelconques augmente avec le temps. Donc, elle diminue lorsqu'on remonte (par la pensée) dans le passé, jusqu'à se réduire à zéro. Les modèles cosmologiques compatibles avec les observations situent cet instant où les distances s'annulent dans un passé fini et sont dits à singularité initiale : on convient d'adopter cette singularité (l'instant où les distances s'annulent) comme origine des temps, définissant l'âge de l'Univers, tU, de l'ordre du temps de Hubble, H0—1.
L'évolution de l'Univers peut être calculée dans le cadre strict et bien spécifié de la théorie de la relativité générale. Mais, à mesure que l'on remonte dans le passé, les conditions physiques deviennent de plus en plus extrêmes en densité et en température. Si bien qu'il doit exister un instant, appelé temps de Planck, au-delà duquel nos connaissances physiques ne permettent pas de remonter. Notre théorie de la gravitation, la relativité générale, ne peut être appliquée aux premières fractions de seconde de l'histoire de l'Univers : il nous faudrait pour cela disposer d'une théorie quantique de la gravitation. En particulier, il n'est pas certain que l'Univers était déjà en expansion au cours de cette ère de gravitation quantique (il est même possible que les notions habituelles d'espace et de temps, donc d'expansion, n'y aient pas de sens).
Densité, pression
La matière présente dans l'Univers a subi les conséquences de l'expansion : les distances augmentant, les volumes aussi, une quantité déterminée de matière se retrouve (en moyenne) répartie dans un volume de taille croissant comme R3(t) avec le temps. Par conséquent, sa densité décroît comme R—3. Plus on remonte dans le passé, plus l'Univers était dense. Mais la matière dense est plus chaude : l'Univers était donc plus chaud dans le passé.
Dans l'Univers très jeune, la matière très dense et très chaude émettait du rayonnement tout comme un corps incandescent émet de la lumière visible. Mais la matière universelle, de beaucoup plus chaude que n'importe quel corps incandescent, émettait un rayonnement bien plus énergétique que la lumière visible. À vrai dire, il est plus exact de dire que la matière était en équilibre avec le rayonnement : il y avait constamment absorption et émission de photons par le gaz de matière, qui baignait donc dans un rayonnement à la même température que lui (la température d'un rayonnement caractérise ses propriétés énergétiques, son domaine spectral : ainsi, un corps incandescent émet du rouge puis du blanc lorsqu'il est chauffé ; un peu moins chaud, il émet de l'infrarouge ; plus chaud, au contraire, il émet de l'ultraviolet, des rayons X, des rayons gamma). Cela n'est pas sans implications, car le rayonnement représente de l'énergie et, comme nous l'enseigne la relativité générale, l'énergie est source de gravitation. L'Univers « primordial » était donc dominé dynamiquement par le rayonnement, ce qui, comme nous l'avons vu, modifiait son évolution. Cette « ère du rayonnement » a duré environ un million d'années, jusqu'à l'époque d'« équivalence matière-rayonnement », suivie par l'ère de la matière.
Le rayonnement
L'omniprésence du rayonnement est riche en conséquences. En effet, les photons du rayonnement interagissent avec les particules de matière. La matière ordinaire est essentiellement formée de protons et de neutrons d'une part (qui composent par exemple les noyaux des atomes) et d'électrons d'autre part. Dans les conditions ordinaires, les électrons sont liés aux noyaux pour former des atomes électriquement[...]
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Écrit par
- Marc LACHIÈZE-REY : ancien élève de l'École nationale supérieure de la rue d'Ulm, docteur en physique, directeur de recherche émérite au CNRS
Classification
Pour citer cet article
Marc LACHIÈZE-REY. COSMOLOGIE [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )
Médias
Structure de l'Univers
Encyclopædia Universalis France
Edwin Powell Hubble
The Observatories of the Carnegie Institution of Washington
Évolution de l'Univers pour les trois courbures de l'espace-temps possibles
Encyclopædia Universalis France
Autres références
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UNIVERS
- Écrit par Jean AUDOUZE, James LEQUEUX
- 6 652 mots
- 18 médias
Il peut paraître illusoire, inutile ou présomptueux d'oser consacrer quelques lignes à l'Univers dans son ensemble. Nous sommes écrasés par son immensité et sa diversité. Néanmoins, l'intelligence de l'homme l'a conduit à inventer un très grand nombre de techniques qui lui permettent d'appréhender...
-
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES
- Écrit par Maurice JACOB, Bernard PIRE
- 8 172 mots
- 12 médias
...implique la connaissance de la physique à des énergies de plus en plus élevées (100 MeV à 10—15 m, 100 GeV à 10—18 m). Cela nous permet aussi de comprendre les premières fractions de seconde suivant la naissance de l'Univers. Si nous vivons dans un Univers en expansion, la densité et la température... -
ÂGE DE LA TERRE
- Écrit par Pascal RICHET
- 5 143 mots
- 5 médias
Que la Terre et même l’Univers aient un âge est de nos jours une évidence. Le fait que ces âges se comptent par milliards d’années est lui-même couramment connu : 4,55 pour la Terre et sans doute environ trois fois plus pour l’Univers, comme l’ont respectivement établi les géochimistes au milieu du...
-
ANTHROPIQUE PRINCIPE
- Écrit par Marc LACHIÈZE-REY
- 1 299 mots
L' anthropocentrisme a connu un tournant décisif à l'époque de la Renaissance. Jusqu'à Copernic (1473-1543), les « systèmes du monde » étaient explicitement centrés sur la Terre. Qu'elle fût considérée comme « centrale » ou comme « inférieure », la position occupée par l'homme possédait un caractère...
-
ANTIMATIÈRE
- Écrit par Bernard PIRE, Jean-Marc RICHARD
- 6 931 mots
- 4 médias
...exister. Le problème est de savoir s'il y a réellement de l'antimatière en abondance dans l'Univers. Les interrogations à ce sujet viennent en fait de la cosmologie, qui est la science qui spécule sur la naissance et l'évolution du monde. Les modèles de cosmologie ont en commun une explosion initiale, le... - Afficher les 65 références
Voir aussi
- ONDE ou RAYONNEMENT ÉLECTROMAGNÉTIQUE
- AMAS DE GALAXIES
- ABONDANCE DES ÉLÉMENTS CHIMIQUES, astronomie
- PRESSION, physique
- NOYAU ATOMIQUE
- ASTROPHYSIQUE
- TENSEURS
- DÉCALAGE SPECTRAL
- SPECTROSCOPIE, astronomie
- DOPPLER-FIZEAU EFFET
- CÉPHÉIDES
- TEMPS, physique
- IONISÉS MILIEUX
- NUCLÉONS
- GÉOMÉTRIES NON EUCLIDIENNES
- ÉLÉMENTS CHIMIQUES
- TEMPÉRATURE
- GRANDE UNIFICATION THÉORIE DE LA
- VITESSE DE LA LUMIÈRE
- EINSTEIN ÉQUATIONS D'
- PRINCIPE COSMOLOGIQUE
- VARIÉTÉS RIEMANNIENNES
- FACTEUR D'ÉCHELLE, cosmologie
- RELATIVITÉ GÉNÉRALE
- DENSITÉ DE L'UNIVERS
- RELATIVITÉ RESTREINTE
- VITESSE RADIALE, astronomie
- COBE (Cosmic Background Explorer)
- PLANCK TEMPS DE
- ROBERTSON-WALKER MÉTRIQUE DE
- DISTANCE, astronomie
- FOND DIFFUS COSMOLOGIQUE ou RAYONNEMENT COSMOLOGIQUE
- PHYSIQUE DES PARTICULES
- HUBBLE-LEMAÎTRE LOI DE
- EXPANSION DE L'UNIVERS
- MODÈLE COSMOLOGIQUE
- CONSTANTE COSMOLOGIQUE
- ÂGE DE L'UNIVERS
- INFLATION DE L'UNIVERS
- COURBURE DE L'ESPACE-TEMPS
