Il est tout à fait normal que l’univers du Big Bang pose des questions

Posté par Antoine BRET
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Les discussions sur le Big Bang finissent souvent par l’énumération des problèmes qu’il soulève : « Comment expliquez-vous l’asymétrie matière/antimatière ? Et le problème de l’horizon ? Et celui de la platitude ? Et celui des monopoles ?

Hein ? Le Big Bang, c’est du bidon !

 

Je comprends tout à fait comment ce genre d’objections peuvent surgir. Et je voudrais expliquer ici pourquoi elles ne sont pas fondées.

 

Rappelons pour commencer que, comme il a déjà été expliqué sur ce site, la théorie du Big Bang ne prétend pas expliquer le commencement de l’univers, si tant est que l’expression ait un sens. C’est pour cela que la NASA le définit prudemment ainsi[1],

Il y a entre 12 et 14 milliards d’années, la portion de l’univers que nous pouvons observer aujourd’hui ne faisait que quelques millimètres. Depuis, elle est passée de cet état dense et chaud, au cosmos vaste et beaucoup plus froid que nous habitons actuellement.

Ainsi, le Big Bang ne raconte pas comment l’univers a commencé. Il parle juste d’un état dense et chaud par lequel celui-ci est passé il y a une bonne douzaine de milliards d’années. Ce qui vient avant cet état ne nous est pour le moment pas accessible car nous en ignorons la physique[2].

Et c’est cet état qui pose problème, au regard de la physique que nous connaissons. Est-ce surprenant ? Pas du tout. Pourquoi ? Précisément parce que cet état vient d’une ère antérieure, régie par une physique que nous ne connaissons pas.

 

Pour mieux comprendre ce point, faisons un voyage dans le passé d’un peu plus de 100 ans.

Nous sommes en 1913. On connait bien les équations de Maxwell, les lois de Newton, et la Relativité Restreinte (pas encore la Générale, celle de la gravitation). Rutherford vient de faire une expérience tendant à montrer qu’un atome, c’est un noyau positif avec des électrons qui tournent autour. Et là, patatras, selon la physique connue à cette époque, ça ne peut pas marcher. Les électrons devraient spiraler autour du noyau et finir par s’écraser dessus. Selon les équations de Maxwell en effet, un électron qui tourne perd de l’énergie en émettant de la lumière[3]. C’est Niels Bohr qui montrera le chemin de la solution, la Mécanique Quantique, dans un célèbre article[4] de 1913. Il y décrit très bien le dilemme de l’époque[5],

 L’incapacité de l’électrodynamique classique à rendre compte des propriétés des atomes dans le cadre d’un modèle comme celui de Rutherford apparaît très clairement si nous considérons un système simple constitué d’un noyau chargé de très petites dimensions, autour duquel un électron décrit des orbites fermées.

[Si nous] prenons en compte l’effet du rayonnement d’énergie… l’électron s’approchera du noyau en décrivant des orbites de plus en plus petites… Il est évident que le comportement d’un tel système sera très différent de celui d’un système atomique se produisant dans la nature.

 

Ainsi donc, dans le cadre de la physique connue d’avant 1913, les atomes ne pouvaient pas exister. La table périodique de Mendeleïev, déjà vieille de 40 ans, ne pouvait exister. Les molécules non plus. Et nous non plus…

 

L’univers du Big Bang est un problème ? Il y a 100 ans, c’est l’univers actuel qui était un problème.

Tels sont les murs contre lesquels on se cogne la tête quand il nous manque des lois fondamentales. On tombe sur des choses qui sont bien là, mais qui, selon les lois connues mais incomplètes, ne devraient pas exister.

 

L’univers du Big Bang est le fruit d’une époque dont la physique nous est inconnue. Il est donc parfaitement normal qu’il présente des caractéristiques que la physique connue n’explique pas. C’est le contraire qui serait étonnant.

 

 


Notes

[1] “12 to 14 billion years ago, the portion of the universe we can see today was only a few millimeters across. It has since expanded from this hot dense state into the vast and much cooler cosmos we currently inhabit”

[2] Ce qui ne veut pas dire qu’il est interdit de spéculer, comme le font avec talent, ou le firent, Steven Hawking, Alan Guth, Neil Turok, Paul Steinhardt, Martin Bojowald, Gabriele Venezianio, etc.

[3] C’est pour cela qu’il est si difficile d’accélérer des particules dans un accélérateur circulaire type LHC au CERN.

[4] Une version gratuite est ici.

[5] “The inadequacy of the classical electrodynamics in accounting for the properties of atoms from an atom-model as Rutherford’s, will appear very clearly if we consider a simple system consisting of a positively charged nucleus of very small dimensions and an electron describing closed orbits around it.

[if we] take the effect of the energy radiation into account… the electron will approach the nucleus describing orbits of smaller and smaller dimensions… It is obvious that the behaviour of such a system will be very different from that of an atomic system occurring in nature.”

Antoine BRET

8 Commentaires

  1. Avatar
    him dim 07 Avr 2019 Répondre

    Bonjour
    Est il possible de concilier une vision « dense et chaude » de l’univers primordial avec une vision d’un univers de zéro énergie ?
    https://en.wikipedia.org/wiki/Zero-energy_universe

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      Antoine dim 07 Avr 2019 Répondre

      Je crois, oui. De fait l’univers semble presque plat, c’est à dire contenant une énergie totale nulle

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      him sam 13 Avr 2019 Répondre

      La théorie du big bang semble avoir besoin de la théorie de l’inflation qui elle même semble requérir la nécessité d’un univers de presque zéro énergie puisque dans l’article que je cite il est dit d’une part
      « the universe emerged from a large-scale quantum fluctuation of vacuum energy » et « The lower the energy of the bubble, the longer the duration it can exist. A gravitational field has negative energy. Matter has positive energy. The two values cancel out provided the universe is completely flat. In that case, the universe has zero energy and can theoretically last forever. »
      Autrement dit l’énergie quasi nulle serait une condition nécessaire à la durabilité de notre univers dans le cadre de la théorie du big bang.
      Aussi évoquer essentiellement la densité et la chaleur de l’univers du big bang a quelque chose de trompeur car cela donne l’image d’une quantité insensée d’énergie libérée par une sorte d’explosion.

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        Antoine dim 21 Avr 2019 Répondre

        Je ne pense pas que la Big Bang ai « besoin » de l’inflation. Inflation ou pas, l’univers étaient dense et chaud dans le passé. C’est un fait. Un peu comme si je trouve une pierre dans un endroit improbable. Elle y est. C’est un fait. Reste à expliquer comment elle est venue là.

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        him sam 27 Avr 2019 Répondre

        Si l’univers avait une taille de quelques millimètres au moment du big bang (comme l’évoque la définition du big bang dans l’article), si le fond diffus cosmologique correspond à une émission lorsque l’univers avait 300000 ans d’age, si l’univers est globalement plat (donc propagation globalement rectiligne des ondes électromagnétiques) alors l’univers avait déjà plusieurs milliards d’années lumière de diamètre au moment de la libération des ondes du fond diffus cosmologique et donc la taille de l’univers s’était accrue en 300000 ans à une vitesse très supérieure à la vitesse de la lumière. D’où la nécessaire inflation (si les prémices de l’argument sont vraies).
        Sauf erreur ?

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          Antoine sam 27 Avr 2019 Répondre

          C’est en effet le problème de « l’horizon ». Comment se fait-il que le FDC soit aussi homogène dans toutes les directions alors que des directions trop éloignées angulairement n’ont pas eu le temps d’interagir à l’époque de l’émission du FDC.
          L’inflation peut résoudre le problème. Mais il y a d’autres options. Toutes spéculatives pour le moment.

  2. Avatar
    Jean-Philippe lun 08 Avr 2019 Répondre

    Pour ceux que ça intéresse voici le cours tout public d’Aurélien Barreau donnés en première année de licence à l’Université Grenoble-Alpes. Le sujet du big bang y est abordé.

    https://blogs.futura-sciences.com/barrau/2017/09/06/videos-de-cours-public-lunivers/#more-894

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