comment est né l'univers
Astronomie

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 organisme, 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 !

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Le temps que la lumière arrive à notre œil, l’objet observé a changé de couleur (ou forme)

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’atome 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.

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L’univers serait issu du Big Bang, une gigantesque explosion.

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 lois qui régissent les interactions entre des grands objets ou bien les lois 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 lois 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.

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Image du fond diffus de cosmologie. La plus vieille photo que l’on puisse faire de l’univers, prise à la fin de l’ère des photons, soit 380 000 ans après le Big Bang. (Image prise par la NASA)

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 galaxies 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 galaxies vont naître grâce à la force de gravitation et à cette matière toute nouvelle.

Les galaxies 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 !

Notre galaxie, la voie Lactée, vue depuis la Terre.

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 galaxies 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 galaxies, 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

  • [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, no 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, no 4122, Art. no 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, no 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, no 1, p. 10, 2007.
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Commentaires

25/07/2022 à 9h13

Merci pour cet article très riche, documenté et bien écrit ! Je vais le relire avec ma fille de 6 ans qui se pose beaucoup de questions en ce moment sur l’univers ! L’explication et le schéma sur la vitesse de la lumière sont très bien faits !



26/07/2022 à 11h44

Effectivement, à l’heure d’internet et des satellites on pense tout savoir sur tout alors que l’origine de notre planète et de l’Univers dans son ensemble restent un mystère. Ce qui me fascine le plus ce sont les bons de gens faits par la communauté scientifique via des découvertes qui semblent (au grand public dont je fais partie) insignifiantes. Merci encore une fois pour cet article très bien expliqué et illustré pour faire comprendre aux plus jeunes les fondements de la science.



    26/07/2022 à 16h58

    C’est vrai qu’à l’heure de la toute puissante technologie on s’imagine que la nature n’a plus de secret pour l’être humain! Et pourtant! De nombreuses questions restent en suspens. La naissance de l’univers en fait partie!



26/07/2022 à 23h01

C’est très intéressant, et expliqué de manière simple. Car je trouve le sujet intéressant, mais dès que l’on souhaite s’intéresser d’un peu plus près à ce sujet, on entre dans beaucoup de choses très documenté scientifiquement, et qui alourdissent la compréhension.
ça doit être quand même stupéfiant de pouvoir voir ce que les scientifiques découvrent, et de se dire, que cela n’existe plus, comme s’ils avaient plongé dans un passé très très lointain !



    27/07/2022 à 15h47

    J’avoue que j’ai du faire du tri dans toutes les info que j’ai trouvées! Je tombais effectivement très rapidement sur des considérations métaphysiques bien trop compliquées pour un lecteur néophyte!
    C’est vrai que c’est un peu magique de se dire que l’on voit des choses qui n’existent sans doute plus. C’est le côté magique de l’astronomie que je trouve assez enivrant!



Jessica M
27/07/2022 à 7h58

Un sujet complexe expliqué de manière simple et accessible aux enfants, top ! C’est toujours un vrai plaisir de lire tes articles avec ma petite nièce – et pas seulement pour elle !!!



27/07/2022 à 8h56

J’adore ton article, c’est très bien expliqué pour un sujet complexe ! L’univers est un sujet régulièrement abordé à la maison. J’aime aussi beaucoup la notion de temps associé à la naissance de l’univers.



27/07/2022 à 17h28

Hello ! De très bonne explications, on y voit un peu plus clair… Même si tout ça reste vraiment nébuleux du fait qu’on soit si petits et insignifiants face à cela ! Mais tes explications sont au top, merci =)



    27/07/2022 à 22h08

    C’est vrai que les ordres de grandeurs font tourner la tête! Comment imaginer qu’une particule plus petite qu’un grain de sable puisse exploser et donner naissance à quelque chose d’aussi vaste que l’univers tel qu’on le connait aujourd’hui? C’est bien souvent difficile de se rendre compte de tout ça!



27/07/2022 à 23h18

J’aime l’idée que l’on ne puisse pas tout expliquer, qu’il subsiste encore des part de mystères mais cela doit être un défi passionnant pour les scientifiques de chercher à comprendre tout cela.
Merci pour ton article si bien écrit et si intéressant



29/07/2022 à 12h07

Un article très bien expliqué pour un sujet ULTRA complexe, et tellement plein d’inconnues… et donc d’hypothèses qui donnent envie d’être explorées !
Merci !



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