Notes sur le phénomène du Big Bang: l'ère de Planck, Notes de Astronomie
Caroline_lez
Caroline_lez10 January 2014

Notes sur le phénomène du Big Bang: l'ère de Planck, Notes de Astronomie

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Notes d'astronomie sur le phénomène du Big Bang: l'ère de Planck. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: théories d'unification des forces, L'espace-temps, L'instant zéro.
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Phénomène du Big Bang : Ere - Planck

Notre description de la naissance de l'Univers ne va hélas pas commencer exactement au temps

zéro. Plus l'Univers est proche de sa naissance, plus sa température et sa densité sont élevées.

Ainsi, lorsque nous nous approchons du temps zéro, les conditions deviennent de plus en plus

extrêmes et les lois de la physique doivent être extrapolées dans des domaines jamais explorés

sur Terre.

Les physiciens ont développé au cours du siècle dernier des théories d'unification des forces qui

permettent de tenter des extrapolations. Cependant, comme nous l'avons vu, il n'y a pas encore

de théorie bien établie d'unification de la gravitation avec les autres forces, seulement quelques

bribes de réponses, par exemple la théorie des supercordes. Ainsi, il n'est pas envisageable à

l'heure actuelle de décrire les tout premiers instants de l'Univers, lorsque la densité et la

température étaient telles que la gravitation et les autres forces ne formaient qu'une interaction

unique. L'extrapolation de la physique connue montre que ces conditions extrêmes ont régné

lorsque l'Univers était âgé de moins de 10^-43 seconde. Toute la période qui précède, baptisée

l'ère de Planck, nous est donc inaccessible.

Max Planck : Kiel, 1858 - Göttingen , 1947. Découvreur de l'une des constantes fondamentales de la

nature, la constante de Planck, l'un des paramètres qui déterminent la durée de l'ère du même nom.

L'espace-temps

Cela ne nous empêche pas d'avoir quelques idées d'ordre général sur la physique de l'Univers à

cette époque. Il est ainsi clair que pendant l'ère de Planck notre conception habituelle de

l'espace-temps est complètement dépassée. Puisque la gravité doit maintenant se comporter

comme les trois autres forces, elle est elle aussi associée à une particule porteuse de

l'interaction, appelée le graviton. L'ère de Planck est ainsi animée d'un incessant va-et-vient de

gravitons échangés par les diverses particules virtuelles qui peuplent alors l'Univers.

Cependant, le graviton n'est pas une particule comme les autres. Il est en quelque sorte un

concentré decourbure de l'espace-temps. Les successions frénétiques de créations et de

disparitions de gravitons se traduisent donc en chaque point par d'importantes fluctuations de

la courbure de l'espace-temps. En conséquence, il nous faut rejeter l'image habituelle de

l'espace comme tissu élastique bien lisse. Pendant l'ère de Planck, l'espace-temps est plutôt

une surface très tourmentée et constamment en changement, une sorte de mousse quantique

très agitée, dans laquelle des liens se font et se défont sans arrêt entre des régions très

éloignées.

Ajoutons à ce tableau déjà un peu difficile à visualiser le fait qu'à cette époque les six

dimensions d'espace supplémentaires requises par la théorie des supercordes ne sont pas

cachées. Toutes les dimensions sont développées de la même manière et les particules évoluent

dans un espace à neuf dimensions.

L'instant zéro

Qu'en est-il de l'instant zéro lui-même ? Là aussi, plusieurs possibilités existent et la situation

est loin d'être claire. Dans la vision habituelle des choses, lorsque l'on se rapproche du temps

zéro, l'Univers devient de plus en plus dense et chaud, jusqu'à finalement atteindre un état de

singularité où la densité et la température atteignent des valeurs infinies.

Mais d'après une autre théorie, développée par l'Anglais Stephen Hawking et l'Américain James

Hartle, une telle singularité n'est pas nécessaire. D'après ces deux théoriciens, lorsque l'on

remonte vers l'époque initiale, le temps perd peu à peu le caractère que nous lui connaissons et

se transforme en une dimension d'espace. Ainsi, lorsque nous nous rapprochons du temps

zéro, la notion de temps elle-même disparaît, ce qui élimine la nécessité d'une singularité

initiale - mais n'est guère facile à imaginer.

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