L'Univers : Origine, Expansion et Mystères

Qu'est-ce que l'Univers ?

L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe : l'espace, le temps, toutes les formes de matière et d'énergie, ainsi que les lois et constantes physiques qui les régissent. Cependant, le terme « univers » peut être utilisé dans des sens contextuels légèrement différents pour désigner des concepts tels que le cosmos, le monde ou la nature.

Origine, âge et taille

Les observations astronomiques indiquent que l'Univers a un âge de 13,73 ± 0,12 milliards d'années et un diamètre d'au moins 93 milliards d'années-lumière. L'événement qui a marqué son commencement est appelé le Big Bang. À cet instant, toute la matière et l'énergie de l'univers observable étaient concentrées en un point de densité infinie. Après le Big Bang, l'Univers a commencé à s'étendre pour atteindre son état actuel, et cette expansion se poursuit encore aujourd'hui.

L'expansion de l'espace-temps

Selon la théorie de la relativité restreinte, la matière ne peut pas se déplacer plus vite que la vitesse de la lumière. Il peut donc sembler paradoxal que deux objets de l'Univers puissent être séparés par 93 milliards d'années-lumière après seulement 13 milliards d'années. Cependant, cette séparation n'est pas incompatible avec la théorie de la relativité générale. Celle-ci ne limite que le mouvement dans l'espace, mais pas l'expansion de l'espace lui-même, qui peut se dilater à une vitesse supérieure à celle de la lumière. Par conséquent, deux galaxies peuvent s'éloigner l'une de l'autre plus vite que la vitesse de la lumière si l'espace entre elles se dilate.

Preuves de la théorie du Big Bang

Plusieurs observations appuient la théorie de l'expansion de l'espace et, plus généralement, la théorie du Big Bang :

• La distribution spatiale et le décalage vers le rouge (redshift) des galaxies lointaines.
• Le fond diffus cosmologique.
• Les pourcentages relatifs des éléments chimiques les plus légers.

Cette théorie avance que l'espace lui-même a été créé à partir d'une singularité à un moment précis dans le passé.

Composition et lois physiques

Des observations récentes ont montré que cette expansion s'accélère. De plus, la majeure partie de la matière et de l'énergie dans l'Univers est fondamentalement différente de celle que nous observons sur Terre et n'est pas directement observable (matière noire et énergie sombre). L'imprécision des connaissances actuelles limite les prédictions sur le destin de l'Univers.

Les expériences suggèrent que l'Univers a été régi par les mêmes lois physiques, constantes à travers toute son étendue et son histoire. La force dominante aux distances cosmiques est la gravité, et la relativité générale est actuellement la théorie la plus juste pour la décrire. Les trois autres forces fondamentales, ainsi que les particules sur lesquelles elles agissent, sont décrites par le modèle standard. L'Univers possède au moins trois dimensions spatiales et une dimension temporelle, mais l'existence de dimensions supplémentaires ne peut être exclue. L'espace-temps semble lisse et sa courbure moyenne très faible, de sorte que la géométrie euclidienne est, en règle générale, une description exacte à grande échelle.

L'étude de l'Univers : la cosmologie

En se basant sur les observations de l'univers observable, les physiciens tentent de décrire le continuum espace-temps dans lequel nous nous trouvons. Leur étude, aux plus grandes échelles, est l'objet de la cosmologie, une discipline fondée sur l'astronomie et la physique. La science modélise l'Univers comme un système fermé régi par des principes de causalité. En philosophie, l'Univers est parfois appelé le monde, soit l'ensemble de tout ce qui existe.

Formation et destin final

La théorie la plus acceptée sur la formation de l'Univers, proposée par le Belge Georges Lemaître, est le modèle du Big Bang. Après une période rapide d'inflation cosmique qui a effacé les irrégularités initiales, l'Univers s'est étendu et est devenu plus stable, plus froid et moins dense. De légères variations dans la distribution de la masse ont ensuite permis la formation des amas de galaxies que nous observons aujourd'hui.

Quant à son destin final, les données actuelles semblent soutenir la théorie de l'expansion permanente. D'autres théories affirment que la matière noire pourrait exercer une force gravitationnelle suffisante pour stopper l'expansion et provoquer la compression de toute la matière, un événement que les scientifiques nomment le Big Crunch.