Univers

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L'univers est l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses, celle-ci comprenant ou non, selon les philosophies, les choses immatérielles.

L'Univers est une notion scientifique qui désigne l'ensemble de la matière distribuée dans le temps et dans l'espace ; son étude fait l'objet de la cosmologie.

Sommaire

1 Découverte de l'Univers
2 L'Univers d'après la théorie du big-bang
3 Voir aussi
4 Homonymie

Découverte de l'Univers

C'est encore au miracle grec que l'on doit les premières avancées significatives dans la compréhension du monde.

Aristarque de Samos est le premier, semble-t-il, à comprendre que le système planétaire est héliocentré. Cette découverte ne fait alors pas l'unanimité, pour des raisons philosophiques surtout en cela qu'une telle cosmologie est en désaccord avec la conception aristotélicienne du monde. Il calcule aussi la distance Terre-Lune dont il trouve une valeur très précise (60 rayons terrestres).
Ératosthène se livre aussi, de son côté, à des calculs précis : par exemple, il ne se trompe que de 650 km dans sa mesure de la circonference d'un méridien terrestre, soit à peine plus de 1,5 % d'erreur.
Hipparque poursuit ce travail : il recalcule la distance Terre-Lune, recense 1500 étoiles, calcule approximativement la période de précession des équinoxes.

Tout ce savoir accumulé est repris et conservé par les Arabes à l'effondrement du monde gréco-romain, alors que le monde chrétien sombre dans l'obscurantisme : les théologiens restaurent ainsi le monde plat. Il faut attendre les conquêtes Arabes pour que l'Almageste de Ptolémée soit redécouverte. La Renaissance va porter à son apogée cette vision du monde, avec des systèmes cosmologiques très élaborés.

La révolution dite copernicienne va bouleverser cette cosmologie, en trois grandes étapes :

Copernic redécouvre l'héliocentrisme. Toutefois, cette redécouverte n'est que partiellement révolutionnaire : en effet, Copernic reste attaché aux sphères transparentes censées soutenir les planètes et leur imprimer leur mouvement ;
Isaac Newton et Kepler posent les bases fondamentales de la mécanique planétaire, par leurs études respectives de la gravité et du mouvement elliptique des planètes autour du soleil. L'univers, toutefois, reste confiné dans le système solaire ;
Giordano Bruno étend le modèle solaire à toutes les étoiles, ouvrant l'univers à l'infini.

L'Univers d'après la théorie du big-bang

L'expansion de l'univers, son âge et le big-bang

Les observations du décalage vers le rouge des rayonnements électromagnétiques en provenance d'autres galaxies suggèrent que celles-ci s'éloignent de notre galaxie, à une vitesse radiale d'éloignement supposée proportionnelle à ce décalage.

En étudiant les galaxies proches, Edwin Hubble s'est aperçu qu'en général la vitesse d'éloignement d'une galaxie était proportionnelle à son éloignement, ce qui est connu sous le nom de loi de Hubble ; une telle loi correspond à un univers proche en expansion.

Bien que la constante de Hubble ait été révisée par le passé dans d'importantes proportions (dans un rapport de 10 à 1), la loi de Hubble a été extrapolée aux galaxies éloignées, pour lesquelles la distance ne peut être calculée au moyen de la parallaxe ; cette loi est ainsi utilisée pour déterminer la distance des galaxies les plus lointaines.

En extrapolant naïvement l'expansion de l'Univers dans le passé, on arrive à une singularité gravitationnelle, un concept mathématique plutôt abstrait, qui peut correspondre ou non à la réalité. Cela conduit à la théorie du big-bang, le modèle dominant de la cosmologie actuelle.

L'âge de l'Univers, le moment où le big-bang s'est produit, est estimé actuellement à 13,7 milliards d'années, avec une incertitude de 0,2 milliard d'années, en se basant sur les mesures effectuées par la sonde WMAP de la NASA.

Une des preuves supposées du big-bang est l'observation d'un rayonnement fossile micro-onde, remarquablement uniforme dans toutes les directions, qui serait le rayonnement, fortement atténué, produit par l'Univers peu après celui-ci ; les cosmologues l'expliquent par une première période d'inflation très rapide survenant peu après le big-bang.

Taille univers et univers observable

On ne sait pas si l'univers est fini ou infini. Certains théoriciens penchent pour un univers infini, d'autres pour un univers fini mais non borné.

L'univers observable se composant de tous les endroits qui pourraient nous avoir affectés depuis le big-bang, en tenant compte que la vitesse de la lumière est certainement finie.

L'horizon cosmique se trouve à une distance de 13 à 14 milliards d'années lumière.

La taille actuelle (la distance comobile) de l'univers observable est plus grande, puisque l'univers a continué de s'étendre pendant le temps que la lumière met à nous parvenir ; on estime qu'elle est d'environ 50 milliards d'années lumière (4,6×10²⁶m). L'univers observable contient environ 7×10²² étoiles, répandues dans environ 10¹⁰ galaxies, elles-mêmes organisées en amas et super-amas de galaxies. Le nombre de galaxies pourrait être encore plus grand, selon le champ profond de Hubble observé avec le télescope spatial Hubble.

On notera que les articles populaires et professionnels de recherche en cosmologie emploient souvent le terme univers dans le sens d'univers observable.

Nous vivons au centre de l'univers observable, en contradiction apparente avec le principe de Copernic qui dit que l'univers est plus ou moins uniforme et ne possède aucun centre en particulier. C'est simplement parce que la lumière ne se déplace pas à une vitesse infinie et que les observations que nous faisons proviennent donc du passé. En effet, en regardant de plus en plus loin, nous voyons des choses qui se sont passées à une époque de plus en plus proche du big-bang. Et puisque la lumière se déplace à la même vitesse dans toutes les directions, tous les observateurs vivent au centre de leur univers observable (sur Terre, nous avons pratiquement tous le même).

D'un point de vue philosophique, la question de la finitude ou de la non-finitude de l'Univers a toujours préoccupé les hommes.

L'Univers contenant par définition tout ce qui existe, y compris l'espace-temps (et c'est une précision essentielle), il ne peut pas avoir de « bord » tel que nous concevons intuitivement cette notion. En effet, l'existence d'un bord impliquerait qu'au-delà de ce bord, on ne serait plus dans l'Univers, ce qui est par définition absurde. Mais si l'Univers n'a pas de bord au sens intuitif de ce terme, alors son expansion n'est pas intuitive non plus : si elle l'était, dans quoi l'Univers serait-il en expansion?

On voit que ce problème échappe à nos raisonnements, qui se basent toujours sur l'hypothèse fausse que l'Univers est galiléen. En définitive, les concepts de fini et d'infini ne peuvent pas être appliqués à l'Univers. La seule donnée qui semble intuitive et évidente, c'est que l'Univers a toujours eu, et aura toujours, une taille « suffisante » pour toutes ses activités.

Forme de l'univers

Une importante question de cosmologie qui reste sans réponse est la forme de l'Univers.

Est-ce que l'univers est plat ? C'est-à-dire : est-ce que le théorème de Pythagore pour les triangles droits est valide à de plus grandes échelles ? Actuellement, la plupart des cosmologues croient que l'univers observable est (presque) plat, juste comme la Terre est (presque) plate.
Est-ce que l'univers est simplement connexe ? Selon le modèle standard du big-bang, l'univers n'a aucune frontière spatiale, mais peut néanmoins être de taille finie.

Ceci peut être compris par une analogie bidimensionnelle : la surface de la terre n'a aucun bord, mais possède une aire bien déterminée. Vous pouvez également penser à un cylindre et imaginer de coller les deux extrémités du cylindre ensemble, mais sans plier le cylindre. C'est aussi un espace bidimensionnel avec une surface finie, mais au contraire de la surface de la Terre, il est plat, et peut ainsi servir de meilleur modèle.

Par conséquent, à proprement parler, nous devrions appeler les étoiles et les galaxies mentionnées ci-dessus « images » d'étoiles et de galaxies, puisqu'il est possible que l'univers soit fini et si petit que nous pouvons voir une ou plusieurs fois autour de lui, et le vrai nombre d'étoiles et de galaxies physiquement distinctes pourrait être plus petit.

Il y a des observations en cours pour déterminer si c'est vrai.

Avenir de l'univers

Selon sa densité moyenne de matière et d'énergie, l'univers continuera à s'étendre indéfiniment ou il sera gravitationnellement ralenti et s'effondrera sur lui-même dans un « Big-Rip » ou « Big Crunch ». Actuellement, l'état de nos connaissances suggère non seulement qu'il y a insuffisamment de masse et d'énergie pour provoquer cet effondrement, mais que l'expansion de l'univers semble s'accélérer et continuera donc pour toujours.

D'après une théorie de Stephen Hawking (dans son livre Une brève histoire du temps), si l'univers continue indéfiniment à s'étendre, les particules issues d'explosions successives ne seront plus assez proches les unes des autres pour recréer des étoiles après leur explosion. Toute activité dans l'univers s'éteindra ainsi à jamais.