Comment est né l’univers : entre mystère et sciences!

Comment est né l’univers ? Telle est la question que m’a soumise une maman ! C’est loin d’être une question facile ! Et pourtant c’est une question que se posent les êtres humains depuis la nuit des temps ! Les religions, quelles qu’elles soient, ont d’ailleurs pris une grande part à cette discussion. Chacune d’entre elles expliquant comment Dieu avait créé l’Univers. Mais aujourd’hui, je te propose de nous pencher sur les théories scientifiques qui tentent d’expliquer ce mystère. Parce que, oui, il s’agit bien là d’un mystère !

Voyage dans le temps

Avant de partir dans des explications, je voudrais commencer par t’expliquer comment les chercheurs peuvent connaître l’histoire de l’univers. Effectivement, pour connaître l’histoire des dinosaures ou des hommes préhistoriques, les chercheurs ont creusé le sol pour trouver des fossiles. Pour comprendre comment fonctionne un organismeA l'origine, ce mot désignait l'ensemble des organes qui co... More, ils ont construit des microscopes c’est-à-dire des loupes extrêmement puissantes, pour observer nos cellules.

Mais que faire pour savoir comment est né l’univers? Pour cela, il faut comprendre un principe extrêmement important en astronomie : plus on regarde loin dans l’espace et plus on regarde loin dans le temps ! Hein ? Quoi ? ça veut dire quoi ça ?

Pas de panique, c’est super simple !

La lumière se déplace

Pour commencer, il faut savoir que la lumière n’est pas quelque chose d’instantané ! C’est quelque chose qui se transporte, qui voyage. Certes, la lumière est très rapide, mais elle n’est pas instantanée ! Quand tu appuies sur un interrupteur, la lumière semble inonder la pièce d’un seul coup. En fait, lorsque tu allumes une ampoule, celle-ci va produire de la lumière. La lumière va partir de l’ampoule pour aller ensuite dans chaque recoin de la pièce. La lumière voyage à une vitesse vertigineuse !

Elle parcourt environ 300 000km en une seconde. C’est pour ça qu’il ne lui faut qu’une infime portion de seconde pour parcourir la distance qui sépare l’ampoule des murs de la pièce et que tu as donc l’impression que la lumière est instantanée !

Bon, maintenant que tu sais que la lumière se déplace, voyons en quoi cela nous aide en astronomie ! Imaginons que tu sois en train d’observer une ampoule située à 3 millions de kilomètres de toi (oui, tu dois avoir de bons yeux pour voir à une telle distance !) La lumière émise par l’ampoule met 10 secondes pour t’arriver dans les yeux.

Maintenant, imaginons que cette même ampoule émette une lumière bleue pendant 5 secondes, puis une lumière rouge pendant 5 secondes puis une lumière verte pendant 5 secondes…Et bien quand la couleur bleue, la première lumière émise, t’arrive dans les yeux, l’ampoule, elle, n’émet plus une lumière bleue mais une lumière verte ! Autrement dit, tu vois la lumière émise 10 secondes avant le moment où tu l’observes : tu as remonté le temps grâce à la lumière !

Allez, un petit dessin est bien souvent plus compréhensible que du blabla !

Le voyage de la lumière sur de très grandes distances

Ceci explique aussi pourquoi la lumière du soleil met 8 minutes pour nous parvenir! Maintenant, il ne reste plus qu’à imaginer ce phénomène sur des distances bien plus grandes que 3 millions de kilomètres et on peut comprendre comment on arrive à voir ce qui s’est passé il y a des milliards d’années et ainsi en déduire comment est né l’univers. Ce phénomène est d’ailleurs tellement essentiel dans le domaine de l’astronomie que les distances ne sont plus calculées en kilomètres mais en année lumière. C’est quoi ça ? Et bien c’est la distance que parcourt la lumière en une année ! Allez, je fais le calcul à ta place, si la lumière se déplace à 300 000km/s, alors une année lumière équivaut à 9 461 milliards de kilomètres ! Donc au final, si on observe quelques chose, une planète par exemple, qui se trouve à 10 années lumières de nous, on la voit telle qu’elle était il y a 10 ans…magique, non ?

Bon, maintenant que tu as compris comment les chercheurs font pour étudier l’histoire de l’univers, voyons ce qu’ils ont découvert !

Comment est né l’univers?

Je vais te le dire tout de suite, sans faire durer le suspense : on ne sait pas ce qu’il y avait au commencement de l’histoire de l’univers ! Voilà ! C’est dit ! On a beau être à la pointe de la technologie, envoyer des sondes dans l’espace et observer l’infiniment petit avec des microscopes de plus en plus perfectionnés…on ne sait toujours pas comment est né l’univers !

Il y a quelques théories, plus ou moins argumentées et qui font plus ou moins le consensus dans la communauté scientifique, mais aucune certitude !

Stephen Hawking, célèbre astrophysicien décédé il y a quelques années, pensait qu’il était possible que l’univers se soit créé tout seul, à partir de rien, en utilisant principalement la force gravitationnelle^[1].

Carlo Rovelli, physicien italien né en 1956, pense, quant à lui, que notre univers est issu d’un précédent univers^[2]. Celui-ci se serait contracté sur lui-même jusqu’à devenir tout tout petit, puis lorsqu’il était tellement petit que toute les interactions entre les atomes devenaient complexes, toute la matière aurait alors été expulsée. C’est ce qu’on appelle une étoile de Planck. Tu remarqueras que cette hypothèse ne fait que repousser la question : comment ce précédent univers, à l’origine du nôtre, est-il né ? Nous ne le savons pas !

Le Big Bang, le début de notre histoire

Nos certitudes concernant l’histoire de l’univers sont un peu plus importantes à partir de ce qu’on appelle le Big Bang^{[3] [4]}. Qu’est-ce que c’est que ça ?

Une explosion ! Une formidable explosion ! Une explosion plus puissante que tout ce que tu peux imaginer. Elle a eu lieu il y a 13,7 milliards d’années (ou 13,8 les précisions sont ce qu’elles sont pour de si grandes durées). A ce moment-là, l’univers n’était qu’une toute toute petite boule de rien du tout, plus petite qu’un grain de sable. On appelle cela l’atomeIl s’agit du plus petit élément qui compose la matière.... More originel^[5]. Mais cette boule était très très lourde ! Imagine un troupeau d’éléphants que tu ferais tenir dans une aiguille…et ce serait encore plus léger et plus gros que ce qu’était l’univers au moment du Big Bang ! En plus, tout cela avait une température incroyablement élevée ! Bien plus chaud que ce que tu peux imaginer !

Mais d’un seul coup, cette toute toute petite boule de rien du tout explose. C’est le Big Bang.

Les premiers instants de notre univers

Pendant les premières secondes qui suivent cette explosion, une période que l’on appelle l’ère de l’univers primordiale, on ne sait pas trop ce qu’il passe. Par contre, ce que l’on sait, c’est qu’il y a une quantité d’énergie incroyable. C’est d’ailleurs une des raisons pour laquelle nous sommes incapables de simuler ce qui s’est déroulé à ce moment-là ! Aucune de nos technologies permet à l’heure actuelle de créer autant d’énergie !

Il faut alors faire des modèles sur ordinateur pour imaginer ce qui a pu se passer. Le problème c’est qu’on ne sait pas trop s’il faut utiliser les loisEn physique, les lois sont les principes, les règles qui di... More qui régissent les interactions entre des grands objets ou bien les loisEn physique, les lois sont les principes, les règles qui di... More qui régissent les objets tout petits. Et, pour le moment, nous sommes bien incapables de relier ces deux types de lois ! C’est donc toute une nouvelle physique qu’il faudrait développer pour arriver à comprendre les loisEn physique, les lois sont les principes, les règles qui di... More qui ont gouverné l’univers juste après sa naissance ! C’est ce qu’on appelle la théorie des cordes ou celle des univers parallèles…mais je ne vais pas rentrer dans les détails.

Pendant les 10 premières secondes de la vie de l’univers, beaucoup de réactions chimiques ont lieu, donnant naissances à des particules qui disparaissent aussi vite qu’elles sont apparues ! Les forces qui régissent notre univers (comme la gravitation, ou l’électromagnétisme) se mettent alors petit à petit en place.

C’est également à ce moment-là que l’univers grandit énormément^[6]. Il a une expansion extrêmement rapide.

De 10 secondes à 380 000 ans après le Big Bang

Entre 10 secondes et 380 000 ans, l’univers entre dans ce que l’on appelle l’ère des photons. Qu’est-ce que c’est que ce machin ?

La lumière est un ensemble de particules que l’on appelle des photons. Ce sont de véritables boules d’énergie. Et lorsque ces boules d’énergie sont nombreuses, on voit de la lumière. En sachant cela, on comprend d’ailleurs mieux pourquoi la lumière se déplace et n’est pas instantanée !

Pour en revenir à l’histoire de l’univers et l’ère des photons, il y a tellement d’énergie libérée lors du Big Bang que des photons sont créés. C’est ainsi que la lumière a été créé, lors de cette fameuse ère des photons, 10 secondes après le Big Bang. Cette lumière n’était pas tout à fait celle que nous connaissons aujourd’hui. En effet, les photons étaient liés à la matière, formant un joli couple rendant l’univers brumeux. Puis les couples se sont désolidarisés et l’univers est devenu transparent parce que les photons pouvaient se déplacer librement.

Avant ce moment, l’univers ne contenait aucun photon, donc aucune lumière. Autrement dit, il nous est impossible de « voir » l’univers avant cette époque. La « photo » la plus ancienne que l’on puisse obtenir avec les technologies actuelles date de la fin de cette ère des photons, alors que la lumière est apparue pour la première fois dans l’univers.

Dans cette folie, les premiers atomes se forment. Tout d’abord, ce sont les atomes d’hydrogène qui apparaissent. Ce sont les plus petits, les plus légers. L’hydrogène est, encore aujourd’hui, l’élément qui est le plus présent dans l’univers (il forme les ¾ de l’univers).

L’univers se met en place

Par la suite des quasars, des sortes de galaxiesEnsembles d'étoiles et de matière qui restent ensemble gr... More primitives, puis des premières étoiles apparaissent. C’est à l’intérieur de ces étoiles que la matière va se développer. En effet, le cœur des étoiles est le lieu de nombreuses réactions chimiques. Les atomes tout légers (tel que l’hydrogène et l’hélium) produits par l’univers jusqu’à présent vont réagir entre eux, s’associer pour former des atomes plus gros. C’est l’apparition de la matière dans notre univers !

Après cela, les galaxiesEnsembles d'étoiles et de matière qui restent ensemble gr... More vont naître grâce à la force de gravitation et à cette matière toute nouvelle.

Les galaxiesEnsembles d'étoiles et de matière qui restent ensemble gr... More les plus vieilles qui ont pu être observées datent de 13,2 milliards d’années, soit 500 millions d’années après le Big Bang^[7].

D’après des études, l’âge de notre galaxie est estimé à environ 8 milliards d’années.

Histoire de notre système solaire

Notre galaxie, qui s’appelle la voie Lactée, est donc née il y a environ 8 milliards d’années, mais notre soleil, lui, serait apparu il y a seulement 5 milliards d’années.

Quant à notre bonne vieille Terre, elle est née peu après le soleil, il y a 4,5 milliards d’années…Mais ça, ce sera pour un autre article si le sujet t’intéresse !

Quel futur pour notre univers ?

On n’en sait rien bien sûr ! Mais plusieurs hypothèses ont vu le jour.

Il faut tout d’abord savoir que la fin de l’univers n’est pas prévue pour tout de suite ! D’après les estimations, nous sommes plus proche du début de l’univers que de sa fin si on considère le Big Bang comme le commencement. Et c’était il y a 13,8 milliards d’années !

Selon l’une de ces hypothèses, l’univers va continuer à grandir, grandir, grandir…jusqu’à empêcher la création de nouvelles étoiles. Celles qui existent aujourd’hui s’éteindront progressivement, plongeant l’univers dans un grand froid. Puis les galaxiesEnsembles d'étoiles et de matière qui restent ensemble gr... More s’évaporeront et le grand vide sera de nouveau là. C’est la théorie du Big Freeze.

Selon la théorie du Big Crunch, c’est tout le contraire. L’univers, après avoir grandi jusqu’à une certaine taille, reviendrait à sa taille initiale de grain de poussière. Un peu comme un élastique qui reviendrait à sa taille d’origine. Ce faisant, tout serait annihilé. Cependant, cette théorie rencontre peu d’adeptes.

Il existe une troisième théorie selon laquelle l’univers continuera à grandir jusqu’à ce que la gravitation et la force électromagnétique (la force qui permet aux atomes d’être des atomes et de se lier les uns aux autres) ne soient plus possibles. C’est alors que toutes les galaxiesEnsembles d'étoiles et de matière qui restent ensemble gr... More, les planètes, la matière, etc. se déchireront. C’est la théorie du Big Rip.

Voilà l’histoire de notre univers telle que nous la connaissons aujourd’hui.

Est-ce que tout cela te semble un peu moins mystérieux ?

Bibliographie pour comprendre comment est né l’univers

• [1]         « Stephen Hawking ». https://www.hawking.org.uk/in-words/lectures/the-beginning-of-time (consulté le 23 juillet 2022).
• [2]         C. Rovelli, « Loop Quantum Gravity », Living Rev. Relativ., vol. 11, n^o 1, p. 5, juill. 2008, doi: 10.12942/lrr-2008-5.
• [3]         G. Lemaître, « Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extra-galactiques », Ann. Société Sci. Brux., vol. 47, p. 49‑59, janv. 1927.
• [4]         G. Gamow, « The Evolution of the Universe », Nature, vol. 162, n^o 4122, Art. n^o 4122, oct. 1948, doi: 10.1038/162680a0.
• [5]         « 1949PLAGL..12D…1L Page D1 ». https://adsabs.harvard.edu/full/1949PLAGL..12D…1L (consulté le 23 juillet 2022).
• [6]         E. Hubble, « A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae », Proc. Natl. Acad. Sci., vol. 15, n^o 3, p. 168‑173, mars 1929, doi: 10.1073/pnas.15.3.168.
• [7]         D. P. Stark, R. S. Ellis, J. Richard, J.-P. Kneib, G. P. Smith, et M. R. Santos, « A keck survey for gravitationally lensed lyα emitters in the redshift range 8.5< z< 10.4: New constraints on the contribution of low-luminosity sources to cosmic reionization », Astrophys. J., vol. 663, n^o 1, p. 10, 2007.