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Sciences

L’univers : du Big Bang à l’expansion (part 1)

Par Andie · 21 août 2019 · Aucun commentaire

Photo by Greg Rakozy on Unsplash

Ecrit par Andie

Certains associent encore à tort le « Big Bang » à la naissance de notre système solaire. Cette théorie scientifique de Georges Lemaître, est en fait la naissance de notre Univers. Cet astrophysicien belge a été un des premiers à émettre cette hypothèse révolutionnaire. Mais chronologiquement c’est la découverte de l’expansion de l’univers qui lui a permis d’émettre la théorie du Big Bang. Suivant la chronologie de l’histoire, nous verrons ensemble quelles ont été les étapes majeures de ces deux découvertes.

Depuis Einstein et sa relativité générale jusqu’aux galaxies observées par Edwin Hubble, revoyons ensemble l’histoire de l’Univers.

La relativité générale : Genèse de l’expansion de l’univers

Albert Einstein

Albert Einstein

Avant 1915, la relativité galiléenne et restreinte établissait que la gravité ou gravitation était une force qui attire 2 objets. En 1915, Albert Einstein publie sa théorie sur la relativité générale. Cette dernière s’applique dans plusieurs domaines mais en astronomie voilà comment elle s’applique.

Ce principe se base sur un autre très important : Le principe d’équivalence qui veut que le mouvement naturel de tout objet, peu importe sa masse est une ligne droite et que tout objet tombe de la même manière.  Sur Terre, si une plume tombe moins vite que le plomb c’est en faite à cause de la résistance à l’air. Si je fais tomber une pomme, comme Newton, celle-ci effectuera une ligne droite (vers le sol en l’occurrence). Idem dans l’espace, un astéroïde effectuera un chemin rectiligne …à moins que… et c’est là qu’intervient la gravité.

La masse déformant les lignes de l'espace-temps

La relativité générale genèse de l’expansion de l’univers

 

Les planètes, galaxies, étoiles et trous noirs évoluent dans ce que l’on appelle l’espace-temps. La relativité générale voudrait que tous les corps déforment l’espace-temps autour d’eux.

Imaginez l’espace comme une énorme toile d’araignée faite de ligne droite. Un objet A tel que notre soleil aura comme effet de déformer cette toile qu’est l’espace-temps avec comme conséquence une modification des trajectoires.

 

 

La gravitéUn objet B, comme la Terre voit donc sa trajectoire altérée, pour suivre les lignes distordues par la masse du Soleil dans l’espace-temps. Voilà comment se joue la gravité et pourquoi la Terre est attiré par le soleil.

 

Système solaire

POURQUOI LA TERRE NE S’ÉCRASE PAS SUR LE SOLEIL ?

 

Qui se souvient des tourniquets dans les parcs pour enfant ?

 

Quand le tourniquet tournait assez vite, il fallait extrêmement bien se tenir pour ne pas tomber vers l’extérieur.

 

C’est ce que l’on appelle la force gravitationnelle. C’est ce principe là qui fait que la Terre ne fonce pas droit vers le Soleil. La planète bleue tourne à une vitesse de rotation de 29.78km par seconde. Si la vie a pu se développer sur Terre, c’est grâce à l’addition de la force gravitationnelle et de la force centrifuge. L’une pour rester proche du soleil, l’autre pour ne pas s’y écraser. Paradoxalement, pourrait-on dire, c’est également la force gravitationnelle du Soleil qui permet à la Terre de garder sa vitesse de rotation.

Revenons à la relativité générale

Voilà pourquoi, selon ce principe, la Terre ainsi que toutes les planètes de notre système gravitent autour du soleil. Ce dernier fait 109 fois notre planète, étoile géante qui exerce sa force gravitationnelle jusqu’à Neptune, la planète la plus éloignée de notre système solaire ( Distance Neptune-Soleil: 4,495 milliard de km).

Cette théorie explique également pourquoi la Terre n’a subit que peu de collision. Jupiter et Saturne, de par leur taille bien supérieure à la planète bleue, ont un champ gravitationnel bien supérieur à celui de la Terre. Attirant à elles, les comètes et astéroïdes qui ont pu approcher notre système solaire, elles nous ont donc évitées bien des collisions qui auraient rendues la vie impossible sur Terre.

« Deux choses sont infinies : l’Univers et la bêtise humaine. Mais, en ce qui concerne l’Univers, je n’en ai pas encore acquis la certitude absolue » – Albert Einstein

Selon la relativité générale, l’univers serait donc en mouvement. Pourtant Einstein croyait en un univers statique et homogène. Pour contrebalancer il théorise sur une constante cosmologique qui rendrait possible l’idée de mouvement dans l’univers sans expansion. Bref il bidouille.

Seulement en 1929 après les découvertes d’Edwin Hubble, Einstein reconnait avoir fait la plus grosse erreur de sa vie (est-ce qu’il l’a dit avant ou après avoir épousé sa cousine ? who knows ?!) et il doit donc se rendre à l’évidence : L’univers est en expansion.

Pour les néophytes souhaitant en savoir plus sur la relativité générale. Je conseille ce mini documentaire très bien fait:

Friendmann ET Lemaitre : Les vrais pères de la théorie de l’expansion de l’Univers et du Big bang

Alexandre Friedmann

Alexandre Friedmann

Georges Lemaître et Albert Einstein - ©Archives Georges Lemaître - Université catholique de Louvain

Georges Lemaître et Albert Einstein – Université catholique de Louvain

 

L’idée de l’expansion de l’univers est une révolution. Le consensus était que l’univers est statique. Même Einstein malgré sa relativité générale pense ainsi. Et avant Hubble et Einstein lui-même, deux scientifiques, un soviétique, l’autre belge ont avancé la théorie de l’expansion de l’univers

 

Alexandre Friedmann, astrophysicien et cosmologiste soviétique sera donc le premier à publier sur la théorie de l’expansion de l’univers. En 1922, il publie « Sur la courbure du temps » et émet le premier, en s’appuyant de la relativité générale d’Einstein, l’hypothèse d’un univers non statique mais mouvant.

 

Il sera suivi par Georges Lemaître. En 1927, le physicien ( et membre du clergé) belge va plus loin s’appuyant également sur la théorie de l’expansion de Friedmann mais également sur les récentes trouvailles de d’Edwin Hubble. A l’époque l’astronome américain Hubble découvre le décalage vers le rouge, redshift en anglais ( Voir partie 2) mais c’est bien Lemaître qui le premier notera que la vitesse d’éloignement des galaxies est proportionnelle à leur distance et que par conséquent, se ne sont pas elles qui s’éloignent mais l’espace qui se dilate.

Cette loi jusqu’en 2018 portait injustement le nom de loi Hubble occultant l’apport considérable du belge dont les travaux avaient été écrit, malheureusement pour lui, en français. En 2018 l’Union Astronomique Internationale reconnait ce tord et renomme cette loi, la loi Hubble-Lemaître.

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