Introduction

Chronologie du Modèle standard de la cosmologie

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 (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...) 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...)

En cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système...), le Big Crunch est un des possibles destins de l'Univers. Il désigne l'effondrement de l'univers à la fin d'une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) de contraction symétrique de la phase d'expansion faisant suite au Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a...). C'est donc en quelque sorte un « Big Bang à l'envers », c'est d'ailleurs suivant cette idée que son nom est dérivé. Vers la fin de cet effondrement, l'univers aura atteint une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) et une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) gigantesques. Cette situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un...) se produit selon les propriétés de son contenu matériel, en particulier les valeurs relatives de sa densité d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) et de sa densité critique. La question de savoir si l'univers connaitrait un Big Crunch ou si au contraire son expansion se poursuivrait indéfiniment a longtemps été une des questions centrales de la cosmologie. Elle est considérée comme résolue par la majorité des cosmologistes depuis la fin des années 1990 suite à la découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers, signe que l'expansion se poursuivrait indéfiniment. Toutefois l'accélération de l'expansion ne sera confirmée que lorsqu'elle pourra être incluse dans un cadre théorique solide, lequel fait encore défaut.

Le Big Crunch

Représentation schématique du Big Crunch.
Plus une portion donnée d'univers diminue de volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...), plus la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) qu'elle contient est dense, ce qui contribue à accélérer le processus.

Une section d'un univers subissant le big Crunch

L'univers est en expansion. Cette expansion est ralentie par la gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction...). Si cette dernière est suffisante, l'expansion peut se muer en contraction. C'est ce qui se produit dans le cas des univers finis.

Dans un univers fini (ou fermé), appelé donc à subir le Big Crunch, les équations montrent que la densité réelle de matière est supérieure à une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) désignée sous le nom de densité critique, mesurant pour sa part le taux d'expansion. Dans un tel univers l'expansion va ralentir, s'arrêter, puis se transformer en une contraction conduisant l'univers à occuper un volume identique à un point (Graphie), assimilable à celui à l'origine du big bang. Ce phénomène est appelé Big Crunch.

Au contraire les univers dont l'expansion se poursuit indéfiniment ont à chaque instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas...) une densité réelle inférieure à leur densité critique (calculée au même instant). Ces univers sont infinis et sont aussi désignés sous le nom d'univers ouverts. Il faut voir dans ce cas 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) auront été utilisés par les étoiles, cela entraînant leur mort.

On utilise à tort l'image suivante (hélas reprise par de très nombreux ouvrages de vulgarisation). Le destin de l'univers s'apparenterait à celui d'une pierre de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) m que l'on jette en l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) à partir de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) de masse M. Si la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) de lancée initiale n'est pas assez puissante pour vaincre la gravitation terrestre, la pierre finira par retomber sur le sol ou par se mettre en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de la Terre (comme un satellite). Il s'agirait alors dans ce schéma de l'univers fermé. Par contre, si la vitesse (On distingue :) de la pierre dépasse la vitesse de libération (La vitesse de libération (aussi appelée vitesse d'évasion, vitesse parabolique, vitesse de...), le projectile échappera définitivement à l'attraction terrestre et s'éloignera indéfiniment de la Terre. Ce serait le cas de l'univers ouvert.

En réalité, cette image donne une fausse idée des paramètres déterminant le destin d'un univers. Il est vrai que les énergies entrant en jeu ont la même forme dans les deux cas. D'une part l'énergie cinétique (L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, ou force vive) est...) (1/2)m v² de la pierre de masse m ressemble à la densité critique (3/8πG)H² de l'univers dont la constante de Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en...) vaut H. D'autre part l'énergie potentielle GmM/a de la pierre à la distance a ressemble à la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est...) spatiale en 1/a d'un univers de rayon de courbure a. Mais il existe une différence fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) entre le système pierre-Terre et l'univers. Alors que la vitesse de la pierre (et donc son énergie cinétique) peut être choisie indépendamment de la force d'attraction terrestre, la constante de Hubble n'est pas indépendante du rayon de l'univers. Le propre des équations de Friedmann issues de la relativité générale d'Einstein est d'établir un lien entre le taux d'expansion de l'univers et son contenu de matière. On ne peut pas changer l'un sans changer l'autre. D'ailleurs l'équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement...) d'Einstein consiste bien à identifier un terme caractérisant la courbure de l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise...) (à savoir le tenseur (Tenseur) de courbure) à un terme mesurant son contenu de matière-énergie (le tenseur de énergie-impulsion). Comme le montrent les équations de Friedmann dans le cas du modèle le plus simple, lorsque la masse de l'univers a été choisie, tous les paramètres de l'univers sont fixés du même coup. On ne peut pas les « ajuster » après coup.

Pour dire les choses d'une autre façon, ce n'est pas en changeant la masse d'un univers que l'on changera son type, en le faisant passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) d’ouvert à fermé, ou de fermé à ouvert. C'est d'abord le type d'univers, ouvert ou fermé, que l'on peut choisir, et ce n'est qu'ensuite qu'on peut préciser son contenu de matière.