lundi, 27 février 2017

Les toutes, toutes premières fois

Comment tout (ou presque) a commencé !

A. 1ères minutes

La toute première fraction de seconde

(votes : 12)
Loading ... Loading ...
Posté par fabrice
 

-13 milliards 820 millions d’années

big-bang-pano

Un temps que les moins de 20 ans…

Tout commence par l’amorçage d’un écoulement qui ne restera pas sans lendemain, celui du temps ! Or, le temps n’a pas d’existence intrinsèque, c’est l’enchaînement des évènements qui lui permet de s’extirper d’une éternité sans futur… et sans passé, celle qui prévalait avant le Big Bang.

Au commencement était le temps !

Qu’y avait-il avant ce temps dans lequel nous évoluons comme des poissons dans l’eau ? Un mystère vieux comme le monde qui fait aujourd’hui débat. Mais chaque chose en son temps et revenons à l’instant T de la « création » dont découle toute l’épopée de l’Evolution.

Depuis Einstein, on sait que le temps et l’espace sont voués à faire vie commune : un couple vieux comme le monde, inséparable depuis la nuit des temps. Mais justement, que savons-nous de cette fameuse « nuit des temps » ?

Nous sommes au tout, tout début de notre histoire. Il y a 13 milliards 820 millions d’années. C’est l’instant Zéro, instant où le temps et la matière n’existent pas encore, où nos lois de la physique sont inapplicables, où les scientifiques y perdent leur latin. Une nuit des temps tellement obscure qu’elle défie notre entendement et risque de demeurer mystérieuse à jamais.

L’horloge de l’univers se met en marche jusqu’à la fin des temps.

Et puis, whaaoou, le Big Bang, la toute première fois par excellence, sans elle, aucune autre n’aurait pu évidemment voir le jour. Alors s’ébranle, pour la première fois de « tous les temps », l’engrenage de l’égrenage ! Le temps peut commencer son cours et, avec lui, notre histoire.

A ce moment précis, le grande horloge de l’univers indique 10-43 secondes après cet instant zéro inaccessible. Instant d’une durée infinitésimale qui marque le commencement du temps (et des temps). 0 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000,1 seconde : cette fraction de seconde est appelée Temps de Planck qui correspond à la plus petite portion de temps possible.

Le mécanisme inexorable, presque infernal, va désormais égrener la moindre fraction de seconde, recluse dans le moindre recoin de l’univers… jusqu’à la fin des temps.

PlanckhistoryUniverseresizeDepuis cet instant, rien ni personne n’échappera à la loi inflexible du temps qui passe, ni la ménagère de 50 ans, ni même le proton, dont la durée de vie serait 1031 d’années (soit des milliards de milliards d’années).

Le temps se comporte comme une diva. Il se laisse observer, mesurer, courtiser mais jamais apprivoiser et encore moins dompter.

Surtout, le temps est tellement facétieux qu’il parviendra autant à faire tourner les aiguilles des horloges que la tête des plus illustres – n’est-ce pas monsieur Proust – et peut-être même celle du Grand Horloger.

Le paradoxe des jumeaux de Langevin

Parmi ses facéties : le célèbre paradoxe des jumeaux de Langevin1. Celui-ci réussit la prouesse de « déjumeler » des jumeaux. Il illustre en effet comment des jumeaux, par définition du même âge, peuvent se retrouver aîné et cadet pour avoir vécu des parcours à des vitesses différentes. La morale de l’histoire : le temps est plus indulgent pour celui qui a la bougeotte !

Le temps dispose donc de « pouvoirs » colossaux. Il peut même décider d’interrompre le chrono, comme à l’approche des trous noirs, ces ogres cosmiques qui avalent tout autour d’eux. Face à eux,  même le temps ne résiste pas à leurs pouvoirs.  Un individu pris dans le filet d’un de ces trous noirs aurait le sentiment de vivre l’éternité, si toutefois il pouvait survivre à cette aventure.

Et comme le faisait remarquer Woody Allen, « L’éternité c’est long, surtout sur la fin » ?

Actualisé le 8 mai 2014 


La flèche du temps

fleches-du-temps

Le temps file, se défile parfois comme avec ces trous noirs mais ne se rembobine jamais, du moins à notre échelle. Il nous conduit toujours du début vers la fin. C’est la flèche du temps.

Cette notion n’est pas le fruit de l’imagination hollywoodienne en vue de happy-ends populaires mais une conséquence de la thermodynamique (principe entropique), concept nettement moins populaire.

Selon ce principe, on a infiniment plus de chances en faisant tomber un jeu de cartes bien classé de le retrouver à terre désordonné que d’obtenir le contraire (un jeu bien classé à partir d’un jeu désordonné). Comme on le pressentait, le désordre est une voie « naturelle », et, in fine, en augmentation dans l’univers.

La flèche du temps est une conséquence de cette dégradation. C’est inéluctable et irréversible, sauf dans le scénario d’un Big Crunch qui, dans un avenir fort lointain et improbable, pourrait inverser la fameuse flèche du temps et nous ramènerait au point de départ. Sinon, le temps suivra son cours…


L’année cosmique : l’histoire de l’univers ramené à une année

  • 1er janvier : big bang (expansion de l’univers)
  • 2 septembre : formation du soleil et de la terre
  • 7 octobre : apparition de 1ère forme de vie sur terre
  • 31 décembre à 22h00 : l’homme se met à marcher
  • 31 décembre à 23h59m56s : naissance de J.-C.
  • 31 décembre à 00h00 : aujourd’hui

1 – Illustration de la théorie de relativité restreinte d’Einstein publiée en 1911 par Paul Langevin. La différence de vieillissement entre le jumeau resté sur Terre et celui voyageant pendant 10 ans dans un vaisseau spatial à la vitesse de 60% de celle de la lumière est de 2 ans. Autrement dit, celui qui reste sur Terre aura vieilli de 10 ans, tandis que son frère embarqué dans son vaisseau spatial seulement de 8 ans.


A voir pour mieux comprendre :




A voir et à lire pour aller plus loin :

  • Au plus près du big-bang. Planck, le télescope européen qui sera lancé mi-avril 2009, devrait permettre de retrouver l’enfance de l’Univers par l’analyse du rayonnement fossile émis trois cent mille ans après le big-bang.(Libération – 03/03/2009)
  • Big Bang, des origines de l’Univers aux origines de la vie : un dossier SagaScience du CNRS
  • L’incroyable défi : recréer le « Big-Bang » ! C’est l’objectif du « grand collisionneur d’hadrons » (LHC).
  • La plus belle histoire du monde : les secrets de nos origines, par Hubert Reeves, Yves Coppens, Joël de Rosnay et Dominique Simmonet.
  • Avant le big bang : un livre de Igor et Grichka Bogdanov qui raconte une histoire, pose une question et esquisse une réponse. L’histoire ? C’est, tout simplement, celle de l’origine du monde. Qu’y avait-il  » Avant le Big-bang  » ? La seconde partie du livre pose une question : est-il possible de  » remonter au-delà ? C’est alors que les Bogdanov proposent dans la troisième partie de leur ouvrage, une hypothèse dont la complexité interdit l’exposé succinct.

Big-Bang : le tout premier « quelque chose »

(votes : 9)
Loading ... Loading ...
Posté par fabrice
 

10-43 secondes après l’instant Zéro

 

L’odyssée de l’espace

La naissance du temps est aussi celle de l’espace et des tout premiers ingrédients qui vont porter leurs fruits. Surtout, c’est là que se mettent en place les bases d’un monde fécond. Un infime changement et tout aurait différent et probablement stérile.

Nous sommes, il y a 13 milliards 700 millions d’années, au moment de l’univers primordial. Comme pour le temps (voir le temps de Planck, plus loin), l’espace a lui aussi une valeur incompressible (10-33cm). Le moment où cet espace incroyablement petit se déploie se situe juste après l’instant zéro. Il correspond à ce que les physiciens appellent le Mur de Planck1, c’est à dire 10-43 seconde du début de l’univers.

Avant, c’est à dire au tout, tout début (avant le fameux « mur de Planck »), à l’instant zéro, le bébé univers défie les lois actuelles de la physique, ce qui le rend inaccessible sauf à s’en remettre à des théories spéculatives.

Là, les équations volent en éclat ! Là, la densité et la températures deviennent infinies. C’est ce que les physiciens nomment la singularité initiale. Mais repassons, devant le mur de Planck.

Petit mais costaud !

Si un paparazzi avait pris un cliché des tout premiers instants du nourrisson univers, on trouverait qu’il manque particulièrement d’allure. Petit et pas lourd, le chérubin.

Son volume est des millions de milliards de fois inférieur à la dimension d’un atome, assorti d’un poids plume : 20 microgrammes.

Pourtant tout est potentiellement là : les milliards de galaxies, d’étoiles, tous les atomes qui vont constituer les êtres vivants, nos maisons, nos objets familiers.

Tout est là et rien n’est là puisque aucun objet solide n’existe encore.  Uniquement un océan d’énergie où toutes les valeurs qui nous sont familières, temps, distance, taille, poids etc. sont insaisissables.

En réalité tout est converti en énergie. Une énergie colossale qui dépasse l’entendement (1019 giga électronvolts). Elle dotée d’une température hallucinante qui atteint 100 000 milliards de milliards de milliards de degrés. Songeons qu’au tout début de l’univers, certaines particules avaient l’énergie d’un TGV fonçant à 300 km/heure (3) !

Toute première crise de croissance

Cette situation spatio-temporelle hors norme n’est pas tenable. A peine né, l’univers va devoir partir à la conquête de l’espace ; les tout premiers travaux d’agrandissement de l’histoire, en quelque sorte.

Cette expansion connaîtra presque immédiatement une phase d’inflation brève mais inouïe. Ensuite, l’expansion va se poursuivre jusqu’à nous à un rythme plus lent. Actuellement,  toutes les 5 secondes, l’Univers s’aggrandit d’un volume équivalent à celui de la Voie Lactée, notre galaxie.

La force est avec nous

Les quatre forces de l’univers qui, au moment du Big Bang, étaient unifiées en une Superforce, vont progressivement se déployer de manière autonome.

La première des forces à « faire le mur… de Planck ! » est la force gravitationnelle. Autrement dit, la gravité, celle qui dispose d’un pouvoir d’attraction sur la matière et notamment entre les corps célestes. Désormais, cette force vivra sa vie indépendamment des trois autres et n’aura plus d’action sur le monde de l’infiniment petit, celui des particules.

Lorsque l’univers atteint 10-36 seconde, il n’est encore qu’un plasma torride où des pseudo particules de matière et d’antimatière apparaissent et disparaissent sans arrêt. C’est le vide quantique, mais un vide plein de promesses.

L »univers est à peine né qu’il a déjà ancré solidement les fondations de son évolution.

Mis à jour le 17 février 2013

 1 – A titre de comparaison, cette durée est un milliard de milliards de milliards de milliards moins longue que l’effet d’un flash photo par rapport à l’histoire entière de l’univers.
2 – La formule de Dieu – José Rodrigues Dos Santos – HC Editions – 2006 (édition originale).
3 – « Derrière le Mur de Planck » – Entretien d’Etienne Klein, physicien et philosophe, spécialiste du temps – Philosophie magazine – Hors série N° 9 – Février/mars 2011


 Notre existence ne tient qu’à un cheveu…

Nous sommes  les enfants de l’univers. Mais, le monde qui nous entoure avec ses galaxies, ses étoiles, les planètes, notre planète et la vie qu’elle héberge, tout cela est le fruit d’une incroyable -pour ne pas dire invraisemblable- conjonction d’événements et de réglages d’une finesse inouïe (2).

Einstien : Dieu ne joue pas aux dès

Einstien : Dieu ne joue pas aux dès

Il s’en est fallu d’un cheveu, pour reprendre une expression triviale, pour que nous ne soyons pas là :

  • Si l’énergie libérée au moment du Big Bang avait été très légèrement différente, l’univers se serait dilaté de manière désordonnée, ou bien il se serait « recroquevillé » rapidement vers un gigantesque trou noir;
  • Quelques instants après le Big Bang, il y eut la bataille entre la matière et l’antimatière, avec un avantage numéraire infime pour la matière :  1 particule de matière en plus pour 10 millions de particules d’antimatière.  Sans cette différence nous ne saurions pas là pour en parler;
  • Peu de temps après sa naissance, l’univers affiche un écart de densité de 1 pour 100 000. Si cette valeur avait été très très légèrement modifiée, l’univers n’aurait pû se structurer et donc donner naissance aux galaxies, aux étoiles et aux planètes.
  • Au niveau de l’infiniment petit, le monde des particules élémentaires, même constat.  La  proportion entre la masse des électrons et celle des protons a joué un rôle clé dans le fonctionnement des étoiles. Un infime changement dans ce réglage et l’on peut dire adieu aux d’étoiles et donc à la vie ;
  • Autre exemple : la conversion de l’hydrogène en hélium est un processus clé pour la vie. Cette transformation s’effectue avec un taux de 7 millièmes de sa masse (0,007 %) par rapport à l’énergie.  A 0,006 %, l’univers ne serait rempli que d’hydrogène, à 0,008 %, tout l’hydrogène s’épuiserait très rapidement, beaucoup trop rapidement pour permettre l’éclosion de la vie;
  • Le carbone, grâce à sa flexibilité, est le seul élément, à notre connaissance, sur lequel la vie peut s’appuyer pour apparaitre et se développer. Les conditions pour former un atome de carbone sont particulièrement strictes. Il est nécessaire que certaines interactions se déroulent en 0,0000000000000001 seconde.  Bingo, c’est exactement le cas. Sans cela, pas de carbone…

Oui, il s’en est fallu d’un cheveu que le néant prenne le dessus. Grâce au carbone et à tous les événements improbables qui l’ont précédé et aux combinaisons ensuite, il y aura des milliards d’années plus tard,  plus d’un cheveu sur la tête à Mathieu !


A visionner pour mieux comprendre :

  • Big Bang, Univers : c’est quoi, Jamy ?

http://youtu.be/rq8-jy1jd9Y


A voir et à lire pour aller plus loin :

Les tout premiers éléments de matière

(votes : 1)
Loading ... Loading ...
Posté par fabrice
 

10-35 seconde

Le bond en avant

Nous sommes encore à des « années-lumière » de la première seconde que, déjà, un nouvel événement majeur va remettre notre destin en jeu. Il s’agit d’une seconde naissance de l’univers, une sorte de seconde première fois.

L’univers s’est refroidi d’un facteur 1000. Grâce à ce refroidissement, la force électronucléaire se scinde en deux. Désormais, règnent trois forces distinctes.

La surprise va venir de l’énergie du vide quantique évoqué plus haut. Subitement celle-ci va se libérer en produisant une expansion inimaginable.

Cette inflation (on parle de période d’inflation pour désigner ce moment)  va durer 10-35 seconde, autant dire une durée infinitésimale. En revanche, en terme d’espace gagné, c’est colossal.  Pour s’en faire une idée, l’univers va beaucoup plus grossir pendant cette période d’inflation qu’entre ce moment et sa taille actuelle.

Malgré cela à l’issue de cette phase et en raison de sa taille minuscule des origines,  il n’est probablement pas plus gros qu’une orange… Toutefois, sans cette phase « inflationnaire », il est probable que notre univers n’eut pas dépassé la taille d’une particule élémentaire. Adieu, veaux, vaches, cochons, couvées !

A cours d’énergie pour l’alimenter, l’inflation va s’interrompre alors pour laisser la place à l’expansion qui se poursuit encore aujourd’hui.

De ce creuset, vont émerger les toutes premières briques élémentaires de   la matière : les quarks (l’élément le plus fondamental de la matière qui est au cœur du noyau atomique). Non sans difficulté car auparavant, il y aura eu un combat à mort entre la matière et l’antimatière. Quarks et antiquarks qui sont de charge opposée s’annihilent mutuellement. Un infime rapport de force en faveur des quarks (1 de plus par milliard) donnera l’avantage à ces derniers.

Puis, lorsque l’univers atteint la taille de la Terre au Soleil, soit 300 millions de km, la quatrième force se découple. Les 4 forces fondamentales de l’univers correspondent désormais à celles que nous connaissons. Simultanément, une  famille de particules élémentaires « légères » émergent, les leptons (dont l’électron est issu).

Le chrono affiche maintenant 10-12seconde.  La production de particules  se complexifie avec des particules composites, les hadrons (constitués de quarks, d’antiquarks et de gluons qui font office de colle entre les quarks).

Au passage du millième de seconde au compteur  (10-4seconde), la production de particules arrive à son terme. De son combat contre l’anti-matière, la matière sort victorieuse. L’antimatière est donc définitivement hors jeu.

Quelques fractions de seconde plus tard, les vainqueurs, hadrons et leptons  se prélassent  dans un plasma brûlant dont la densité dépasse de plusieurs  milliards de fois celle de l’eau. Le premier spa pour particules élémentaires !

A l’approche de la première seconde, tous les acteurs sont en place : les 4 forces fondamentales ainsi que toutes les particules élémentaires.

Le spectacle peut commencer !


A voir et à lire pour aller plus loin :

  • Le Quark et le Jaguar : Voyage au coeur du simple et du complexe, de Murray Gell-Mann. C’est d’un vers énigmatique (« Le monde du quark est comme la ronde du jaguar dans la nuit ») que l’auteur part pour proposer un passionnant et très accessible voyage dans le monde de la complexité – celle des phénomènes vivants – et de la simplicité – celle qui prévaut dans le monde des particules élémentaires.
  • Aux frontières de l’univers : Du Big Bang au Quark, de Marceau Felden. Ce n’est pas un livre de plus décrivant l’univers et inventoriant son contenu, mais une réflexion critique sur la méthode scientifique et ses conséquences. Ainsi, pour des raisons qui sont exposées, l’hypothèse du big bang est, et restera une question non entièrement rationalisable, comme celle de l’origine du temps.