Multivers et cosmos

* L'univers est une bulle d'hydrogène (~92%) et d'hélium (~8%), en expansion. Cette bulle crée une nouvelle bulle qui en produit d’autres etc...
Des univers qui donnent naissance à d’autres univers, est une idée intéressante mais qui reste spéculative.

La découverte du rayonnement fossile Fond du ciel, rayonnement de micro-ondes à basse température arrivant à la surface de la Terre depuis toutes les directions du cosmos. On l'appelle ainsi parce qu'il forme un arrière-plan à toutes les sources radio ponctuelles qui ont été détectées par les radiotélescopes. Il fut détecté pour la première fois par Arno Penzias et Robert W. Wilson, en 1965, aux Laboratoires de Bell Telephone, dans le New Jersey. sans source spécifique et résidu des conditions extrêmes qui prévalurent dans les premiers instants de l'univers, a permis de conclure que l'Univers, il y a 15 Milliards d'années, a été à une température d'au moins 3000°C.
C’est Arno Penzias et Robert Wilson (1965) qui découvrirent l'existence du rayonnement de fond du ciel à 2,7 K (-270°C). Cette radiation naturelle cosmique peut être trouvée depuis toutes les directions de l'espace.
Sommes-nous remonter au début de l'Univers ?
C’est dans ces conditions que l'Univers passe d'un état opaque à un état transparent, c’est à dire lumineux.
Mais que se passe-t-il au delà de cette période ?
L'Univers étant opaque nous ne pouvons rien voir. Heureusement il existe d'autres fossiles. Un autre fossile, c’est l'abondance relative de certains éléments (Hélium, Hydrogène, Lithium lourd).
Les physiciens sont arrivés à la conclusion que l'Univers a été à un moment donné à une température d'au moins 10 milliards de degrés. Cette période se situe 1 million d'années avant le passage à l'état transparent (3000°). Si l'on remonte encore un peu dans le temps, l'Univers atteint des températures de l'ordre du trillion de degré.

Dans cet état il n'est pas composé de noyaux de neutrons et de protons, mais d'une soupe de quarks et de gluons. Les quarks s'attirent et se repoussent en échangeant des gluons comme les électrons dégagent des photons dans les champs électromagnétiques.
C’est seulement quand la température diminue que les quarks se combinent pour donner les neutrons, les protons et les mésons.
Si l'on remonte encore plus loin, une centaine de seconde avant, on trouve encore des fossiles.
Par exemple, le nombre de photons par rapport au nombre d'atomes, est de 3 milliards.

* Le parsec est la distance à laquelle une unité astronomique sous-tend un angle d'une seconde d'arc.
Tableau des équivalences.

* Le rayonnement du fond du ciel est un rayonnement naturel de  microonde fossile à 2.73 K.
Ces fluctuations de densité de l'ordre de 1/100 000ème, témoignent qu'environ 380 000 ans après le Big-Bang, il existait des zones hétérogènes dans l'univers d'une taille comprise entre 100 et 1000 Mpc (méga parsec).
Cette image a été réalisée par le satellite Cobe en 1992.

Matière et antimatière

Lorsque les physiciens créent de la matière dans les accélérateurs de particules, ils créent également une quantité identique d'antimatière.
L'antimatière composée de neutrons, d'électrons positifs et de protons négatifs, est très peu présente dans l'Univers car quand la matière et l'antimatière se rencontrent les deux disparaissent et dégagent une quantité d'énergie gigantesque.
La charge de l'électron est très exactement identique à celle du proton qui est composé de 3 quarks, c’est à dire que la charge de l'électron est strictement égale à 3 quarks.
L'électron réagit à la force électromagnétique et ignore la force nucléaire, mais les quarks réagissent aux deux.
C’est à la température de 10²⁸ degrés Celsius, que les physiciens trouvent une explication à certaines questions. Leur souci permanent est de trouver une théorie unique qui réponde à des réalités différentes, d'où cet acharnement à unifier les forces.
Au 19ème siècle la force thermique et la force dynamique ont été unifiées dans une théorie, la thermodynamique.
De la même façon la force électrique et la force magnétique ont été unifiées pour expliquer la force électromagnétique.

Aujourd'hui les 4 forces restant à unifier sont, la force nucléaire, la force électromagnétique, la force faible et la force de gravitation. Ces 4 forces sont probablement des manifestations différentes d'une seule et même force.
* Les étapes d'apparition des forces, composantes de notre univers, d'aujourd'hui (à gauche) à son début (à droite).

* Histoire des particules depuis la création de notre univers.

C’est à la période 10-³⁵ seconde que l'Univers est Grand Unifié et que la force est responsable des 3 fossiles.
Avant cette période il y avait autant de matière que d'antimatière. Les quarks pouvaient se transformer en neutrons ou en protons ce qui explique que quarks et électrons ont des charges identiques.
A cette période il se produit un tout petit supplément de matière. La matière et l'antimatière se rencontrent et crée toute la lumière.

Ce qu'il reste aujourd'hui c’est de la lumière et un résidu de matière, 1 particule de matière pour 3 milliards de particules de lumière.
Si nous remontons encore dans le temps à des températures au delà de 10³² K , nous arrivons aux limites de la physique actuelle, nous n'avons pas de théorie pour expliquer ce qui se passe à cette température et comment fonctionne la matière.

La théorie de la relativité et la théorie quantique s'effondrent et sont même en conflit car la notion d'espace et de temps n'existe plus.
Nous sommes devant un mur, le mur de Planck, une terra incognita.
On dit que c’est le début de l'Univers car nous ne pouvons pas passer ce mur.

Multivers

L'univers est une bulle cosmique en expansion, cette bulle crée une nouvelle bulle qui en produit d’autres etc... des quantités d’autres univers qui donnent naissance à d’autres univers, c’est une idée intéressante mais qui reste pour l’instant très spéculative.
Un univers de faible densité ne produirait pas de galaxie, pas d'étoile, pas d'atome et pas de molécule.
Un univers de forte densité ne durerait pas suffisamment pour permettre l'éclosion de la vie.

Seuls les Univers de densité égale à la densité critique, c’est à dire de géométrie plane, présentent des conditions favorables à l'apparition de la vie.
Notre Univers primordial est plan, isotherme, sans rotation et si peu entropique. Entropie vient du grec retour en arrière. C’est une fonction thermodynamique. Projetée dans une turbine, l'eau d'un barrage transforme son énergie gravitationnelle en énergie électrique. Plus tard, on en fera un mouvement dans un moteur électrique ou de la chaleur dans un radiateur. Tout au long de ces transformations, l'énergie se dégrade en d'autres termes, son entropie augmente. L'entropie totale d'un système isolé doit toujours augmenter, son désordre doit toujours croître, c’est le deuxième principe de la thermodynamique.
La question qui reste ouverte est : à quelle impulsion a obéi le Big Bang ?
Les cosmologistes invoquent l'effet de "Bootstrap", d'après la mésaventure du baron de Münchhaussen.

nota : Le baron de Münchhausen en mauvaise posture, s'enfonçait inexorablement dans la vase sans qu'aucune aide ne vienne à son secours. Ne pouvant compter que sur lui-même, dans un effort ultime, il prit appui dans ses bottes et se propulsa en dehors.

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Astronomie - 15 octobre 2007