Comment l’Univers s’est-il formé ?

L’Univers peut être défini comme tout ce qui existe, tout ce qui a existé et tout ce qui existera. Selon notre compréhension actuelle, l’Univers est constitué de l’espace-temps, de formes d’énergie – y compris le rayonnement électromagnétique et la matière – et des lois physiques les liant. L’Univers englobe ainsi toute la vie, toute l’histoire, et certains philosophes et scientifiques suggèrent qu’il englobe même des idées telles que les mathématiques et la logique. Mais l’une des questions fondamentales sur l’Univers concerne ses origines.

La plupart des astronomes pensent que l’Univers s’est formé lors d’un événement appelé le Big Bang, une explosion géante survenue il y a entre 10 et 20 milliards d’années. C’est pendant le Big Bang que l’espace, le temps, la matière et l’énergie de l’Univers ont été créés. Cette explosion géante a projeté de la matière dans toutes les directions et a entraîné l’expansion de l’espace lui-même. À mesure que l’Univers se refroidissait, ses matériaux se sont combinés pour former des galaxies, des étoiles et des planètes.

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Le Big Bang s’est produit lorsque l’Univers n’était qu’à un centième de milliard de milliards de milliards de secondes (10 puissance -34 secondes). À ce moment, il a connu une incroyable poussée d’expansion appelée inflation, dans laquelle l’espace lui-même s’élargit plus vite que la vitesse de la lumière. Au cours de cette période, la taille de l’Univers a doublé au moins 90 fois, passant de la taille subatomique à la taille d’une balle de golf presque instantanément.

Comment le Big Bang s’est déroulé

Il y a environ 13,8 milliards d’années, toute la matière de l’Univers a ainsi émergé d’un seul point en une explosion violente. Celle-ci s’est développée à une vitesse et à une température incroyablement élevées, doublant de taille toutes les 10 à 34 secondes, créant ainsi de l’espace tout en gonflant rapidement. En une fraction de seconde, toutes les autres forces se sont formées. L’énergie s’est transformée en particules de matière et en antimatière, qui se sont en grande partie détruites.

APRÈS SEULEMENT TROIS MINUTES DU BIG BANG, L’UNIVERS AVAIT DÉJÀ FORMÉ LA GRAVITÉ.

Tout n’a cependant pas été détruit, et une matière a survécu. Les protons et les neutrons ont commencé à se former dans cette matière. En quelques minutes, ces protons et neutrons ont pu fusionner et former des noyaux d’hydrogène et d’hélium. Après 300 000 ans, les noyaux ont enfin pu capturer des électrons pour former des atomes, remplissant ainsi l’Univers de nuages d’hydrogène et d’hélium, et continuant à évoluer pour constituer l’Univers tel que nous le connaissons aujourd’hui.

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Bien que ce ne soit pas la seule théorie moderne sur la création de l’Univers – par exemple, il existe également la théorie de l’état stable ou la théorie de l’Univers oscillant – c’est la plus largement acceptée et la plus populaire. Non seulement le modèle explique l’origine de toute matière connue, les lois de la physique et la structure à grande échelle de l’Univers, mais il explique également l’expansion de l’Univers et un large éventail d’autres phénomènes.

L’histoire du développement de la théorie

L’expression « Big Bang » vient de l’astrophysicien anglais Fred Hoyle en 1949, mais les idées clés remontent à des décennies plus tôt. Après qu’Einstein a publié sa théorie générale de la relativité en 1916, les physiciens ont commencé à penser que l’Univers était dynamique et en évolution. Avant le 20e siècle, la plupart des scientifiques considéraient l’Univers comme constant et immuable.

Dans les années 1920, les astronomes ont observé que des galaxies éloignées s’écartaient rapidement de la Terre, les unes des autres. Cette observation était cohérente avec l’idée d’un Univers en expansion constante, suggérant que l’Univers avait été plus petit dans le passé. Dans les années 1920, un physicien belge et prêtre catholique, nommé Georges Lemaître, spéculait que si l’histoire de l’Univers pouvait être « rétrogradée », l’Univers deviendrait plus dense et plus chaud jusqu’à ce que toute la matière soit concentrée dans ce qu’il a appelé un « atome primitif », et c’est ce que nous appelons maintenant le Big Bang.

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Son idée est passée largement inaperçue. Mais en 1929, l’astronome Edwin Hubble découvrit que l’Univers n’était pas statique, mais en réalité en expansion. Si tel est le cas, certains scientifiques ont estimé que, si l’on remonte la vie de l’Univers à un moment donné, elle aurait dû exister comme un point minuscule et dense. Les critiques ont d’abord rejeté cette idée, et le célèbre astronome Fred Hoyle a même sarcastiquement qualifié ce concept de « théorie du Big Bang », une appellation qui sera pourtant largement adoptée par ses pairs scientifiques.

Ce sont les scientifiques Ralph Alpher, George Gamow et Robert Herman, sans se laisser décourager par les sceptiques, qui ont prédit que s’il avait existé un Big Bang, il ne devrait subsister qu’une légère lueur postérieure de ce phénomène quelque part dans l’Univers, et qu’il serait, en principe, possible de détecter cette trace. Ce n’est qu’au milieu des années 1960 que les astronomes Arno Penzias et Robert Wilson ont pu trouver cette fameuse trace.

À l’origine, ils avaient eu du mal à syntoniser les signaux à micro-ondes transmis par la Voie lactée. L’antenne radio qu’ils utilisaient avait continué à capter un faible sifflement persistant de bruit radio. La reconstruction de l’antenne n’a pas pu éliminer le bruit. S’ils n’ont pas pu supprimer ce sifflement, c’est parce que le bruit qu’ils ont tant essayé d’éliminer était l’écho du Big Bang, ou plus précisément un rayonnement de fond cosmique à micro-ondes.

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Au fil des ans, d’autres preuves d’observation ont corroboré l’idée que l’Univers avait évolué à partir d’un état dense et chaud. Depuis la découverte du rayonnement de fond de micro-ondes, cela a été considéré comme la meilleure théorie pour expliquer l’évolution du cosmos. Pratiquement tous les travaux théoriques actuels en cosmologie tentent d’élargir ou de préciser des aspects de la théorie du Big Bang. Une grande partie des travaux actuels en cosmologie ont pour objectif de comprendre comment les galaxies se sont formées dans le contexte du Big Bang, ce qui s’est passé là-bas et de comparer de nouvelles observations avec la théorie fondamentale.