Le cosmos contemporain : le temps

Les scientifiques ont longtemps cru que l’Univers à grande échelle était immuable, qu’il ne changeait pas avec le temps et que les étoiles représentaient l’essence même de l’éternité. C'est au cours du XXe siècle que les scientifiques ont découvert que cette conception était fausse et que, sur des échelles de temps qui nous dépassent, le cosmos se transforme.

L’Univers n’a pas toujours eu l’architecture qu’on lui connaît aujourd’hui; il s’est développé, il a évolué avec le temps. En d’autres mots, il a une histoire. Cette histoire commence il y a un peu plus de 13 milliards d’années avec une fantastique détonation : le Big Bang.

La théorie du Big Bang voit le jour en 1927. Elle est le résultat des travaux du prêtre et astronome belge George Henri Lemaître. Utilisant la théorie de la relativité d’Einstein et s’appuyant sur des observations astronomiques, Lemaître démontre que l’Univers est en expansion, une notion que le mathématicien russe Alexandre Alexandrovich Friedman avait proposée de façon théorique en 1922.

D’abord mal reçue par Einstein et ses contemporains, la théorie du Big Bang est aujourd’hui acceptée par la majorité des scientifiques. Tout commence en 1929, alors que l’astronome américain Edwin Powell Hubble publie un court article dans lequel il montre que les galaxies s’éloignent les unes des autres, ce qui est en accord avec la théorie de l’expansion de l’Univers de Lemaître.

Un second appui à la théorie de Lemaître vient quelques années plus tard, en 1948, au moment où le physicien américain d’origine ukrainienne George Gamow commence à publier seul, puis avec des collègues, une série d’articles décrivant les évènements entourant les premiers instants qui ont suivi le Big Bang.

Selon Gamow, l’Univers était au début extrêmement chaud et composé d’un « bouillon » d’énergie qui s’est rapidement refroidi pour former les premiers noyaux atomiques, des noyaux d’hydrogène et d’hélium. Les travaux de Gamow expliquent ainsi une vieille énigme à savoir pourquoi l’Univers se compose précisément de 99 % d’hydrogène et d’hélium.

Ces mêmes travaux prédisent aussi qu’il existe une trace fossile du Big Bang : lors de la création des premiers atomes, un rayonnement fantastique aurait été émis partout à la fois dans l’Univers et celui-ci serait encore détectable aujourd’hui dans le domaine radio. Or, à l’époque de Gamow, personne n’a jamais détecté un tel rayonnement.

Tout change en 1965 alors que les physiciens américains Arno Allan Penzias et Robert Woodrow Wilson détectent, un peu par hasard, une faible émission radio provenant de toutes les directions du ciel à la fois : arrivant du fin fond du cosmos, c’est le fameux rayonnement de fond cosmologique prédit par Gamow. En 1978, Penzias et Wilson recevront d’ailleurs le prix Nobel de physique pour cette découverte qui apporte un appui éclatant à la théorie du Big Bang.

Résumons le tout : au début, tout ce que l’Univers observable contient actuellement se concentre en un seul et même point. Nous ignorons toutefois de quoi est fait cet « œuf cosmique ». Chose certaine cependant : la matière, le temps et l’espace tels que nous les connaissons n’existent pas encore. Puis, en une fraction de seconde, l’ensemble éclate dans toutes les directions à la fois : c’est le Big Bang. L’espace est alors créé et le temps commence à s’écouler.

Nos connaissances des débuts se précisent à partir de 10 millionièmes de milliardièmes de milliardièmes de milliardièmes de milliardièmes (ou 10-43) de seconde après le Big Bang. Nous savons que l’Univers gonfle alors lentement et que sa température est absolument fantastique : au moins 100 000 milliards de milliards de milliards (ou 1032) de degrés. Son refroidissement est néanmoins très rapide : à peine 100 milliardièmes de seconde plus tard, la température n’est plus que de 100 milliards (1011) de degrés.

Un évènement spectaculaire survient alors : la taille de l’Univers se multiplie de façon brusque par 1050 (1 suivi de 50 zéros). Ce phénomène, auquel on donne le nom « d’inflation », libère une quantité incroyable d’énergie qui ne tarde pas à se convertir en particules subatomiques de toutes sortes. L’Univers est encore très chaud et les particules sont trop agitées pour se combiner les unes aux autres et former des atomes.