L'EXPLOSION ORIGINELLE    




Prodigieux : formant une même entité indivisible naissaient il y a une quinzaine de milliards d'années le temps, l'espace, la matière et l'énergie. Dans un cosmos originellement réduit à une taille microscopique mais soumis à une expansion foudroyante allaient apparaître des centaines de milliards de galaxies... Comment imaginer l'inimaginable ?


Christian Magnan
Collège de France, Paris
Université de Montpellier II


Notre Univers est en expansion au taux d'environ 1% en 150 millions d'années (le 150 est une moyenne entre 100 et 200 millions d'années, assez arbitrairement choisie pour continuer à illustrer numériquement l'histoire de notre monde). Faisons alors un rapide calcul. Le taux indiqué signifie qu'il y a 150 millions d'années l'échelle de distance de cet Univers était 1% plus petite. Il y a 1,5 milliards d'années (10 fois plus tôt), ses dimensions étaient réduites de 10%. À ce rythme, supposé constant (cette hypothèse, bien que fausse, n'affecte pas l'ordre de grandeur des nombres qui suivent), cela implique qu'il y a 15 milliards d'années l'Univers était réduit de 100%, c'est-à-dire réduit... à un point. Nous expliquons ailleurs la signification profonde de cette singularité, qui pose un problème puisque le zéro ne correspond à aucun concept physique. Contentons-nous ici de ce résultat proprement stupéfiant : notre Univers existait bien il y a 10 ou 20 milliards d'années mais sous une forme hyper-condensée. Il entamait alors une prodigieuse phase d'expansion, ce que l'anglais nomme « Big-Bang », la grande explosion primordiale.

Il ne faut pas prendre le terme d'explosion dans un sens littéral, en pensant notamment à une explosion soudaine « quelque part » ou dans quelque chose car (faut-il le redire ?) l'Univers n'est pas (et n'était pas) immergé dans « quelque chose ». C'est l'espace lui-même, tout l'espace, qui apparaît d'un coup en voyant augmenter ses dimensions internes. En revanche, le mot d'explosion traduit assez bien le caractère extrêmement brutal et rapide de la détente initiale. Selon les équations qui le décrivent, le taux d'expansion était dans les tout premiers instants inconcevablement plus grand que le taux actuel, au point que la distance entre deux points voisins augmentait à une « vitesse » supérieure à celle de la lumière. Cela ne contredit pas la théorie de la relativité selon laquelle aucune vitesse ne peut dépasser celle de la lumière car il ne s'agit pas ici d'une vitesse ordinaire de déplacement à travers la « pâte cosmologique » (pour reprendre l'analogie connue du gâteau qui gonfle en cuisant) mais d'une vitesse apparente traduisant le gonflement de la pâte elle-même.

L'une des conséquences de la rapidité fulgurante de l'expansion primordiale est que les signaux lumineux issus d'une région donnée de l'espace étaient incapables (le calcul le montre) d'atteindre les régions les plus voisines, empêchant en cela la connexion lumineuse entre différents points de l'Univers de s'établir. Ce résultat est à l'origine d'une des grandes énigmes de la science actuelle car il signifie que les différentes parties de l'Univers étaient au moment de leur création totalement indépendantes les unes des autres. Aucune n'avait pu agir ou réagir sur d'autres. Notamment aucune homogénéisation des propriétés physiques de ces différentes portions n'avait pu s'établir. Or, l'exploration des régions qui nous entourent révèle un aspect inattendu des choses : quoique déconnectées au départ, les différentes parties de l'Univers semblent posséder des propriétés tout à fait identiques en moyenne. Comment se fait-il que des régions entre lesquelles n'existait au départ aucun lien de cause à effet puissent se révéler identiques ? D'où l'Univers tient-il son « identité » ?

Énigme totale ! La science ne sait même pas poser le problème car elle ne dispose pas du cadre théorique dans lequel le formuler. Tout au plus d'autres chapitres de ce livre pourront nous aider à comprendre comment la création du monde se situe nécessairement dans un contexte où les notions de temps, d'espace et donc de causalité au sens classique n'ont plus cours. Mais cela ne fera que reculer la question car nous sommes bien incapables de dire par quoi remplacer des notions reconnues caduques !

Quasi-infinie au début, l'expansion s'est ralentie. Cela a permis aux rayons lumineux émis aux premiers âges d'aller explorer l'espace alentour. Ainsi nous parvient sur Terre la lumière de galaxies de plus en plus reculées, que nous découvrons au fur et à mesure que le temps s'écoule. Notre Univers observable ne cesse de s'étendre : en 10 millions d'années supplémentaires par exemple nous sonderons une profondeur supplémentaire de 10 millions d'années de lumière contenant des millions de galaxies nouvelles. Et ainsi de suite.

Quand l'exploration de notre Univers sera-t-elle complète ? Quand découvrirons-nous les galaxies les plus éloignées, à l'endroit que l'on appelle « anticentre » et constituant une sorte de bout du monde ? C'est une des caractéristiques de l'Univers d'Einstein (lequel nous sert ici de modèle de référence) d'achever son exploration totale au moment même où il atteint son état de dilatation maximum (juste avant d'entamer la phase de recontraction). Il y a là une profonde symétrie, l'achèvement de la connaissance de l'Univers pour tous les observateurs potentiels coïncidant avec l'instant médian séparant les deux phases inverses de dilatation et de compression. Dans un tel modèle, donc, une source (notre Galaxie par exemple) émettant des photons de lumière au tout début de l'expansion (pour les besoins du raisonnement, la galaxie en question est supposée déjà exister à cette époque) achèvera de remplir le monde de sa lumière au moment où l'Univers atteindra sa taille maximum. Incidemment, ce fait illustre parfaitement l'identité entre échelle spatiale et échelle temporelle de l'Univers tout comme l'indivisibilité foncière de l'espace-temps.

Penser que des portions de l'Univers existent tout en étant inaccessibles à notre vue a quelque chose de vertigineux. C'est pourtant une réalité incontestable, qui a d'ailleurs une conséquence elle bien visible : le noir du ciel nocturne.



D'après un extrait du livre de Christian Magnan,
La nature sans foi ni loi,
Éditions Belfond/Sciences (1988)
Dernière modification : 7 septembre 2000


Questions de cosmologie
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