Big Bang - Définition

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Introduction

Chronologie du
Modèle standard de la cosmologie
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  • Cosmologie quantique (?)
  • Ère de Planck (?)
  • Inflation cosmique
  • Préchauffage
  • Réchauffage
  • Ère de grande unification (Le concept d'unification est une notion centrale de la logique des prédicats ainsi que...)
  • Baryogénèse
  • Transition électro-faible
  • Découplage des neutrinos
  • Ère leptonique
  • Nucléosynthèse primordiale (La nucléosynthèse primordiale est une théorie d'astrophysique qui permet d'expliquer...)
  • Transition matière-rayonnement
  • Recombinaison
  • Découplage du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...)
  • Âges sombres
  • Formation des grandes structures
  • Formation et évolution des galaxies
  • Réionisation
  • Accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique,...) de l'expansion
  • Destin de l'Univers :
    • Mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si...) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.)
    • Big Crunch (En cosmologie, le Big Crunch est un des possibles destins de l'Univers. Il désigne...)
    • Big Rip (Le Big Rip (Grande déchirure en anglais) est un modèle cosmologique proposant un...)
Disciplines concernées
  • Gravité quantique (La gravité quantique est une branche de la physique théorique tentant d'unifier la...)
  • Physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants...)
  • Relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale...)
  • Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...)

Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles cosmologiques qui la décrivent, sans que cela préjuge de l’existence d’un « instant initial » ou d’un commencement à son histoire.

Cette phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) marquant le début de l’expansion de l’univers, abusivement comparée à une explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un...), a été désignée pour la première fois sous ce terme expressif de Big Bang par le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la...) anglais Fred Hoyle lors d’un programme radio de la BBC, The Nature of Things (littéralement « La nature des choses »), dont le texte fut publié en 1950. Hoyle lui-même proposait un autre modèle cosmologique (Un modèle cosmologique est une description mathématique de toute ou d'une partie de...), alors en concurrence avec le Big Bang, mais aujourd’hui abandonné, la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) de l’état stationnaire, dans lequel l’univers n’a pas connu de phase dense et chaude. L’expression Big Bang est devenue le nom scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) et vulgarisé de l’époque d’où est issu l’univers tel que nous le connaissons.

Le terme de Big Bang chaud (Hot Big Bang) était parfois utilisé au début pour indiquer que selon ce modèle l’univers était plus chaud quand il était plus dense. Le qualificatif de « chaud » était rajouté par souci de précision car le fait que l’on puisse associer une notion de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) à l’univers dans son ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) n’était pas encore bien compris au moment où le modèle a été proposé, au milieu du XXe siècle.

Le concept général du Big Bang, à savoir que l’univers est en expansion et a été plus dense et plus chaud par le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...), doit sans doute être attribué au russe Alexandre Friedmann et au prêtre catholique belge Georges Lemaître (Georges Lemaître (Monseigneur) (Charleroi, 17 juillet 1894 – Louvain,...) qui respectivement en 1922 et 1927 décrivirent dans les grandes lignes l’expansion de l’univers, avant que celle-ci ne soit mise en évidence par Edwin Hubble (Edwin Powell Hubble (20 novembre 1889 - 28 septembre 1953) est un astronome...) en 1929. Son assise définitive ne fut cependant établie qu’en 1965 avec la découverte du fond diffus cosmologique (Le fond diffus cosmologique est le nom donné au rayonnement électromagnétique issu...), le « pâle écho lumineux du Big Bang » selon les termes de Georges Lemaître, qui attesta de façon définitive la réalité de l’époque dense et chaude de l’univers primordial.

Introduction

Selon le modèle du Big Bang, l’univers actuel a émergé d’un état extrêmement dense et chaud il y a un peu plus de 13 milliards et demi d’années.

La découverte de la relativité générale par Albert Einstein (Albert Einstein (né le 14 mars 1879 à Ulm, Wurtemberg, et mort le...) en 1915 marque le début de la cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système...) moderne, où il devient possible de décrire l’univers dans son ensemble comme un système physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...), son évolution à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un...) étant décrite par la relativité générale.

Einstein est d’ailleurs le premier à utiliser sa théorie fraîchement découverte, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) en y ajoutant un terme supplémentaire, la constante cosmologique (La constante cosmologique est un paramètre rajouté par Einstein en février 1917...), pour proposer une solution issue de la relativité générale décrivant l’espace dans son ensemble, appelée univers d’Einstein. Ce modèle introduit un concept extrêmement audacieux pour l’époque, le principe cosmologique, qui stipule (En botanique, les stipules sont des pièces foliaires, au nombre de deux, en forme de feuilles...) que l’Homme n’occupe pas de position privilégiée dans l’univers, ce qu’Einstein traduit par le fait que l’univers soit homogène et isotrope, c’est-à-dire semblable à lui-même quels que soient le lieu et la direction dans laquelle on regarde. Cette hypothèse était relativement hardie car à l’époque aucune observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) concluante ne permettait d’affirmer l’existence d’objet extérieur à la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois...), bien que le débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance,...) sur cette question existe dès cette époque (par la suite appelé Le Grand Débat).

Au principe cosmologique, Einstein ajoute implicitement une autre hypothèse qui paraît aujourd’hui nettement moins justifiée, celle que l’univers est statique (Le mot statique peut désigner ou qualifier ce qui est relatif à l'absence de mouvement. Il peut...), c’est-à-dire n’évolue pas avec le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...). C’est cet ensemble qui le conduit à modifier sa formulation (La formulation est une activité industrielle consistant à fabriquer des produits...) initiale en ajoutant à ses équations le terme de constante cosmologique. L’avenir lui donne tort, car dans les années 1920, Edwin Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en...) découvre la nature extragalactique de certaines « nébuleuses » (aujourd’hui appelées galaxies), puis leur éloignement de la Galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...) avec une vitesse (On distingue :) proportionnelle à leur distance c’est la loi de Hubble (En astronomie, la loi de Hubble énonce que les galaxies s'éloignent les unes des autres...). Dès lors, plus rien ne justifie l’hypothèse d’un univers statique proposée par Einstein.

Avant même la découverte de Hubble, plusieurs physiciens dont Willem de Sitter (La Sitter est une rivière du nord-est de la Suisse, et un affluent de la Thur.), Georges Lemaître et Alexandre Friedmann découvrent d’autres solutions de la relativité générale décrivant un univers en expansion. Leurs modèles sont alors immédiatement acceptés dès la découverte de l’expansion de l’univers. Ils décrivent ainsi un univers en expansion depuis plusieurs milliards d’années. Par le passé, celui-ci était donc plus dense et plus chaud.

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