le Big Bang

Boum.

Le 3 juin 1922, Alexandre Friedmann écrit un article dans lequel il imagine que l'univers est en expansion. En effet, les équations de la relativité générale montrent que l'univers s'étend mais Einstein rajoute à cette équation la constante cosmologique, qui permet d'empêcher l'univers d'être en expansion. Alexander Friedmann a l'idée que rajouter la constante était inutile: il suffit d'admettre que l'univers s'agrandit.

Einstein n'est pas d'accord. Il dit que cette solution est incompatible avec la théorie des champs. Friedmann fait les calculs et découvre que les deux théories coïncident. Einstein sera convaincu par Krutkov, un ami de Friedmann.

Mais si l'univers s'agrandit, il a eu un commencement !

En 1924, un certain Edwin Hubble fait une grande découverte: notre galaxie n'est pas la seule! Selon Friedmann, elles s'éloignent les unes des autres en même temps que l'univers, comme les dessins sur un ballon de baudruche s'éloignent lorsqu'on le gonfle.

Pourtant, après la mort de Friedmann, ses idées tombent dans l'oubli.

Un abbé, l'abbé George Lemaître, passionné par la relativité générale, fait ses calculs et, sans avoir entendu parler de Friedmann, arrive aux mêmes conclusions que lui. Mais comme Friedmann, personne ne l'écoute.

Mais Edwin Hubble fait une deuxième grande découverte:  Friedmann avait raison! Les différentes galaxies s'éloignent les unes des autres.

Le 1er avril 1948, Alpher, Bethe et Gamow publient un article dans le physical review: "L'origine des éléments physiques" (voir les composants de la matière)

Cet article dit que les atomes d'hydrogène se seraient créés  les trois premières minutes après le Big Bang, alors que la température était à plusieurs milliards de degrés. Les éléments légers après ces trois minutes. Et les éléments légers après que la température de l'univers ne fassent plus que 3 millions de degrés.

3 millions de degrés! Un tel dégagement d'énergie a bien du laisser une trace! En effet, Alpher et Hermann calculent que la température du rayonnement tel qu'on devrait le détecter aujourd'hui est de 5 degrés au-dessus du zéro absolu

Mais l'astrophysicien Fred Hoyle n'est pas d'accord. Il découvre que les éléments lourds sont nés au cœur des étoiles. C'est pour se moquer qu'il inventera le terme "Big Bang" dans le studio de la BBC.

Malgré tout, il reste encore quelques adeptes du Big Bang, puisqu'il se nomme désormais ainsi. C'est le cas d'Andreï Doroshkevich et d'Igor Novikov qui publient un article dans lequel ils disent que le rayonnement prédit par Alpher et Hermann est détectable sous forme de micro-ondes.

Justement, en Amérique, Arno Penzias et Robert Wilson captent un étrange bruit dans leur antenne astronomique. Pensant à une erreur, ils lavent le radiomètre, chassent les pigeons, etc. Malgré tout, le bruit persiste. Wilson calcule que le rayonnement détecté correspond à une température de quelques degrés au-dessus du zéro absolu. Robert Dicke et James Peebles, qui ont entendu parler des travaux d'Andreï Doroshkevich et d'Igor Novikov, leur informent que cela correspond à... l'écho du Big Bang ! Donc le Big Bang existe! Mais comment est-il? A quoi ressemble-t-il? 

Le Big Bang serait un point infiniment petit qui contiendrait l'entièreté de l'univers. Attention: lorsqu'on parle des composants de la matière, on dit souvent que c'est l'infiniment petit. C'est faux: les particules ne sont pas infiniment petites car elles sont mesurables. Le Big Bang, lui, est infiniment petit, donc infiniment dense. C'est une singularité, comme celle présente dans les trous noirs! C'est ce que démontrèrent Stephen Hawking et Roger Penrose.

Le 1er juillet 1983, les russes lancent Prognoz 9, un satellite chargé de détecter le fond diffus cosmologique, le rayonnement détecté par Penzias et Wilson et de le cartographier pour en faire une image. Il découvre des variations de température de l'ordre du dix-millième de degrés. Mais il trouve autre chose: le rayonnement fossile est celui d'un corps noir, car il ne dévoile que sa température: aucune autre information ne peut être détectée!

Après Prognoz 9, c'est au tour des américains de lancer le satellite COBE le 18 novembre 1989.

Alexandre Friedmann (1888-1925)
Alexandre Friedmann (1888-1925)
Albert Einstein
Albert Einstein
Edwin Hubble (1889-1953)
Edwin Hubble (1889-1953)
l'abbé Georges Lemaître
l'abbé Georges Lemaître
Alpher
Alpher
Robert Wilson (à gauche) et Penzias (à droite) devant leur radiomètre
Robert Wilson (à gauche) et Penzias (à droite) devant leur radiomètre
James Peebles
James Peebles
Roger Penrose
Roger Penrose
Stephen Hawking
Stephen Hawking

Il est chargé d'affiner l'image du fond diffus et de vérifier les conclusions des russes. Et elles sont parfaitement justes. Cependant, COBE fait une autre découverte: les endroits les plus froids de ce rayonnement correspondent aux vides entres les galaxies et les plus chauds aux galaxies elles-mêmes!

Après COBE, c'est au tour de WMAP d'être lancé, lui aussi par les américains, le 30 juin 2001. il cartographiera le fond diffus encore plus précisément. Il découvre que l'univers est probablement en forme de sphère.

Un satellite européen, Planck, succédera à WMAP. Lancé en 2009, Il va une fois de plus préciser l'image du fond diffus. Il fait une découverte stupéfiante: l'univers est plus froid au sud qu'au nord! Serait-ce un vestige de l'avant-Big Bang? Qu'y a-t-il avant le Big Bang? Mystère...◘

Crédits iconographiques

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- Photograph by Oren Jack Turner, Princeton, N.J., Public domain, via Wikimedia Commons

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- NASA, Public domain, via Wikimedia Commons

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