Universum - C. Flammarion, gravure sur bois, Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville...) 1888, Coloris : Heikenwaelder Hugo, Wien 1998.

On nomme univers (On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant...) l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble, désigne intuitivement une collection d’objets (que l'on appelle éléments...) de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant ou non, selon les philosophies, les choses immatérielles) et les lois qui le régissent. Si l'on suppose qu'il y a plusieurs parties totalement séparées entre elles ou existant parallèlement, on parle de multivers, chaque partie étant un univers, différencié par son contenu et/ou ses lois.

L'Univers est une notion scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude...) qui désigne l'ensemble de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont...) distribuée dans le temps (Le temps est un concept développé pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les...) et dans l'espace ; son étude fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois...) de la cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.).

Découverte de l'Univers dans l'Histoire

C'est encore au "miracle grec" que l'on doit les premières avancées significatives dans la compréhension du monde :

• Les philosophes Parménide, Platon, et Aristote avaient intégré l'idée d'une terre (La Terre, foyer de l'humanité, est surnommée la planète bleue. C'est la troisième planète du système solaire en partant...) sphérique, mais ils la voyaient au centre de l'univers physique (La physique (du grec φυσικη) est étymologiquement la science de la nature. Son champ...), alors que l'école de Milet se représentait la Terre plate.
• Ératosthène se livre ensuite, de son côté, à des calculs précis : par exemple, il ne se trompe peut-être que de 650 km dans sa mesure de la circonférence d'un méridien (Un méridien est un grand cercle imaginaire tracé sur le globe terrestre ou la sphère céleste, passant par les pôles,...) terrestre, soit à peine plus de 1,5 % d'erreur. Toutefois, il a exprimé son résultat en stades, dont la valeur variait d'un endroit à l'autre, et la distance entre les villes d'Alexandrie (Alexandrie (grec :?λεξ?νδρεια, Copte : Rakot?, Arabe :...) et de Syène, entre lesquelles il effectua sa mesure n'était connue qu'en journées de chameau, ce qui rend la précision de la mesure presque trop suspecte.
• Aristarque de Samos est le premier, semble-t-il, à comprendre que le système planétaire est héliocentré. Cette découverte ne fait alors pas l'unanimité, pour des raisons philosophiques surtout en cela qu'une telle cosmologie est en désaccord avec la conception géocentrée du monde (Le mot monde peut désigner :) qui était retenue par de grands philosophes comme Parménide, Platon, et Aristote. Il calcule aussi la distance Terre-Lune dont il trouve une valeur très précise (60 rayons terrestres).
• Hipparque poursuit ce travail : il recalcule la distance Terre-Lune, recense 1 500 étoiles, retrouve approximativement la période de précession (La précession est le nom donné au changement graduel d'orientation de l'axe de rotation d'un objet ou, de façon plus...) des équinoxes, qui était déjà connue des Babyloniens.

L'univers, vu par Andreas Cellarius en 1660/61.

Tout ce savoir accumulé est repris et conservé par les Arabes à l'effondrement du monde gréco-romain, alors que le monde chrétien sombre dans l'obscurantisme : Cosmas d'Alexandrie restaure ainsi le monde plat. Il faut attendre les conquêtes musulmanes pour que l'Almageste (L'Almageste (qui est l'arabisation du grec ancien megistos (byblos) signifiant grand (livre)) est une œuvre de...) de Ptolémée soit redécouverte.

La Renaissance va porter à son apogée (L'apogée, dans les domaines de l'astronomie et de l'astronautique, est le point extrême de l'orbite elliptique d'un...) cette représentation du monde, grâce aux explorations et aux grandes découvertes qui eurent lieu du XIII^e au XVI^e siècles, avec des systèmes géographiques et cosmologiques très élaborés (projection de Mercator).

La révolution dite copernicienne va bouleverser cette cosmologie, en trois étapes :

1. Copernic redécouvre l'héliocentrisme (L'héliocentrisme est une conception du monde et de l'Univers qui place le Soleil en son centre. Malgré quelques...). Toutefois, cette redécouverte n'est que partiellement révolutionnaire : en effet, Copernic reste attaché aux sphères transparentes censées soutenir les planètes et leur imprimer leur mouvement ; il présente son système comme un simple artifice destiné à simplifier les calculs, ce qui lui évite des ennuis avec le clergé.
2. Le dominicain Giordano Bruno défend la réalité du modèle héliocentrique et l'étend à toutes les étoiles, ouvrant la dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa...) de l'univers physique à l'infini.
3. Kepler, Galilée (Galilée ou Galileo Galilei (né à Pise le 15 février 1564 et mort à Arcetri près de Florence, le 8 janvier 1642) est un...) et Newton posent les bases fondamentales de la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies,...) à partir du mouvement des planètes, grâce à leurs études respectivement du mouvement elliptique des planètes autour du Soleil, l'affinement des observations astronomiques avec la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les...) du mouvement uniformément accéléré, et la formalisation mathématique de la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou...) de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.). L'univers, toutefois, reste confiné dans le système solaire (Le système solaire est le nom donné au système planétaire composé du Soleil et des objets célestes gravitant autour de...).

L'Univers d'après la théorie du Big Bang (Le Big Bang[1] désigne l’époque dense et chaude qu’a connue l’univers il y a environ 13,7 milliards...)

L'expansion de l'Univers, son âge et le Big Bang

Les observations du décalage vers le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) des rayonnements électromagnétiques en provenance d'autres galaxies suggèrent que celles-ci s'éloignent de notre galaxie, à une vitesse (La vitesse est une grandeur physique qui permet d'évaluer l'évolution d'une quantité en fonction du temps.) radiale d'éloignement supposée proportionnelle à ce décalage.

En étudiant les galaxies proches, Edwin Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600...) s'est aperçu qu'en général la vitesse d'éloignement d'une galaxie était proportionnelle à son éloignement, ce qui est connu sous le nom de loi de Hubble ; une telle loi correspond à un univers proche en expansion.

Bien que la constante de Hubble ait été révisée par le passé dans d'importantes proportions (dans un rapport de 10 à 1), la loi de Hubble a été extrapolée aux galaxies éloignées, pour lesquelles la distance ne peut être calculée au moyen de la parallaxe ; cette loi est ainsi utilisée pour déterminer la distance des galaxies les plus lointaines.

En extrapolant l'expansion de l'Univers dans le passé, on arrive à une époque où celui-ci a du être beaucoup plus chaud et beaucoup plus dense qu'aujourd'hui. C'est le modèle du Big Bang qui est un ingrédient essentiel du modèle standard de la cosmologie actuelle et possède aujourd'hui un grand nombre (Un nombre est un concept caractérisant une unité, une collection d'unités ou une fraction d'unité.) de confirmations expérimentales. La description du début de l'histoire de l'Univers par ce modèle ne commence cependant qu'après qu'il fut sorti d'une période appelée ère de Planck durant laquelle l'échelle d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la...) de l'univers était si grande que le modèle standard n'est pas en mesure de décrire les phénomènes quantiques qui s'y sont déroulés. Durant cette époque, seule une théorie de la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) quantique pourrait expliquer le comportement microscopique de la matière sous l'influence importante de la gravité. Mais les physiciens ne disposent pas encore (2006) d'une telle théorie. Pour des raisons de cohérence avec les observations, après l'ère de Planck le modèle du Big Bang privilégie aujourd'hui l'existence d'une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en...) d'inflation cosmique (L'inflation cosmique est un modèle cosmologique s'insérant dans le paradigme du Big Bang lors duquel une région de...) très brève mais durant laquelle l'univers aurait grandi de façon extrêmement rapide. C'est suite à cette phase que l'essentiel des particules de l'univers auraient été créées avec une haute température (La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de...), enclenchant un grand nombre de processus importants^[1] qui ont finalement abouti à l'émission d'une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre...) de lumière (La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des...), appelé fond diffus cosmologique (Le fond diffus cosmologique est un rayonnement électromagnétique provenant de l'Univers, et qui frappe la Terre de...), qui peut être aujourd'hui observé avec une grande précision par toute une série d'instruments (ballons, sondes spatiales).

C'est l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide...) de ce rayonnement fossile micro-onde (Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques de longueur d'onde intermédiaire entre l'infrarouge et les ondes de...), remarquablement uniforme dans toutes les directions qui constitue aujourd'hui l'élément capital qui assoit le modèle du Big Bang comme description correcte de l'univers dans son passé lointain. Beaucoup d'éléments du modèle restent encore à être affinés^[2] mais il y a aujourd'hui consensus de la communauté scientifique autour du modèle du Big Bang.

Dans le cadre du modèle ΛCDM, qui est le plus simple incorporant toutes les éléments qu'on vient d'évoquer, les contraintes issues des observations de la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système...) WMAP^[3] sur les paramètres cosmologiques indiquent une valeur la plus probable pour l'âge de l'univers à environ 13,7 milliards d'années^[4] avec une incertitude de 0,2 milliard d'années, ce qui est en accord avec les données indépendantes issues de l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide...) des amas globulaires^[5] ainsi que celle des naines blanches^[6].

Taille de l'Univers et Univers observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire obtenir la valeur ou un intervalle...)

À ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux...), rien ne nous permet de confirmer que l'univers est soit fini, soit infini. Certains théoriciens penchent pour un univers infini, d'autres pour un univers fini mais non borné.

L'univers observable se composant de tous les endroits qui pourraient nous avoir affectés depuis le Big Bang, en tenant compte que la vitesse de la lumière est finie. L'horizon cosmique (L'horizon cosmologique ou horizon cosmique est un terme d'astronomie qui désigne la limite de l'univers observable...) se trouve à une distance de 13 à 14 milliards d'années-lumière.

La taille actuelle (la distance comobile) de l'univers observable est plus grande, puisque l'univers a continué de s'étendre pendant le temps que la lumière met à nous parvenir ; on estime qu'elle est d'environ 50 milliards d'années-lumière (4,73×10²⁶m). L'univers observable contient environ 7×10²² étoiles, répandues dans environ 10¹⁰ galaxies, elles-mêmes organisées en amas et super-amas de galaxies. Le nombre de galaxies pourrait être encore plus grand, selon le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) profond de Hubble observé avec le télescope spatial Hubble (Le télescope spatial (L'utilisation d'un télescope sur Terre est limitée par les turbulences de l'atmosphère, qui dégradent considérablement...) Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600...).

On notera que les articles populaires et professionnels de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de...) en cosmologie emploient souvent le terme univers dans le sens d'univers observable.

Nous vivons au centre de l'univers observable, en contradiction (Une contradiction existe lorsque deux affirmations, idées, ou actions s'excluent mutuellement.) apparente avec le principe de Copernic qui dit que l'univers est plus ou moins uniforme et ne possède aucun centre en particulier. C'est simplement parce que la lumière ne se déplace pas à une vitesse infinie et que les observations que nous faisons proviennent donc du passé. En effet, en regardant de plus en plus loin, nous voyons des choses qui se sont passées à une époque de plus en plus proche du Big Bang. Et puisque la lumière se déplace à la même vitesse dans toutes les directions, tous les observateurs vivent au centre de leur univers observable (sur Terre, nous avons pratiquement tous le même).

D'un point de vue philosophique, la question de la finitude ou de la non-finitude de l'Univers a toujours préoccupé les hommes.

L'Univers contenant par définition tout ce qui existe, y compris l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur la géométrie de...) (et c'est une précision essentielle), ne peut avoir de « bord » tel que nous concevons intuitivement cette notion. En effet, l'existence d'un bord impliquerait qu'au-delà de ce bord, on ne serait plus dans l'Univers, ce qui est par définition absurde. Mais si l'Univers n'a pas de bord au sens intuitif de ce terme, alors son expansion n'est pas intuitive non plus : si elle l'était, dans quoi l'Univers serait-il en expansion?

On voit que ce problème échappe à nos raisonnements, qui se basent toujours sur l'hypothèse fausse que l'Univers est galiléen. En définitive, les concepts de fini et d'infini ne peuvent pas être appliqués à l'Univers. La seule donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose,...) qui semble intuitive et évidente, c'est que l'Univers a toujours eu, et aura toujours, une taille « suffisante » pour toutes ses activités.

Forme de l'Univers

Une importante question de cosmologie qui reste sans réponse est la forme de l'Univers.

1. Est-ce que l'univers est plat ? C'est-à-dire : est-ce que le théorème (Un théorème est une proposition qui peut être mathématiquement démontrée, c'est-à-dire une assertion qui peut être...) de Pythagore pour les triangles droits est valide à de plus grandes échelles ? Actuellement, la plupart des cosmologues croient que l'univers observable est (presque) plat, juste comme la Terre est (presque) plate.
2. Est-ce que l'univers est simplement connexe ? Selon le modèle standard du Big Bang, l'univers n'a aucune frontière (Une frontière ou les lignes (qc et ang.) sont des mots qui désignent la ligne imaginaire qui sépare deux États...) spatiale, mais peut néanmoins être de taille finie.

Ceci peut être compris par une analogie bidimensionnelle : la surface (Il existe de nombreuses acceptions au mot surface, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, souvent...) de la terre n'a aucun bord, mais possède une aire bien déterminée. Vous pouvez également penser à un cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée génératrice, passant par un point...) et imaginer de coller les deux extrémités du cylindre ensemble, mais sans plier le cylindre. C'est aussi un espace bidimensionnel avec une surface finie, mais au contraire de la surface de la Terre, il est plat, et peut ainsi servir de meilleur modèle.

Par conséquent, à proprement parler, nous devrions appeler les étoiles et les galaxies mentionnées ci-dessus « images » d'étoiles et de galaxies, puisqu'il est possible que l'univers soit fini et si petit que nous pouvons voir une ou plusieurs fois autour de lui, et le vrai nombre d'étoiles et de galaxies physiquement distinctes pourrait être plus petit. Des hypothèses d'univers multiconnexe ont été proposées et sont en cours d'étude.

Avenir de l'Univers

Selon sa densité (La densité est un nombre sans dimension, égal au rapport d'une masse d'une substance homogène à la masse du même volume...) moyenne (Il y a plusieurs façon de calculer une moyenne d'un ensemble de nombres. Celle qu'il convient de retenir dépend de la...) de matière et d'énergie, l'univers continuera à s'étendre indéfiniment ou il sera gravitationnellement ralenti et s'effondrera sur lui-même dans un « Big-Rip » ou « Big Crunch ». Actuellement, l'état de nos connaissances suggère non seulement qu'il y a insuffisamment de masse et d'énergie pour provoquer cet effondrement, mais que l'expansion de l'univers semble s'accélérer et continuera donc pour toujours.

D'après une théorie de Stephen Hawking (dans son livre Une brève histoire du temps), si l'univers continue indéfiniment à s'étendre, les particules issues d'explosions successives ne seront plus assez proches les unes des autres pour recréer des étoiles après leur explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un Volume plus grand, généralement...). Toute activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) dans l'univers s'éteindra ainsi à jamais.

Citations

Montesquieu :

« Aujourd'hui nous recevons trois éducations différentes ou contraires : celles de nos pères, celles de nos maîtres, celle du monde. Ce qu'on nous dit dans la dernière renverse toutes les idées des premières ».

George Bernard Shaw

« Il y a plus d'un millénaire, Ptolémée a mis en place un système du monde qui a duré jusqu'au XVIIème siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race,...), renversé alors par celui de Newton, qui a duré jusqu'à être remplacé il y a peu par celui de M. Einstein, ici présent, dont je ne me hasarderai pas à essayer de prédire ce qu'il durera ».

Notes et références