Big Crunch
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En cosmologie, le Big Crunch est une des fins possibles à notre Univers. Analogiquement au principe du Big bang, certains scientifiques lancent la théorie du Big Crunch, c'est-à-dire l'effondrement de l'univers. Ce serait un "big-bang à l'envers". Si la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme...) de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) est suffisante, la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) prend le pas sur l'expansion et se transforme en un phénomène de symétrie, une contraction. Des trous noirs se formeront et s'attireront mutuellement, ce qui accélérera encore l'effondrement. Vers la fin de cet effondrement, l'univers aura atteint une densité et une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) gigantesques et se retrouvera confiné dans un espace minuscule.

Le Big Crunch (En cosmologie, le Big Crunch est une des fins possibles à notre Univers. Analogiquement au principe du Big bang, certains scientifiques lancent la théorie du Big Crunch, c'est-à-dire...)

Représentation du Big Crunch.  On se rend compte qu'au plus l'univers diminue de volume, au plus la matière qui la compose est dense ce qui ne fait qu'accélèrer le processus.
Représentation du Big Crunch.
On se rend compte qu'au plus l'univers diminue de volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.), au plus la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...) qui la compose est dense ce qui ne fait qu'accélèrer le processus.
Une section d'un univers subissant le big Crunch
Une section d'un univers subissant le big Crunch[1]

L'univers présente deux phénomènes principaux en opposition : celui de l'expansion et celui de la gravitation. L'expansion résulte de notre Big Bang (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...), l'attraction est le phénomène physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) majeur qui régit l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé...) tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) entier.

Un paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) s'ajoute à cela, celui de la quantité de matière (La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités chimiques ou physiques élémentaires. L'unité qui lui correspond est la mole.) que l'univers contient. C'est ce paramètre qui décide qui de l'effondrement gravitationnel ou de l'expansion l'emporte. Si la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à...) de l'univers dépasse une certaine valeur appelée Masse critique, alors l'effondrement, l'attraction prendra le dessus. Cette loi se vérifie avec la loi de gravitation universelle, où F, Force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles...) de gravitation, est proportionnelle à la masse étudiée M.

Au delà de la masse critique, l'expansion va ralentir, s'arrêter, puis faire demi-tour et donc un phénomène de contraction va commencer, cela jusqu'à ce que l'on obtienne un volume identique à un point (Graphie), assimilable à celui à l'origine du big bang. Ce phénomène est appelé Big Crunch. Dans ce cas, on parle d'un univers fermé car confiné entre deux valeurs et voué à se contracter sur lui-même. Cette fin correspondrait à une courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins courbé » de cet objet....) spatiale positive. Il n'est pas exclu qu'expansion et contraction de l'univers se poursuivent infiniment, que Big Bangs et Big Crunchs s'enchaînent ; c'est ce que l'on appelle le modèle cyclique.

D'un autre côté si la masse de l'univers est inférieure à la masse critique, l'expansion continue. Il faut voir alors en la fin de l'univers non pas le Big Crunch mais le moment où tous les stocks de matière à fusionner (principalement l'hydrogène) seront utilisés par les étoiles. Cela entraînera la mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si on a pu parler de la mort dans un sens cosmique plus général, incluant par exemple la mort des...) des étoiles. Cette autre fin de l'univers fait de notre univers un univers dit ouvert car ne s'effondrant pas mais voué à s'étendre (et pouvant finalement ne plus dégager de l'énergie). À moins que d'ici là, un autre paramètre n'intervienne, par exemple différents astres qui utiliseraient la fission d'atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps...) comme système d'apport en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), et renouvelleraient par la même occasion les stocks en hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.).

Une belle image :

Le destin de l'univers s'apparente à celui d'une balle que l'on jette en l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions et autres...). Tous frottements négligés, si la masse de la balle est assez importante, par rapport à la force de lancée initiale, la balle finira par retomber sur le sol (puis rebondira jusqu'à la hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) initiale, etc.). Il s'agit alors d'un univers fermé. Par contre, si la masse de la balle ne dépasse pas le point limite qui la fait retomber, cette balle finira par atteindre l'espace et ne plus jamais retomber. C'est le cas de l'univers ouvert.

Masse de l'univers

Il est donc intéressant d'essayer d'évaluer la masse de l'univers et de vérifier si elle se trouve au-delà ou non de la masse limite.

Pour cela, les scientifiques s'intéressent au deutérium (Le deutérium (symbole 2H ou D) est un isotope naturel de l'hydrogène. Il possède 1 proton et 1 neutron. Son nombre de masse est 2.) (isotope d'hydrogène car avec un neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les neutrons, avec les protons, sont les constituants du noyau de l'atome. Pour un...) en plus). En cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.), on considère le deutérium comme indicateur le plus fiable de la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de...) de matière de l'univers. En effet l'hydrogène est le principal élément de l'univers, et l'on estime que la quantité de deutérium est inversement proportionnelle à celle de baryons, protons, électrons (les baryons sont des particules élémentaires formées de 4 quarks). En gros, moins on a de deuterium, plus on a de matière dans l'univers. Or, récemment, on a pu évaluer grâce au télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par...) infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des...) ISO la quantité de deutérure d'hydrogène, principal réservoir de deutérium de l'univers aux environs de la nébuleuse (Une nébuleuse (du latin nebula, « nuage ») désigne, en astronomie, un objet céleste d’aspect diffus composé de gaz raréfié et/ou...) d'Orion (à 1500 années lumières). Notons que cette région de l'univers est très représentative de l'univers en général car très riche en éléments divers.

Après observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la...), le résultat des recherches donne 1 atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) de deutérium pour 100 000 atomes d'hydrogène.
Si ce rapport avait été du type 1 pour 1 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un (1 000 001). Il vaut un millier de...), il y aurait plus de particules élémentaires en général, et donc on aurait dépassé la masse critique. Ce n'est pas le cas, la marge est d'ailleurs assez grande d'autant plus que les approximations ont été faites en faveur d'un univers fermé. Pour ainsi dire, notre univers ne devrait pas s'effondrer sur lui-même. La première pensée de la majorité des scientifiques, c'est-à-dire que l'univers est ouvert, semble donc être la bonne.

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