Le Big Bang n’était pas vraiment le début de l’Univers

C’est une histoire aussi familière que l’une des fables d’Ésope : Il y a très, très longtemps, l’Univers a commencé comme un point infiniment petit et dense appelé singularité.

Et tout d’un coup, BANG ! En un trillionième de seconde, il s’est développé plus vite que la vitesse de la lumière pour former l’Univers que nous connaissons aujourd’hui. Eh bien, il s’avère que la compréhension populaire de cette histoire d’origine cosmologique n’est pas entièrement exacte – et les scientifiques le savent depuis des décennies. Il n’y avait probablement pas de singularité, et l’expansion de l’Univers après le Big Bang s’est produite au rythme d’un escargot par rapport à l’expansion qui a précédé. Oui, auparavant : Le Big Bang n’était pas le début de l’Univers.

Le Big Bang a un problème ?

Sans vouloir manquer de respect à la théorie du Big Bang, elle est étayée par des tonnes de preuves scientifiques, et c’est presque certain. Cette idée, généralement attribuée à Edwin Hubble mais proposée par un prêtre et astronome du nom de Georges LeMaître, est apparue dans les années 1920 lorsque les scientifiques ont réalisé que les galaxies les plus éloignées s’éloignaient de nous plus vite que les plus proches. Cela suggère que ce ne sont pas les galaxies qui se déplacent, mais l’Univers qui s’étend – et s’il s’étend, il doit avoir été plus petit dans le passé.

Si l’Univers est en expansion, la lumière doit aussi s’étirer. En fait, c’est le cas – ces galaxies lointaines sont décalées vers le rouge, ce qui signifie que leurs longueurs d’onde lumineuses se sont allongées et se sont dirigées vers l’extrémité rouge, plus basse énergie, du spectre électromagnétique. Mais cela signifie aussi que tout avait encore plus d’énergie dans le passé, ce qui veut dire une chose : le commencement de l’Univers était incroyablement chaud. Trop chaud pour que les atomes se forment. Nous pouvons en voir la preuve aussi dans le faible rayonnement résiduel, très étiré, qui constitue le fond diffus cosmologique.

Nous avons des preuves pour de nombreuses autres étapes du processus : Nous avons recréé la soupe de plasma dense qui composait cet Univers primitif et nous savons dans quel type de particules cette soupe aurait dû se fondre, ce qui se trouve être exactement le rapport exact des particules que nous voyons dans l’Univers aujourd’hui. Nous avons même repéré un trou noir qui existait à l’époque où tout s’était suffisamment refroidi pour laisser la lumière circuler librement dans l’Univers. Tout concorde.

Sauf. Sauf qu’il y a quelques pièces frustrantes qui ne semblent pas correspondre au puzzle. D’une part, les preuves provenant du fond diffus cosmologique suggèrent que l’Univers est plat, même si le Big Bang prédit que l’Univers devrait très probablement être incurvé. Il y a aussi le fait que tout dans l’Univers semble être à peu près à la même température, même si certaines parties de l’Univers sont si éloignées l’une de l’autre et que l’âge de l’Univers est si jeune qu’il y a peu de chances que ces parties aient jamais été en contact les unes avec les autres pour compenser leur chaleur. Enfin, la violence du Big Bang de style singulier aurait dû produire des particules à très haute énergie appelées monopôles magnétiques, mais jusqu’à présent, on ne les trouve nulle part.

Mais si l’Univers n’est pas sorti d’une singularité, que s’est-il réellement passé ? Selon une autre théorie appelée inflation, l’Univers que nous connaissons est né des fluctuations du néant de l’espace.

Chérie, j’ai fait exploser l’Univers

La théorie de l’inflation repose sur ce qu’on appelle l’énergie du vide. Voyez, même lorsqu’il n’y a ni matière ni même rayonnement, comme le prédit la théorie de l’inflation avant le Big Bang, le vide de l’espace est encore plein d’énergie grâce à des paires de particules quantiques qui clignotent constamment. Cette énergie a fait croître l’Univers vide à un rythme exponentiel, l’agrandissant d’un facteur de 10²⁶ en une fraction de seconde. Au fur et à mesure de son expansion, les fluctuations de l’énergie du vide ont laissé le tissu de l’espace inégal, avec des points aléatoires où la densité énergétique était légèrement supérieure ou légèrement inférieure à la moyenne. Finalement, toute cette énergie s’est décomposée en matière et en rayonnement qui existait dans l’état super chaud et toujours en expansion prédit par le Big Bang.

Cela corrige beaucoup de problèmes avec la théorie du Big Bang dans sa forme originale. L’inflation prédit un Univers plat, et la vitesse à laquelle elle s’est produite permet que tout se termine à la même température puisqu’il était possible que tous les points de l’Univers aient déjà été en contact. L’inflation indique également que les monopôles magnétiques existaient peut-être avant l’expansion, mais que leur densité aurait chuté à des niveaux indétectables par la suite. De plus, ces fluctuations de la densité d’énergie dans le vide expliquent bien comment les étoiles, les galaxies et les amas de galaxies se sont formés. Sans ces bouquets aléatoires d’énergie supplémentaire, l’humanité n’aurait jamais existé.

Si votre connaissance du Big Bang commence par une singularité, il est peut-être temps de réviser cette vieille fable. Ici, nous allons commencer : Il y a très, très longtemps, avant l’existence de la matière ou du rayonnement, l’énergie liée dans le tissu de l’espace faisait que tout se développait par un billion de milliards de fois en moins d’un clin d’œil. Très vite, cette énergie s’est transformée en matière et en rayonnement, qui ont fini par se fondre en étoiles et en galaxies – et le reste appartient à l’Histoire.

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Source : Curiosity – Traduit par Anguille sous roche