Le roman du big bang
de Simon Singh

critiqué par Anonyme11, le 19 août 2020
( - - ans)


La note: étoiles
Quelle formidable épopée que celle de l'exploration de notre merveilleux Univers !
Dans ce fabuleux ouvrage, Simon Singh, physicien et journaliste tente de répondre aux grandes questions passionnantes relatives à la magnifique Histoire de l’Univers, à savoir :
– L’Univers est-il statique ou en expansion ?
– L’Univers est-il éternel ou est-il né du Big Bang ;
– Et si l’Univers est issu du Big Bang : qui (Dieu !) ou quoi a provoqué ce Big Bang ?

L’auteur nous raconte donc l’histoire de l’Univers, judicieusement vulgarisée pour le grand public. Ce récit de l’astronomie présenté sous forme d’un suspense palpitant est complété par une foultitude de : schémas, exemples concrets, photos, gravures, dessins… avec en fin de chaque chapitre, un résumé simplifié sous forme de croquis annotés.
Qui plus est, Simon Singh nous présente : les contributions, théories, découvertes scientifiques apportées par de nombreux chercheurs à travers les différentes époques. En effet, Simon Singh plante ce décor infini dès le début de son ouvrage, synthétisant l’immensité de l’Univers en nous expliquant qu’il est composé de cent milliards de galaxies, composées elles-mêmes d’environ cent milliards d’étoiles. Mais comment tout cela, est, et s’est agencé au fil du temps (depuis 13,7 milliards d’années) et continuera à évoluer pendant encore des milliards d’années ?

Afin de présenter les évènements dans l’ordre chronologique, reprenons cette formidable épopée de ce gigantesque Univers (d’une dimension quasi indescriptible et inimaginable pour l’entendement humain) par les débuts de son exploration, par ces microscopiques êtres humains perdus sous cette majestueuse voûte céleste, et qui, de tout temps, se sont passionnés pour ce somptueux Cosmos…
Dernière précision : à la fin de ce commentaire, je dresse un petit récapitulatif de quelques chiffres clefs, permettant de tenter de visualiser l’Univers avec des repères de Distances et de Temps. J’apprécie particulièrement cette citation de James Jeans que donne Simon Singh, pour essayer de visualiser l’immensité de l’Univers (page 3) :
« Placez trois grains de sable à l’intérieur d’une vaste cathédrale, et la cathédrale sera plus densément remplie de sable que l’espace ne l’est d’étoiles ».
Donc, bien avant notre ère, les gens pensaient qu’en voyant défiler : le ciel, le jour, la nuit, le soleil et les étoiles…, toute cette féerie tournait autour de notre planète Terre. A priori, en effet, c’est l’idée la plus simple lorsque l’on regarde en l’air. Cette vision de notre système Solaire perdura durant plusieurs siècles et se nomme : géocentrique (centré autour de la Terre).
Ce n’est qu’au Vème siècle avant notre ère que, Philalaüs de Crotone, suggéra qu’en réalité il s’agissait du contraire, à savoir que c’était la Terre qui tournait autour du Soleil. Les précisions furent ensuite apportées par le philosophe Aristarque, né en 310 avant J.-C.. C’est également ce même Aristarque qui précisa, dès cette époque, que la Terre tournait sur son axe en vingt-quatre heures. Ce qui explique, par conséquent, pourquoi nous nous retrouvons indéfiniment et alternativement dans une phase nocturne avec vue sur les étoiles, puis une phase diurne face au Soleil. De même, il savait déjà calculer à peu près la distance Terre-Soleil (distance réelle : 150 000 000 de km). Cette vision de notre système Solaire se nomme quant à elle : héliocentrique (centré autour du Soleil).
Pourtant, cette hypothèse héliocentrique d’Aristarque qui s’avéra juste, fut rejetée par les Grecs de l’Antiquité, car considérée comme allant à l’encontre du bon sens. Et les quinze siècles suivants perdurèrent sous le joug intransigeant de la vision géocentrique erronée du système Solaire.
Ce fut alors Ptolémée, vivant au IIème siècle de notre ère qui se chargea, à l’aide d’explications extrêmement complexes, de tenter de prouver ce système erroné : géocentrique ; mythe qui s’encra dans l’esprit humain durant encore de nombreux siècles. Le bon sens et la connaissance scientifique s’influençaient mutuellement ; à tel point que la thèse valide héliocentrique fut longtemps considérée comme une idée totalement hérétique.
Et effectivement, tout semblait aller dans le sens d’un système géocentrique :
1 / Tous les objets, comme les planètes du système Solaire et le Soleil paraissaient tourner autour de la Terre ;
2 / Les êtres humains et les objets restant fixes, la Terre ne pouvaient bouger : elle devait être fixe et être située au centre du système Solaire, voire même, de l’Univers ;
3 / Qui plus est, La Terre devait forcément être le centre de l’Univers puisque les objets tombaient dans quelle direction… ? Sur la Terre bien sûr, et non dans le vide sidéral ;
Etc..
Pourtant, la suite de l’étude de l’Univers démontra un nombre incalculable de fois, que : bon sens et rigueur scientifique n’allaient pas toujours de paire, loin de là… Et tous ces phénomènes semblant relever du bon sens furent démontés scientifiquement par les lois de la physique, de la Gravité terrestre, des mathématiques, de l’astronomie, etc..
Bref, ce n’est qu’au XVIème siècle qu’un astronome eut le courage de reprendre depuis le début, la théorie de l’Univers héliocentrique, et d’affronter l’intelligentsia, en contestant la cosmologie des Grecs. Cet homme qui reprenait la suite des travaux entrepris par Aristarque était un certain : Nikolaj Kopernik ou Nicolas Copernicus, bref en un nom : Copernic !
Mais trop en avance sur son temps, sa théorie d’un Univers héliocentrique tomba à nouveau dans l’oubli…

Au XVIIème siècle, Johannes Kepler, s’appuyant sur les travaux du Danois Tycho Brahé, précisa la thèse Copernicienne. Au passage, Kepler rectifia trois erreurs de Copernic. Les points deux et trois découlant du premier (page 63) :
« 1. les planètes décrivent des ellipses, et non des cercles parfaits,
2. la vitesse des planètes varie constamment,
3. le Soleil ne se trouve pas tout à fait au centre de ces orbites. »
Kepler rédigea alors sa thèse, en 1609, dans un épais traité nommé Astronomia Nova, récapitulant ainsi huit années d’un travail acharné destiné à compléter la thèse de l’Univers héliocentrique de Copernic.
Mais à nouveau, sa thèse fut confrontée à la moquerie des intellectuels, de la grande majorité des philosophes, astronomes et Hauts dignitaires de l’Église. Tous, lui reprochèrent de ne pouvoir apporter des réponses à certaines questions, comme celle concernant la notion de Gravité terrestre, encore inconnue à cette époque. De plus, il était inconcevable intellectuellement, en ce temps, qu’une orbite elliptique puisse concurrencer le modèle « parfait » de l’orbite circulaire.
Parallèlement, en 1609 toujours, Galilée reprenant l’invention du lunetier flamand, Hans Lippershey, conçu le plus puissant télescope pour l’époque, capable d’obtenir un grossissement x 60.
Les observations de Galilée vinrent confirmer le modèle héliocentrique. L’usage du télescope permettait enfin de démontrer et prouver scientifiquement la thèse d’un système Solaire héliocentrique. Il est utile de préciser qu’à cette époque les termes de : système solaire et d’Univers représentaient une seule et même entité. La vision d’un vaste Univers, tel que nous le connaissons aujourd’hui, n’était même pas imaginable et cela jusqu’à la fin du 19ème siècle…
Perdurait, malgré tout, dans la thèse héliocentrique, l’inexplicable problème de la Gravité, qui ne fut résolu définitivement qu’au 20ème siècle par Albert Einstein.
L’Église étant totalement accrochée au dogme du modèle géocentrique, puisque Dieu l’avait voulu ainsi dans la Bible, en 1616, une Commission de l’Inquisition déclara officiellement que défendre la conception héliocentrique de l’Univers était hérétique. En 1633, l’Inquisition fit donc comparaître Galilée sur le chef d’accusation de « grave soupçon d’hérésie ». Après avoir évité le pire, Galilée fut alors assigné à résidence et son dernier ouvrage : Le Dialogue fut interdit. Galilée fut même contraint de se rétracter, de renier publiquement la vérité scientifique qu’il avait apporté à l’humanité. Comme le précise fort justement Simon Singh, ce fut l’une des périodes les plus sombres de l’histoire des sciences. La légende prétend que pour conserver sa dignité, Galilée, après s’être agenouillé pour recevoir la sentence, aurait murmuré, en se relevant : « Eppur si muove ! » (« Et pourtant, elle bouge ! »).

Mais comme je le précisais plus haut, à cette époque, l’Homme ne connaissait qu’une infime partie de l’Univers, juste : le système Solaire. Il restait à explorer tous les confins de l’Univers, en commençant par notre Galaxie (la Voie Lactée) incluant notre système Solaire ; ainsi que les innombrables autres Galaxies, étoiles, planètes, trous noirs, etc..
Une autre question ne pouvait encore se poser à l’époque : celle concernant la création de l’Univers, et encore moins, la théorie du Big Bang. De surcroît, c’eût été risquer d’exposer la possibilité de la création de l’Univers sans l’intervention d’un Dieu. Chose qui, en ce temps, était de toute façon purement et simplement inconcevable.
À cette époque, on estimait l’ancienneté de l’Univers à environ seulement 6 000 ans. Puis au fil du temps, les estimations quant à l’ancienneté de l’Univers s’allongèrent, pour arriver à la fin du 19ème siècle à envisager un Univers éternel sans début, ni fin.
Ce fut alors la grande question du 20ème siècle : l’Univers était-il éternel ou avait-il été créé ? Et si oui, par qui ou par quoi ?

C’est au début du 20ème siècle que Albert Michelson calcula assez précisément la vitesse de la Lumière, à : 299 910 km/s.
En 1905, Albert Einstein publia son fameux article sur la théorie de la Relativité Restreinte, considérant que l’Espace et le Temps étaient tous deux flexibles, formant une seule entité : l’Espace-Temps.
En 1907, il exposa la théorie sur la Relativité Générale, peaufinant ainsi la célèbre loi sur la Gravitation inaugurée par Isaac Newton.
Mais Einstein constata que, suite à la découverte de sa nouvelle théorie sur la gravitation, « logiquement », l’Univers devrait se contracter et s’effondrer sur lui-même. Pour tenter de remédier à cette problématique de taille, il introduisit la notion de Constante Cosmologique. Mais cette dernière s’avéra erronée, ce que finira par reconnaître Einstein lui-même (nous le verrons plus loin…).
En 1922, Alexandre Friedmann élabora mathématiquement la thèse de l’expansion d’un l’Univers infini. Subitement décédé en 1925, c’est Georges Lemaître, un prêtre et cosmologiste Belge, qui reprit à zéro l’étude de l’expansion de l’Univers.
Devenu une Autorité dans son domaine, Einstein méprisa la théorie de l’expansion de l’Univers et le fit savoir à Lemaître. Pourtant, cette théorie devait finir par aboutir à la découverte du Big Bang.

Le Big Bang fut donc décrit par Lemaître, sous la forme d’un « atome primitif » extrêmement dense et compact ayant explosé puis s’étant dilaté, pour former l’Univers tel qu’on le connaît aujourd’hui.

Notre Univers est réellement prodigieusement étonnant. Et le principal intérêt de cet ouvrage passionnant réside dans le fait que Simon Singh jalonne son récit d’exemples plus intéressants les uns que les autres. Par exemple, il nous présente la découverte faite en 1967 par l’astronome anglaise Jocelyn Bell, qui découvrit l’existence d’un nouveau type d’étoile : le Pulsar. Ce sont de toutes petites étoiles (environ 10 km de diamètre), en fin de vie, en rotations hyper-rapides sur elles-mêmes (une seconde, voire beaucoup moins en millisecondes) émettant de brefs signaux lumineux. Une particularité réside dans leur incroyable densité : « (…) une seule cuillerée de matière de pulsar pèse un milliard de tonnes. » !

Les distances dans l’Univers sont tellement gigantesques que les astronomes utilisent comme échelle : l’Année-Lumière. C’est-à-dire la distance parcourue par la Lumière en une année, soit : 31 557 600 secondes/an x 299 792 km/s (la vitesse de la Lumière) = 1 Année-Lumière donc : 9 460 000 000 000 km.
Pour avoir un ordre d’idée, l’étoile la plus proche de notre système Solaire, Proxima du Centaure, est située à environ 4,22 Années-Lumière.
Notre Galaxie, la Voie Lactée, dans laquelle est inclus notre système Solaire, est large de 100 000 Années-Lumière et épaisse de 10 000 Années-Lumière.
Et la Voie Lactée se déplace dans l’Univers à plus de 1,5 million de km/h !

Au début de ce commentaire, je précisais que jusqu’à récemment, au début du 20ème siècle, on pensait que tout l’Univers était contenu dans notre Galaxie, la Voie Lactée. Ou tout du moins, qu’il n’existait pas de preuve de l’existence de l’Univers au-delà de notre Galaxie. C’est donc l’astronome Edwin Hubble qui trancha définitivement ce débat en découvrant, en octobre 1923, que la nébuleuse d’Andromède était en réalité une Galaxie qui se trouvait en dehors de notre Voie Lactée. En effet, il calcula, à cette époque, que la Galaxie d’Andromède devait se situer à environ 900 000 Années-Lumière de la Terre. Or, étant donné que la Voie Lactée « ne fait que » 100 000 Années-Lumière de diamètre, la Galaxie d’Andromède se situe donc forcément bien au-delà de notre Voie Lactée. Les calculs ultérieurs démontrèrent que Hubble s’était trompé dans ses calculs, mais sans remettre en cause sa théorie, bien au contraire, puisqu’en réalité la Galaxie d’Andromède se situe à plus de…, 2 000 000 d’Années-Lumière de la Terre !
La découverte de Hubble fut déterminante puisqu’elle révélait toute l’immensité, le gigantisme de l’Univers. En effet, il est impossible de se représenter ces milliards d’immenses Galaxies propulsées à des distances et vitesses phénoménales dans cet Univers infini sans cesse en expansion.
Depuis cette découverte par Hubble, la plupart des nébuleuses ont pris le nom de Galaxies. Aujourd’hui, le terme de nébuleuse ne sert qu’à désigner de simples nuages de gaz et de poussières situés à l’intérieur de la Voie Lactée.
En moyenne, chaque Galaxie est composée d’une centaine de milliards d’étoiles (Soleils), comme c’est le cas pour notre Voie Lactée.
Et de nos jours, nous savons donc que des Galaxies se situent à des milliards d’Années-Lumière de la Terre.
Qui plus est, dans cet Univers en expansion constante, les Galaxies s’éloignent les unes des autres à des vitesses phénoménales. C’est encore Edwin Hubble qui démontra que la vitesse des Galaxies augmentaient au fur et à mesure de leur éloignement, c’est la loi de Hubble. Sans le savoir, il était en train de conforter la théorie du Big Bang : une explosion initiale ayant créé puis projeté les Galaxies dans un Univers infini… (page 250) :
« Si Hubble disait vrai, les répercussions de ses résultats seraient immenses. Les galaxies ne fonçaient pas au hasard à travers le cosmos, mais leurs vitesses étaient liées mathématiquement à leurs distances, et quand les scientifiques constatent une telle corrélation, ils cherchent à lui trouver une signification plus profonde. En l’occurrence, la conclusion fondamentale à tirer était qu’à un moment de l’histoire de l’univers, toutes les galaxies s’étaient trouvées comprimées dans la même petite région. C’était la première observation laissant entendre que l’explosion primordiale que nous appelons aujourd’hui le Big Bang avait pu se produire un jour. C’était le premier indice laissant supposer que l’univers avait eu un commencement. »
Alors, les distances et les vitesses devenant de plus en plus importantes, les astronomes inventèrent une autre base de mesure qui est : le Mégaparsec. 1 Mpc est donc égal à 3 260 000 Années-Lumière, soit 30 900 000 000 000 000 000 km.

Hubble confirma donc les travaux scientifiques entrepris par Alexander Friedmann et Georges Lemaître. Ce dernier utilisait une belle expression pour nommer le Big Bang : « Un jour sans jour d’avant ».
L’expansion de l’Univers correspond donc à une dilation de l’Univers, car en effet… (page 266) :
(…) les galaxies ne se déplacent pas dans l’espace ; c’est l’espace situé entre les galaxies qui se dilate. »
Après toutes ces découvertes fondamentales de Friedmann, Lemaître et Hubble, le 3 février 1931, Albert Einstein déclara officiellement et publiquement qu’il abandonnait sa théorie Cosmologique Statique (Constante Cosmologique) d’un Univers éternel et statique, pour adopter le modèle de l’Univers en expansion, issu du Big Bang. En 1933, Einstein félicita Lemaître pour ses travaux, après l’avoir ouvertement critiqué six ans plus tôt. Pour les Autorités scientifiques (et pour Lemaître en particulier) la reconnaissance, par le grand scientifique qu’était Einstein, du modèle du Big Bang engendrant un Univers en expansion, s’avéra d’une grande importance. Malgré tout, à cette époque, la majorité des physiciens restèrent convaincus de l’existence d’un Univers éternel et statique ; car il fallait éclaircir encore certains points : comme la contradiction qui existait entre l’âge de l’Univers et des étoiles.
Les avis étant encore très partagés, les recherches, pour prouver la véracité du modèle du Big Bang, se poursuivirent…

Au milieu des années 1960, par hasard, Penzias et Wilson découvrirent une infime onde radio-cosmique, un bruit de fond cosmique : le rayonnement RFC (Rayonnement de Fond Cosmologique). Ce dernier permit de confirmer la théorie du Big Bang, donc d’un Univers avec une origine et en expansion. Dès 1948, Alpher, Gamow et Herman avaient déjà prédit l’existence de ce rayonnement RFC.
Depuis 1950, les études cosmologiques ne font qu’appuyer la thèse du Big Bang.
D’ailleurs, en 1992, le satellite COBE permit de confirmer les infimes mais réelles variations du rayonnement RFC.
Qui plus est, les scientifiques finirent pas réussir à dater de manière relativement précise l’âge de l’Univers, à environ : 13,7 milliards d’années. Cette découverte remettait dans l’ordre les datations des Galaxies et des étoiles.

Le Big Bang fut donc une explosion créant le Temps et l’Espace (page 450) :
« En une seconde, l’univers hyper-chaud se dilata et se refroidit de manière spectaculaire, sa température tombant de plusieurs trillions à quelques milliards de degrés. »
En fait, l’explosion initiale du Big Bang, nommée « ère de l’inflation », créant l’Univers ne dura certainement qu’une fraction de seconde, dans des ordres de temps inimaginables, largement inférieures à une seconde, à environ 10 puissance -35 seconde, soit 0,0000000000000000000000000000000001 de seconde (page 454) :
« Au cours de cette période d’inflation, l’univers doubla de taille toutes les 10 puissance -37 seconde, soit une centaine de doublements environ. »
Les Galaxies ont donc commencé à se former 400 000 ans après le Big Bang, lorsque l’Univers commença à se refroidir à une température avoisinant les 3 000 ° C.

En conclusion :
La tentative de compréhension de notre Univers perdure depuis des millénaires et continuera à interroger les scientifiques, et plus généralement l’être humain indéfiniment…
Mais nous avons pu découvrir à travers ce commentaire que certaines certitudes ont vu le jour au fil du temps, alors que de très nombreux autres aspects restent à l’étude.
Aujourd’hui, les connaissances actuelles permettent à Simon Singh de nous résumer la situation de la manière suivante, en ce qui concerne l’avenir de l’Univers (pages 456 et 457) :
« On en déduit trois éventualités possibles, qui ont été proposées pour la première fois par Alexander Friedmann dans les années 1920. Tout d’abord, l’univers pourrait se dilater sans fin, mais à une vitesse toujours décroissante. En second lieu, le mouvement se ralentirait graduellement jusqu’à un arrêt complet. Troisième possibilité : après un premier stade où l’univers connaîtrait une expansion de moins en moins rapide, il y aurait un arrêt, puis un début de contraction en direction de ce qu’on appelle aujourd’hui le Grand Effondrement, ou Big Crunch. L’avenir de l’univers dépend donc de la traction gravitationnelle s’exerçant en son sein, laquelle est fonction de la masse de l’univers, qui à son tour dépend de la quantité de matière noire qui s’y trouve.
En réalité, on en est aujourd’hui à envisager sérieusement un quatrième scénario possible.
(…) Au fur et à mesure que les astronomes étudiaient davantage de supernovae de type Ia, les résultats semblaient indiquer que l’univers connaissait en réalité une expansion de plus en plus rapide. Au lieu de ralentir, le mouvement paraissait s’accélérer, si bien que l’univers donnait l’impression d’exploser. La force de répulsion qui pousse cet univers à s’emballer est encore un mystère ; on l’a qualifiée d’énergie noire. »
À la fin de l’ouvrage Simon Singh envisage même la possibilité de l’existence de Multivers, à savoir, une multitude d’Univers séparés les uns des autres.

Avant « l’ère de l’inflation » présentée plus haut à 10 puissance -35 seconde, il y eut juste avant : « l’ère de la grande unification des forces » à 10 puissance -43 seconde, à une température de 10 puissance 32° C ; et encore juste avant : « l’ère de Planck » autrement dit, le point zéro de l’Univers ; et encore avant…, les croyants estimeront certainement que c’est « la main de Dieu » qui provoqua le Big Bang ; et les athées se satisferont probablement de l’unique origine du Big Bang comme phénomène exclusif, créateur de l’Univers, donc : de la matière, du rayonnement, mais également du Temps et de l’Espace…

Voici un aide-mémoire composé de quelques chiffres clefs permettant de se représenter : la Terre, le système Solaire, notre Galaxie (la Voie Lactée) et l’Univers dans le Temps et l’Espace :
– ge de l’Univers : environ 13,7 milliards d’années ;
– L’Univers est composé de cent milliards de galaxies, composées elles-mêmes d’environ cent milliards d’étoiles ;
– Circonférence de la Terre : 40 100 km ;
– Diamètre de la Terre : 12 750 km ;
– La Terre tourne sur elle-même en 24 heures, à une vitesse de : 1 700 km/h ;
– La Terre tourne autour du Soleil à : 100 000 km/h ;
– Diamètre de la Lune : 3 480 km ;
– Distance Terre-Lune : 384 000 km ;
– Diamètre du Soleil : 1 390 000 km ;
– Le Soleil s’éteindra dans : 5 milliards d’années ;
– Distance Terre-Soleil : 150 000 000 km ;
– La vitesse du son est d’environ : 1 000 km/h
– La vitesse de la Lumière est de : 299 792 458 m/s (299 792 km/s), soit presque 300 000 km/s ;
– 1 Année-Lumière = 9 460 000 000 000 km ;
– 1 Mégaparsec = 3 260 000 Années-Lumière, soit 30 900 000 000 000 000 000 km.
– L’étoile la plus proche de notre système Solaire est : Proxima du Centaure à 4,22 Années-Lumière ;
– Notre Galaxie, la Voie Lactée, dans laquelle est inclus notre système Solaire est : large de 100 000 Années-Lumière et épaisse de 10 000 Années-Lumière et contient environ 200 milliards d’étoiles (Soleils);
– Notre Galaxie (la Voie Lactée) se déplace dans l’Univers à plus de : 1 500 000 de km/h ;
– Le Big Bang : en une seconde, l’univers hyper-chaud se dilata et se refroidit de manière spectaculaire, sa température tombant de plusieurs trillions à quelques milliards de degrés.
– Temps de création de l’Univers lors du Big Bang ou « ère de la grande unification des forces : 10 puissance -43 seconde, soit 0,00000000000000000000000000000000000000000001 de seconde.

Confer également d’autres ouvrages aussi passionnants sur le même thème de :
– Stephen Hawking : « Une brève histoire du temps : Du big bang aux trous noirs » ;
– Et, Stephen Hawking : « Une belle histoire du temps ».