Nous savons que nous vivons dans un univers en expansion. Cela signifie que l’univers entier s’agrandit chaque jour. Cela signifie également que notre univers était plus petit dans le passé qu’il ne l’est aujourd’hui.

Rembobinez assez loin cette bande et la physique suggère que notre univers était autrefois un point infiniment petit et infiniment dense – une singularité.

La plupart des physiciens pensent que ce point s’est élargi pendant le Big Bang, mais comme toute la physique connue ne fonctionne pas dans les conditions extrêmes qui régnaient dans l’enfance de notre univers, il est difficile de dire avec certitude ce qui s’est passé dans ces tout premiers instants de l’existence. de l’univers.

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Remonter dans le temps

Pendant la majeure partie de l’histoire de l’univers, il était jonché d’objets célestes similaires qui sont présents maintenant, ils étaient juste plus proches les uns des autres.

Par exemple, lorsque notre univers avait moins de 380 000 ans, son volume était environ un million de fois plus petit qu’il ne l’est aujourd’hui, et la température moyenne était d’environ 10 000 Kelvin. Il était si chaud et dense qu’il s’agissait d’un plasma, un état de la matière dans lequel les atomes éclataient en protons, neutrons et électrons. Cependant, nous rencontrons du plasma dans de nombreuses autres situations dans l’espace et sur Terre, nous avons donc une assez bonne compréhension de son fonctionnement.

Mais plus on remonte loin, plus la physique se complique. Lorsque l’univers n’avait que douze minutes, c’était une soupe épaisse de protons, de neutrons et d’électrons, et obéissait toujours à la même physique que nous utilisons pour comprendre les bombes nucléaires et les réacteurs nucléaires.

Cependant, si nous regardons en arrière encore plus tôt, les choses deviennent très sommaires.

Lorsque nous essayons de comprendre l’univers alors qu’il était inférieur à une seconde, nous n’avons pas de théorie physique capable de gérer les températures et les pressions incroyablement élevées que l’univers a subies. Toutes nos théories physiques s’effondrent et nous ne comprenons pas comment les particules, les forces et les champs fonctionnent dans ces conditions.

La naissance de la singularité

Les physiciens peuvent tracer la croissance du cosmos en utilisant la théorie générale de la relativité d’Einstein, qui relie le contenu du cosmos à l’histoire de son expansion.

Mais la théorie d’Einstein contient un défaut fatal. Si nous traçons la relativité générale jusqu’à sa conclusion finale, alors dans le passé, à un temps fini, notre univers entier a été compressé en un seul point infiniment dense. C’est ce qu’on appelle la singularité du Big Bang.

La Singularité est souvent désignée comme le « début » de l’univers : mais ce n’est pas du tout un début.

D’un point de vue mathématique, la singularité au Big Bang ne nous dit pas que l’univers a commencé là. Au lieu de cela, il nous dit que la relativité générale elle-même a échoué et a perdu son pouvoir prédictif et explicatif.

Les physiciens savent depuis longtemps que la relativité générale est incomplète. Il ne peut pas expliquer la gravité à grande échelle ou à petite échelle, connue sous le nom de gravité quantique. En d’autres termes, pour bien comprendre les premiers instants de l’univers, nous avons besoin d’une nouvelle physique.

Ce graphique montre la chronologie de l’univers basée sur la théorie du Big Bang et les modèles d’inflation. (Crédit image : NASA/WMAP)

Une question pour les âges

Malheureusement, nous n’avons pas actuellement une telle physique. Nous avons plusieurs candidats pour la gravité quantique, comme la théorie des cordes et la gravité quantique des boucles, mais ces théories n’ont pas été complètement développées, et encore moins testées.

Mais si l’une de ces théories est correcte, elle pourrait nous dire des choses intéressantes sur l’univers primitif.

Dans le cas de la gravitation quantique à boucles, la singularité est remplacée par un morceau d’espace-temps de taille finie. En même temps, dans la théorie des cordes, notre univers provient d’un « paysage » d’univers possibles. Il est également possible que notre Big Bang fasse partie d’une série infinie d’univers se multipliant à l’infini dans le multivers. Seuls de nouveaux progrès en physique théorique aideront à démêler le flou de ces idées possibles.

Mais il y a un autre problème : nous ne saurons peut-être jamais ce qui a causé le Big Bang. Dans les premiers instants, même nos conceptions du temps et de l’espace s’effondrent. À des échelles aussi extrêmes, des concepts ordinaires et quotidiens tels que « début » et « avant » peuvent même ne pas avoir de sens.

Publié à l’origine sur LiveScience.