Le Big bang !

Du Big-bang aux galaxies : la genèse

 bca873e56c_univers_histoire_Rhys_Taylor_Cardiff_University_04Quand on s’est quitté, page précédente, nous venions de parcourir 15 milliards 10 millions d’années et 90 millièmes de secondes dans le passé en découvrant progressivement les mystères de le jeunesse de l’univers. Il nous reste 10 millièmes de seconde à franchir mais c’est le plus difficile. C’est un peu comme quand ton grand-père raconte sa vie : il n’omet rien de ses faits de guerres, conquêtes amoureuses, de ses succès et du pourquoi il a été génial mais il ne parle jamais de ses 9 mois de gestation dans le ventre de sa mère. C’est pourtant l’essentiel car c’est cette période qui a construit ce qu’il est et qui a permis de construire ton père …et toi par la même occasion.

 Je vais donc te parler de la gestation de l’univers.

  1 dix-millième de seconde

Ici, il se passe plus d’évènements physiques en une fraction de seconde, qu’en un milliard d’années dans notre monde froid d’aujourd’hui. La température est de trois trillions (trois-mille milliards) de degrés. La densité d’énergie est énorme. Au fur et à mesure qu’elle continue à augmenter, il va se produire une première transition de phase, un peu comme de la glace qui devient de l’eau liquide lorsqu’on élève la température au-dessus de 0 degré Celsius.

Ces transitions de phases s’accompagnent toujours de pertes de symétries. Dans notre cas, c’est un gain de symétrie car nous allons du froid au chaud : L’eau est plus symétrique que la glace.

À basse température, les quarks, constituants fondamentaux des hadrons (protons, neutrons, mésons), sont confinés dans leur espace d’un Fermi (un Dix-Millième de un milliardième de centimètre), à l’intérieur des protons et des neutrons. Dans notre époque, ils ne vivent pas en « solitaires »- Ce n’est d’ailleurs que très récemment que les scientifiques ont pu isoler des quarks dans les accélérateurs de particules –  Mais au-delà des températures mentionnées ci-dessus, les nucléons se « brisent » et les quarks sont déconfinés. On a donc un plasma de quarks. Les quarks émettent des gluons qui à leur tour se transforment en paires quarks-antiquarks. Photons, gluons, électrons, positrons, quarks et antiquarks, font maintenant tous partie, en nombres égaux, de la soupe ultra chaude et ultra dense des premiers temps.

Belle soupe n’est-il pas ? Soupe épaisse s’il en faut. En effet, on ne parle jamais du volume de l’univers à ses débuts car ceci n’a pas vraiment de sens mais bien sur en remontant le temps l’espace se contracte et à ce stade la matière et l’énergie de ce que nous connaissons de l’univers sont confinées dans un volume nécessairement beaucoup plus petit que le soleil et va tendre vers l’absence de volume. Ceci n’empêche nullement que l’Univers lui même soit déjà de taille infinie. Nul n’en sait rien.


1 cent-milliardième d’une seconde
L’interaction faible augmente avec l’énergie. À un milliardième de seconde, elle vient joindre progressivement les interactions nucléaires-fortes et électromagnétiques qui seules, jouaient un rôle dans les chocs créés par les particules. À un cent-milliardième d’une seconde, une deuxième transition de phase va se produire. Les deux interactions, faible et électromagnétique qui ont maintenant la même constante de couplage, s’unissent et deviennent indiscernables. Cette « nouvelle venue » s’appelle l’interaction électrofaible. Elle a pu être physiquement démontrée et constitue la première victoire dans la quête de la »Théorie Unifiée de l ‘Univers ».

La très grande masse des bosons faibles, vecteurs de l’ancienne interaction faible, s’annule. Les bosons faibles ont ainsi une masse nulle, comme le photon. D’hyper lourd l’univers est devenue hyper léger sa masse a quasiment disparue comme par magie mais la Gravitation, elle qui augmente en fonction inverse du carré de la distance est devenue énorme et l’équilibre des forces reste le même. Ceci explique ou plutôt justifie que l’Univers puisse être concentré en un volume inférieur au point qui termine cette phrase. 

Ici, c’est au tour des neutrinos d’entrer en « symétrie ». Ces particules étaient émises dans les interactions faibles. Maintenant, l’annihilation e- e+ engendre des photons mais peut tout aussi bien produire une paire de neutrino-antineutrino. Les neutrinos, les électrons, les quarks, leurs antiparticules, les photons, les gluons et les bosons faibles sont en équilibre par leurs nombres, et par leurs énergies. Rappelle toi, je t’avais dit qu’il nous serait à jamais impossible d’observer l’univers en deçà des 300 millions d’années car il est devenu opaque. Ce n’est pas vrai pour les neutrinos qui , n’étant pas influencés par la gravitation ni la densité de matière, pourraient être détectés jusqu’à cet instant (10-11 s). Au delà se sera, même théoriquement, impossible de détecter quoique ce soit.


1 cent-millionième de milliardième de milliardième de milliardième de seconde
La température est de 10 milliards de milliards de milliards de degrés. C’est, selon la théorie, le domaine de la troisième transition de phase (la première à partir du « Big-Bang »). C’est aussi celle qui correspond à l’unification des trois types d’interactions, électromagnétique, faible (qui tous deux forment déjà l’unification électrofaible) et nucléaire forte. Les masses des particules X, responsables de la transformation quarks-leptons, deviennent nulles à leurs tours. Quarks et leptons (électrons, neutrinos) sont à leur tour indifférenciables et se transforment les uns dans les autres. L’univers est énergie, il n’a plus de masse. Il n’y a pas besoin d’espace pour le contenir. Heureusement que le voyage est virtuel car ta place dans le véhicule d’exploration que je t’ai confié devient bien plus étroite que celle d’un Charter (et pourtant …).

 Mais rassure-toi nous arrivons au bout du voyage !

1 cent-millionième de milliardième, de milliardième, de milliardième, de milliardième, de seconde (10-44 secondes)
Ici, l’édifice de la science s’écroule. C’est la frontière ultime de nos connaissances. L’énergie des particules tend vers la masse de Planck, dans un champ de gravité intense. La gravité doit être quantifiée. Le problème, c’est que la science n’a pas encore trouvé le moyen de « marier » les deux théories majeures et fondamentales de la physique, nécessaires à cette opération : la mécanique quantique et la relativité générale.

 Je ne sais plus faire le plein du véhicule. Il y a de l’énergie à revendre mais je n’en connaît pas la forme. Pas de masse, pas d’espace, pas de dimension, pas de force… pas de temps. A ce stade il n’y a plus de différence entre le zéro et l’infini.

 Tu peux détacher ta ceinture … le voyage est terminé !!!

La compagnie te remercie de ta patience et espère te compter parmi ses passagers pour un prochain voyage dans les méandres du temps et de l’espace.

  A Chao !!

 

Pour marque-pages : Permaliens.

Les commentaires sont fermés