Avant le big bang ?

Soleil Inscrit le : 17 Oct 2004 Messages : 22613

Salut

Qu'y avait il avant le big bang ? Cette question philosophique est en train de passer du côté de la science : à en croire la cosmologie quantique, des univers jailliraient de "rien" . D'autre part, l'inflation nous fait accepter l'idée d'univers multiples.
Depuis plus d’un demi siècle le modèle standard du big bang s'est imposé dans le monde scientifique et le grand public averti.
Mais une question demeure sans réponse : "qu'y avait il avant le big bang ?" Le problème avec cette question irritante est que même si on savait ce qui s'est passé avant le big bang nous pourrions toujours nous demander : "Et que s'est-il passé avant ?" La réponse est qu'il n'y a pas "d'avant", puisque "avant" le temps n'existait pas … Et juste après, le temps, l'espace et la matière se sont soudainement décidés à exister.
Mais qu'en est-il de « l'instant zéro » ? En effet toute la période où l'Univers était âgé de moins de 10 puissance - 43 secondes (dix millionième de milliardième de milliardième de milliardième de milliardième de seconde) échappe toujours aux cosmologistes. Nous sommes là face à un véritable problème conceptuel témoignant de notre fantasme d'attribuer au « Monde » une date de naissance : le temps zéro est un instant dans un temps qui n'existe pas encore. Un 10 puissance - 44 seconde n'existe probablement pas. L'instant zéro serait donc une sorte d'infini, un horizon inaccessible. Mais cela n'a pas empêché les théoriciens d'élaborer plusieurs théories de l'avant big bang. Certains ont même envisagé l'hypothèse de l'existence d'univers multiples : pour le cosmologiste Andrei Linde un des pères de l'inflation, notre univers n'est qu'une bulle d'espace-temps noyée dans une mousse d'autres univers.

Au tout début de l'histoire du Cosmos, l'univers a connu une phase d'expansion ultra rapide causée par ce qu'on appelle un faux vide ou champ scalaire. Des variations d'énergie microscopiques ou fluctuations quantiques qui agitaient l'univers à cet instant ont fait que l'énergie du champ scalaire a augmenté dans certaines régions de l'univers et diminué dans d'autres. Là où elle a augmenté, l'inflation s'est déclenchée à nouveau. Ces régions se sont donc dilatées beaucoup plus vite que les autres régions avoisinantes. Au bout de quelques fractions de seconde, elles se sont déconnectées de leur région d'origine, donnant ainsi naissance à de nouvelles bulles d'espace-temps qui ne sont autres que des nouveaux bébés univers. Chacun d'entre eux gonflerait à son tour avant de donner naissance à d'autres univers à part entière, et ainsi de suite. Ce processus de régénérescence se reproduirait à l'infini, c'est pourquoi Andrei Linde a baptisé cette théorie "inflation éternelle"

Mais il ne s'arrêtera pas en si bon chemin. En multipliant les champs scalaires, car il est peu probable qu'il n'en existe qu'un seul dans la nature, Linde aboutit à la conclusion que chaque champ scalaire engendre un univers aux lois physiques différentes. Ainsi, certains univers auraient des constantes cosmologiques différentes, la vitesse de la lumière serait peut être supérieure à 300 000 Km/s, les particules élémentaires (proton, neutron, électron) auraient des masses différentes, on pourrait même imaginer des univers à plus de 3 dimensions. Aussi séduisante que soit cette théorie, elle reste difficilement vérifiable. On ne pourra peut être jamais savoir si ces autres univers existent vraiment, et même si on le savait, aucun voyage inter-univers ne serait possible, car les distances entre deux univers sont si grandes qu'il faut aligner des kilomètres de chiffres pour les exprimer. D'autre part les lois physiques y sont différentes, ainsi la matière dont nous sommes faits se désintégrerait immédiatement dans ces autres univers. La théorie de l'inflation éternelle pose le problème de l'origine du moment qu'elle n'aborde pas : comment s'est formé la toute première bulle ?

Des univers à partir de "RIEN"

Grâce à l'expansion (inflation) on pourrait obtenir un univers grand, homogène et peuplé de galaxies. Tout ce qu'il nous faut c'est un tout petit univers rempli de faux vide. Reste à déterminer l'origine de cet univers initial. Celui-ci étant très petit, on pourrait avoir recours à la physique quantique, qui règne sur le monde de l'infiniment petit.
En effet la physique quantique nous permet d'obtenir un tout petit univers a partir de rien. " Rien " signifiant ici l'absence de matière, d'espace et de temps. La physique quantique est très différente de la physique classique de NEWTON : les mêmes conditions initiales peuvent aboutir à des résultats différents, et nous ne pouvons qu’en calculer les probabilités. Ceci est du aux fluctuations quantiques. Ainsi, un électron par exemple après sa collision avec une autre particule peu choisir d'aller à gauche ou à droite même si on ne change pas les conditions initiales. Les particules ne sont plus considérées comme des billes de matière mais comme des nuages d'énergie entourés par un flou et qui se comporteraient tantôt comme des corpuscules, tantôt comme des ondes… Revenons maintenant à notre monde classique, une boule de billard par exemple suit sa trajectoire avec une probabilité proche de 100%, mais les effets quantiques ne disparaissent pas complètement : il y a toujours une très faible probabilité pour que la boule suive une trajectoire impossible pour la physique classique. L’effet tunnel en est un parfait exemple : en mécanique quantique, un corps peut violer les lois classiques de conservation de l'énergie pendant un très court laps de temps. Une boule peut ainsi franchir une barrière même si initialement elle n'avait pas assez d'énergie pour le faire d'une manière classique. Un processus semblable à l'effet tunnel pourrait intervenir dans la création d'un petit univers rempli de faux vide à partir d'un univers de rayon zéro qui est la même chose que pas d'univers du tout. L'univers initial étant ainsi formé, il n'a pas besoin d'être parfaitement sphérique, il peut être aussi rempli de différents types de faux vides.
Toutes ces prédictions et théories peuvent être vraies comme elles peuvent être fausses, mais la grande réussite de la cosmologie quantique est l'élargissement du champ d'action de la science en mariant l'infiniment grand à l'infiniment petit, chose qui n'était pas possible avant le scénario de l’inflation.
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Mercure Inscrit le : 18 Jan 2005 Messages : 4

Bonjour!

Ce sujet est peut-être celui qui m'intrigue le plus dans l'ensemble de l'astronomie et ses domaines connexes.

J'ai peine à m'imaginer qu'il n'y avait strictement rien au moment de la création de l'univers. Pour qu'un événements tel le Big Bang se produise, il devait forcemment y avoir de la matière. Mais d'où vient cette matière? Serait-ce les résidus d'un autre univers qui s'est contracté jusqu'à sa mort?

On dit que rien ne se crée, et que rien ne se perd. Mais à un certain moment, il y a du y avoir une "création". Peut être antérieur du double ou du triple de temps du Big Bang (environ 15 milliards d'années).

Le vide ne pouvant rien créer (0+0=0), qu'est ce qui a bien pu se passer? D'où vient la petite poussière, la petite particule qui est au début de tout? Peut-être que finalement, comme je l'ai lu quelque part, Nous ne sommes rien... une simple simulation informatique!!!

Sinon... Avant le vide complet, total, qu'est-ce qu'il y avait???

Soleil Inscrit le : 17 Oct 2004 Messages : 22613

Salut

On ne parle de pas de rien ou de vide à proprement dit, mais de vide quantite. Il n'y a pas de matiére, mais des particules. Il n'est pas possible de comparer le monde d'avant le big bang à celui que nous connaissons actuellement. Les choses étaient tout autres. Le tout c'est de savoir ce qu'elles étaient avec certitude. La théorie des cordes ou celle de la relativité d'échelle va peut être nous apporter des réponses.
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Saturne Inscrit le : 25 Oct 2004 Messages : 312

Salut,

Les résultats du satellite WMAP semblent montrer que l'Univers est plat à grande échelle, plat signifiant de courbure nulle. Comme la relativité génerale montre que la courbure est proportionnelle à l'énergie, on peut interpréter ainsi le résultat de WMAP: La quantité totale d'énergie dans l' Univers est nulle. Autrement dit une naissance de l'Univers par une fluctuation du vide quantique ne viole pas le principe de conservation de l'énergie.

@+ Smile

Pluton Inscrit le : 20 Oct 2004 Messages : 530

cosmick, je n'ai pas bien compris ton message la Sad

Tu énonces des théories qui me dépasse un peu, tu peux expliquer plus en détails ce que tu voulais dire s'il te plait ? Wink

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Neptune - Apprenti astronome Very Happy

Forum PARSEC — http://astronomie.forumactif.com

Saturne Inscrit le : 25 Oct 2004 Messages : 312

Salut,

Excuse moi, Neptune, il est vrai que mon propos était peut-être un petit peu technique, je vais tenter de détailler et de reformuler mon propos.
Par où commencer ?

Tout d’abord la platitude :

Il existe plusieurs façons de se représenter la gravitation :
La première représentation de la gravitation a été élaborée par Newton (publication des principa Mathematica en 1687, ouvrage dans lequel sa théorie est exposée). Dans cette théorie (qui en est plus une !), les corps qui ne sont pas soumis à une force se déplacent en ligne droite à vitesse constante.
Si une force s’exprime sur un corps dans le sens du mouvement, alors le corps accélère.
Si une force s’exprime sur un corps dans le sens inverse du mouvement, alors le corps ralenti.
Si une force s’exprime sur un corps dans une direction différente à celle du mouvement, alors le corps dévie de sa trajectoire en ligne droite pour prendre une trajectoire courbée.
Selon Newton, la gravitation est une force attractive s’exerçant entre deux corps d’une certaine masse.
L’explication de la rotation des planètes devient ainsi lumineuse
Par exemple, Le soleil et la Terre s’attirent avec une certaine force, la Terre est en mouvement et la force d’attraction s’exerce de façon perpendiculaire au mouvement de la Terre, ce qui a pour effet de donner à la Terre une trajectoire courbée autour du Soleil.

Au début du 20eme siècle, Einstein a donné une vision encore plus profonde de la gravitation avec la relativité générale, ici c’est l’espace et le temps eux même qui sont « courbés ». Dans cette théorie (qui en est plus une aussi !), tout les corps se déplacent en ligne droite dans un espace courbe, autrement dit ce qui nous apparaît être un mouvement de rotation d’une planète autour d’une étoile est en fait le déplacement d’une planète en ligne droite dans une zone de l’espace courbé par la présence d’une étoile (toutes les masses engendrent une courbure, a noter que la relativité ne fait pas distinction entre masse et énergie car même l’énergie courbe l’espace).

Si on se situe dans un univers imaginaire vide de matière (et d’énergie) alors l’espace temps n’est pas courbé par la matière-énergie, on dit dans ce cas que cet univers est plat. Plat signifie que la courbure est nulle et que la géométrie euclidienne (celle que l’on apprend à l’école) peut continuer à s’appliquer (les parallèles ne se coupent jamais dans un espace plat ( ou euclidien)).
Plus la courbure va être importante plus la gravitation est importante.
Une cosmologie peut ainsi être construite en étendant à l’Univers entier les concepts de la relativité générale.

Les résultats de WMAP

WMAP est un satellite qui a étudié le rayonnement de fond cosmologique (le rayonnement de fond cosmologique est le rayonnement qui a été émis après la naissance de l’Univers lorsque celui-ci est devenu assez froid pour que le rayonnement se découple de la matière)
L’observation de ce rayonnement montre que la température de l’Univers primordiale était extrêmement homogène, il existe néanmoins de légères fluctuations de cette température dans des zones appelés cellules. La taille des cellules permet de connaître la courbure de l’Univers observable. Il s’avère que la taille des cellules correspondent de façon assez précise à un univers de courbure nulle (plate).

La fluctuation du vide quantique

En physique quantique l’énergie nulle n’existe pas, en effet en vertu des relations d’Heisenberg une énergie ne peut être connu avec précision. Dans un Univers vide, l’énergie va donc osciller autour de 0. Le vide est donc instable, continuellement des couples virtuels de particules-antiparticules apparaissent, vivent environ 10-24 sec et s'annihilent instantanément. D’où la boutade de Hawking : "L'Univers s'est formé à partir de rien parce que rien est instable".

La conservation de l’énergie

Imaginons un système isolé du reste d’un univers imaginaire, si dans ce système, on réalise des transformations chimiques, mécaniques, électriques, …….. Dans ce système, l’énergie même si elle change de forme, sa quantité reste la même, c’est la conservation de l’énergie.
L’Univers semble être un système isolé son énergie doit don être conservé.

Synthèse

Nous venons de voir grâce à WMAP que l’univers était plat (de courbure nulle), cependant celui-ci est rempli de matière et d’énergie, comment expliquer la platitude ?
C’est que l’énergie potentielle de gravitation (négative) est certainement exactement compensée par l’énergie dû à la masse et l’énergie de mouvement (cinétique) des particules de l’Univers, ce qui donne une énergie totale de l’Univers égale à 0. Autrement dit à partir d’une énergie oscillant autour de 0, une partie de cette énergie ce serait « transformée » en matière doué d’une énergie cinétique et l’autre en énergie de signe opposée, la gravitation.

J’espère être un petit peu plus compréhensible

Précision : c’est une théorie vraisemblable, mais l’édifice est encore fragile. Pour avoir une description rigoureuse de la naissance de l’univers, il faudrait disposer au moins d’une théorie quantique de la gravitation.

@plus yeux

Invité

Post supprimé.

Saturne Inscrit le : 25 Oct 2004 Messages : 312

salut,

Le problème de l'avant big bang est un probléme compliqué, certains disent comme prigogine qu'il existait un temps avant le big bang, d'autres disent que le temps et l'espace sont nés au même moment que l'apparition de la matière en vertu de la relativité génerale d'où le non sens dans ce cas à la question "quoi avant le big bang". D'autres disent aussi que le temps en fin de compte n'existe pas, qu'il n'est qu'une illusion. Avant de nous demander ce qu'il y avait avant le big bang, il faut aussi se demander ce qu'est le big bang?
- la naissance de l'espace et le temps?
- le début du processus d'expansion?
- le moment de la singularité initiale (si singularité il y a)?

@+ Smile

Invité

Message supprimé par l'auteur.

Saturne Inscrit le : 25 Oct 2004 Messages : 312

Si mes souvenirs sont exacts, l'experience d'alain Aspect concerne l'effet EPR, effet selon lequel deux particules ayant interagi dans le passé continuent d'interagir entre elles.
Pour ce qui est du temps, il me semble qu'une expérience de physique quantique a suggéré il y a deux ans que le temps n'existait pas au niveau quantique.
Un autre argument pour dire que le temps n'existe pas, c'est l'equation Wheeler-DeWitt de la cosmologie quantique qui est independante du temps.

@+ Wink

Invité

Message supprimé !

Saturne Inscrit le : 25 Oct 2004 Messages : 312

Effectivement!

Saturne Inscrit le : 25 Oct 2004 Messages : 312

Si le temps n'existe pas, alors la vitesse n'existe pas, puisque une position, c'est une vitesse fois un temps alors l'espace non plus n'existe pas. Tout ne serait qu'illusion, l'univers ne serait rien donc l'Univers est né du vide. Voilà la réponse à la question initiale, tout se tient! (lol).

Plus serieusement, je vais essayer de trouver des informations sur la thèse qui considère que le temps n'est qu'une illusion (c'est un sujet que j'ai peu étudié!).

@+ Smile

Mercure Inscrit le : 31 Jan 2005 Messages : 43 Localisation : Embrun

Salut
Je m'avance peut être mais puisque pour avoir une théorie complète de l'univers il faut concilier la relativiter et la physique quantique ,le temps existe grâce à la théorie de la relativité ,non?

thib

Saturne Inscrit le : 25 Oct 2004 Messages : 312

Salut,

Effectivement, pour decrire les tous premiers instants de l'Univers ( en particulier durant le temps de PLANCK), il faut une théorie quantique de la gravitation. Sinon, pour le temps, la notion est très ancienne, certainement une notion vieille comme l'humanité, le temps n'est pas propre à la relativité.
Pour faire simple, la relativité dit que ce qui est pour toi de l'espace peut-être pour moi du temps et ce qui est pour toi du temps peut-être pour moi de l'espace.

@+ Smile