Humain si petit !

Le big-bang est invisible, on n’a encore jamais vu la naissance d’une étoile ou d’une galaxie, mais la théorie reste confirmée ? 

Humain si petit ! dans HUMANITE b3

Le fait que nous ne puissions pas observer directement l’univers avec des télescopes entre le moment de l’explosion primordiale et la 380 000e année à cause de son opacité ne veut pas dire que nous n’avons aucun moyen expérimental pour explorer cette période. L’univers, à ses débuts, n’est en effet pas autre chose qu’un immense accélérateur de particules élémentaires, avec des électrons, des protons, des photons, des neutrinos, et d’autres particules encore et leurs anti-particules. Celles-ci allaient et venaient dans tous les sens, s’entrechoquant dans des collisions violentes. C’était un univers à très haute énergie, très chaud, très petit et très dense. Nous pouvons reproduire certaines de ces hautes énergies en construisant de grands accélérateurs de particules sur Terre. Ceux-ci prennent donc le relais des grands télescopes pour nous permettre de remonter à des temps plus tôt que la 380 000e année. Le plus grand accélérateur qui existe actuellement est le LHC (Large Hadron Collider, ou Grand collisionneur de protons) au CERN (Centre Européen de la Recherche Nucléaire) à Genève. Il va entrer en opération en l’an 2008 et permettre de remonter le temps jusqu’à un milliardième de seconde après le big-bang et de tester la théorie du big-bang et certaines théories de particules élémentaires, comme la théorie des cordes selon laquelle les particules élémentaires ne sont pas des points, mais des vibrations de bouts de corde infinitésimalement petits (de 10-33 cm). L’observation en direct des premières étoiles et galaxies pendant la prochaine décennie permettra de tester la théorie du big-bang encore plus loin. Mais en attendant, comme je vous l’ai dit, cette théorie a passé triomphalement bien de tests observationnels, que ce soit la distribution en énergie du rayonnement fossile ou la composition chimique des corps stellaires.

Qu’en est-il – détail énorme non sans rapport avec notre propos – de cette « masse noire » qui échappe à toute observation ou détection, tout en constituant, en théorie, plus des trois quarts de notre univers ? 

La « masse noire » découverte par l’astronome suisse-américain Fritz Zwicky en 1933 constitue en effet l’un des plus grands mystères de l’astrophysique contemporaine. A cela est venu s’ajouter le mystère de l’ « énergie noire » découverte en 1998, qui fait que l’expansion de l’univers, au lieu de décélérer est en accélération. Ainsi, nous vivons dans un univers-iceberg dont la partie émergée est minuscule. En effet, la partie visible de l’univers, les étoiles et les galaxies qui brillent, ne constituent qu’une partie infime (0,5%) du contenu total en masse et énergie de l’univers. Ces étoiles et galaxies sont faites de matière ordinaire (protons, neutrons, électrons désignés sous le nom générique de « baryons ») comme vous et moi. Mais en mesurant les mouvements du gaz d’hydrogène et des étoiles dans les galaxies et ceux des galaxies dans les amas de galaxies, les astrophysiciens se sont aperçus qu’il existe une grande quantité de « matière noire » qui ne brille pas, et qui manifeste sa présence principalement par les effets gravitationnels qu’elle exerce. Sans la présence de cette matière noire, les galaxies et les amas de galaxies se seraient désintégrés et auraient disparu en quelques centaines de millions d’années. Or ils sont toujours là. Il faut donc la présence d’une masse noire dont la gravité retienne le gaz et les étoiles dans les galaxies, et les galaxies dans les amas de galaxies. On sait que la matière noire constitue un total de 26,5% du contenu total en matière et énergie de l’univers. Sur ces 26,5%, seulement 4% sont composés de matière baryonique ordinaire, probablement sous la forme de nuages de gaz chaud dans les amas de galaxies et de gaz froid dans l’espace intergalactique. Qu’en est-il des 22,5% restants ? On pense qu’ils sont constitués de matière non pas ordinaire mais « exotique ». Certains astrophysiciens pensent que cette matière exotique se présente sous la forme de particules subatomiques massives nées dans les premières fractions de seconde du Big Bang et interagissant très faiblement avec la matière ordinaire et pas du tout avec la lumière. La matière lumineuse (0,5%) et noire (26,5%) contribue donc un grand total de 27%, soit à peu plus du quart du contenu de l’univers. Notre recensement de celui-ci est-il complet ? Assurément non, car en 1998 les astronomes furent tout ébahis de découvrir que le mouvement de fuite des galaxies aujourd’hui, au lieu de décélérer, ralenti par la force de gravité attractive du contenu matériel de l’univers comme on s’y attendait, s’accélère au contraire. Ils ont été contraints et forcés d’admettre qu’il existe dans l’univers une mystérieuse force « anti-gravité » répulsive qui s’oppose à la gravité. Les observations montrent que l’univers a bien été en décélération, mais seulement pendant les sept premiers milliards d’années de son existence. A partir de la sept milliardième année, il y a 6,7 milliards d’années, la force anti-gravité a pris le dessus sur la force de gravité et a provoqué l’accélération du mouvement d’expansion de l’univers. Le mouvement d’expansion de l’univers est donc analogue à celui de votre voiture quand vous vous arrêtez à un feu rouge. Vous appuyez sur votre frein pour décélérer et stopper la voiture au feu. Quand le feu repasse au vert, vous appuyez sur l’accélérateur afin de repartir. Comme pour l’univers, le mouvement de décélération a été suivi par un mouvement d’accélération. Les astrophysiciens pensent que la force anti-gravité responsable de l’accélération de l’univers est liée à la densité d’énergie du vide quantique qui existait dans les tout premiers instants de l’univers. Faute de plus d’informations, ils ont baptisé cette mystérieuse énergie « énergie noire ». Les mesures du taux d’accélération de l’univers nous disent que l’énergie noire contribue 73% du contenu de l’univers. Et les dernières mesures du contenu total en énergie et masse de l’univers ajoutent que nous vivons dans un univers de courbure nulle (on appelle cela un univers « plat »), avecune expansion éternelle qui ne s’arrêtera qu’après un temps infini ! 

Ainsi, non seulement la matière lumineuse dans les étoiles et les galaxies ne constitue qu’un insignifiant 0,5% du contenu en masse et énergie de l’univers, non seulement la matière dont nous sommes faits (protons, neutrons, électrons) n’en constitue qu’un minuscule 4%, non seulement il existe environ 6,5 fois plus de matière noire exotique (23%) que de matière noire ordinaire (3,5%), mais la majeure partie du contenu de l’univers (73%) est formée d’une mystérieuse énergie noire dont l’origine nous échappe totalement ! Le fantôme de Copernic à continué à sévir de façon implacable ! Depuis que le chanoine polonais a délogé la Terre de sa place centrale dans l’univers en 1543, l’homme n’a cessé de se rapetisser au sein de l’univers, à la fois dans l’espace et dans le temps. Notre astre, le Soleil, est devenu une simple étoile de banlieue parmi les centaines de milliards qui composent la Voie lactée. Celle-ci s’est perdue à son tour parmi les centaines de milliards de galaxies qui peuplent l’univers observable. Mais l’ego humain n’a pas fini de prendre des coups ! Désormais, l’homme sait qu’il n’est pas fait de la même matière que la plus grande partie de l’univers et que, si protons, neutrons et autres électrons n’étaient pas venus au monde, cela aurait à peine perturbé le contenu en masse et énergie de l’univers. Et pourtant, le miracle, si j’ose dire, est que malgré sa place insignifiante dans l’univers, l’homme est là pour se demander des questions sur le cosmos qui l’a engendré !

En quel sens ? 
Ne peut-on considérer comme quelque peu miraculeuse cette majestueuse structure cosmique dont témoigne l’univers, riche aussi de désordre, de chaos, d’incertitude; mais si parfaitement réglée qu’elle a donné naissance à la conscience ?

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Publié dans : HUMANITE, PLANETES, SOCIETE |le 21 juillet, 2013 |Pas de Commentaires »

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