Le Big Bang remis en question ?
mercredi 2 mai 2018, par
La thèse du Big Bang, ou d’une singularité ponctuelle, dans le temps et l’espace, à l’origine de l’Univers et de son expansion, peut-elle être remise en question ?
La théorie du Big Bang, loin de gagner en crédit au fur et à mesure des découvertes en astrophysique, est en passe d’être remise en cause. Le nombre des scientifiques qui critiquent ce point de vue grandit. Nombre de problèmes ne sont pas réglés par cette thèse. Il n’est absolument pas indispensable de concevoir un instant originel ni une petite zone d’espace qui aurait explosé ou subi une singularité pour concevoir un univers en expansion. Bien des choses ne se sont pas vérifiées dans cette thèse et notamment les abondances respectives des éléments produits. L’absence de désintégration du proton, en un pion et en positron, indispensable à l thèse de l’inflation l’est aussi à la thèse du Big Bang car l’inflation est la seule à sauver le Big Bang, car sans inflation, le Big Bang n’explique pas le monde actuel.
Stephen Hawking dans « Une brève histoire du temps : du Big Bang aux trous noirs » :
« En 1929, Edwin Hubble fit une observation cruciale : où que nous regardions, les galaxies lointaines s’éloignent de nous à toute vitesse... Les observations de Hubble sous-entendaient qu’il y avait eu un moment, baptisé le "Big Bang", où l’univers avait été infiniment petit et infiniment dense… Demander ce qui s’est passé avant le big bang reviendrait à chercher un point qui soit à un kilomètre au Nord du pôle Nord… Beaucoup de gens n’aiment pas l’idée que le temps a un commencement, probablement parce que cela sent un peu l’intervention divine. »
Stephen Hawking dans « Trous noirs et bébés univers » :
« Si la densité de l’Univers une seconde après le big bang avait été plus élevée d’une partie pour mille milliards, l’Univers se serait recontracté en dix ans. En revanche, si la densité de l’Univers avait été plus faible de la même quantité, l’Univers aurait été essentiellement vide dix ans après sa création. »
« Je n’ai jamais pensé que vous pouviez obtenir l’univers extrêmement grumeleux et hétérogène que nous avons aujourd’hui, fortement affecté par les processus du plasma, de celui lisse et homogène du Big Bang, dominé par la gravitation. »
« Il n’y a aucune raison rationnelle de douter que l’univers ait existé indéfiniment, pour un temps infini. Ce n’est que le mythe qui tente de dire comment l’univers est apparu il y a quatre ou vingt milliards d’années. »
« Nous devrions nous rappeler qu’il y avait autrefois une discipline appelée philosophie naturelle. Malheureusement, cette discipline semble ne pas exister aujourd’hui. Elle a été renommée science, mais la science d’aujourd’hui est en danger de perdre une grande partie de l’aspect de la philosophie naturelle. »
Eric Lerner dans « Le Big Bang n’a jamais eu lieu » :
« La théorie du Big Bang part de quelques prémices particulières : l’Univers aurait été autrefois petit comme une tête d’épingle et aurait eu un début dans le temps. »
Eric Lerner :
« Le seul test de la vérité scientifique est la mesure dans laquelle une théorie correspond au monde que nous observons. Prévoit-il des choses que nous pouvons alors voir ? Ou nos observations de la nature montrent-elles des choses qu’une théorie dit être impossibles ? Peu importe à quel point une théorie peut être aimée, si l’observation la contredit, alors elle doit être rejetée. Pour que la science soit utile, elle doit fournir une description de plus en plus vraie et profonde de la nature, et non une prescription de ce que la nature doit être. Au cours des quatre dernières années, des observations cruciales ont carrément contredit les hypothèses et les prédictions du Big Bang. Parce que le Big Bang aurait eu lieu il y a seulement vingt milliards d’années, rien dans le cosmos ne peut être plus ancien que cela. Pourtant, en 1986, les astronomes ont découvert que les galaxies forment d’énormes agglomérations d’un milliard d’années-lumière ; un tel rassemblement de matière de mammouth a dû prendre cent milliards d’années pour se former. De même que la théorie géologique ancienne, qui cherchait à compresser l’histoire de la terre en quelques milliers d’années bibliques, s’est effondrée face aux éons nécessaires pour construire une chaîne de montagnes, le concept de Big Bang est indéterminé par l’existence de ces vastes et anciens superamas de galaxies. Ces énormes rubans de matière, dont la réalité a été confirmée en 1990, réfutent également une prémisse de base du Big Bang - que l’univers était, à son origine, parfaitement lisse et homogène. Les théoriciens admettent qu’ils ne peuvent voir aucun moyen d’aller de l’univers parfait du Big Bang à l’univers grumeleux et imparfait d’aujourd’hui. En tant que théoricien de premier plan, George Field, du Centre d’astrophysique Harvard-Smithsonian, a déclaré : « Il y a une véritable crise ». D’autres conflits avec l’observation ont également émergé. La matière noire, forme hypothétique et inobservée de la matière, est une composante essentielle de la théorie actuelle du Big Bang, une colle invisible qui tient tout ensemble. Pourtant, des astronomes finlandais et américains, analysant des observations récentes, ont montré que la mystérieuse matière noire n’est pas invisible - elle n’existe pas. Utilisant de nouveaux instruments sensibles, d’autres astronomes du monde entier ont découvert des galaxies extrêmement anciennes qui se sont formées longtemps avant que l’univers du Big Bang ne se soit suffisamment refroidi. En fait, à la fin des années quatre-vingt, de nouvelles contradictions surgissaient tous les quelques mois. Dans tout cela, les cosmologistes sont restés totalement inébranlés dans leur acceptation de la théorie. ... les cosmologistes, à quelques exceptions près, ont soit rejeté les observations comme étant défectueuses, soit ont insisté sur le fait que des modifications mineures de la théorie du Big Bang concilieraient des contradictions "apparentes". Quelques cordes cosmiques ou particules sombres sont nécessaires, rien de plus. Cette réponse n’est pas surprenante : la plupart des cosmologistes ont passé toute leur carrière, ou au moins les vingt-cinq dernières années, à élaborer divers aspects du Big Bang. Il serait très difficile pour eux, comme pour tout scientifique, d’abandonner le travail de leur vie. Pourtant, les observateurs qui mettent en avant ces contradictions ne sont pas du tout prêts à abandonner le Big Bang. Les astronomes observateurs ont généralement laissé l’interprétation des données aux théoriciens beaucoup plus nombreux. Et jusqu’à récemment, il semblait n’y avoir aucune alternative viable au Big Bang - nulle part où aller si vous avez sauté de bateau. Alors que les galaxies ont à peine cent mille années-lumière et que les grappes ne dépassent pas dix millions, un superamas peut traverser quelques centaines de millions d’années-lumière. Il s’avère que les galaxies ne se déplacent presque jamais plus vite qu’un millier de kilomètres par seconde, soit environ trois centièmes de plus que la vitesse de la lumière. Autrement dit, si les objets de Tully existent, l’univers ne peut pas avoir commencé il y a vingt milliards d’années. En 1990 l’existence de ces immenses objets a été confirmée par plusieurs équipes d’astronomes. Le travail le plus spectaculaire a été celui de Margaret J. Geller et John P. Huchra du Centre Smithsonian d’astrophysique de Harvard, qui cartographient les galaxies à environ six cents millions d’années-lumière de la Terre. En novembre 1989, ils ont annoncé leurs derniers résultats, révélant ce qu’ils ont appelé la « Grande Muraille », une immense feuille de galaxies s’étendant dans toutes les directions au large de la région cartographiée. La feuille, plus de deux cent millions d’années-lumière et sept cents millions d’années-lumière, mais seulement environ vingt millions d’années-lumière d’épaisseur, coïncide avec une partie de l’un des complexes de super-cluster cartographiés par Tully. La différence est que les nouveaux résultats impliquent plus de cinq mille galaxies individuelles, et sont donc presque impossibles à interroger en tant que douves statistiques. »
La thèse du Big Bang : un univers de la taille d’une pèche aurait explosé il y a 13,8 milliards d’années, vrai ou faux, c’est loin d’être une question facile à débattre…
Le « Big Bang », singularité, expansion ou explosion originelle n’est pas un fait établi mais une simple thèse scientifique, et, comme telle, peut être encore victime de transformations et de critiques, et même susceptible d’être complètement abandonnée puisque ce n’est qu’une hypothèse, qu’un raisonnement fondé sur des arguments, et non une observation, directe ou indirecte. Elle n’a pas toujours dominé l’opinion scientifique, a toujours eu ses détracteurs, même quand l’opinion publique l’ignorait, et reste controversée parmi les spécialistes.
La question posée est d’abord la suivante : la formation de la matière, sa composition en éléments, la température de l’univers, sa condensation en galaxies, puis son expansion sont-ils le produit d’une phase d’explosion (ou même de plusieurs) ou d’autres phénomènes. Est-ce un phénomène exclusivement lié à la gravitation ou aussi à d’autres forces de la physique comme l’électromagnétisme des plasmas.
La question du Big Bang est donc posée ainsi en plusieurs points :
1°) Quels sont les faits qui sont établis et qui permettent de réfléchir à l’hypothèse Big Bang, à l’hypothèse électromagnétisme des plasmas interstellaires ou à d’autres hypothèses ?
2°) Qu’y avait-il dans l’Univers qui soit amené à exploser, en vertu de quelle loi, et dans quelles conditions initiales ? Est-ce une singularité de la matière, de l’énergie, de l’espace, du temps ou d’autre chose ? Est-ce une rencontre matière-antimatière ?
3°) Qu’entendons-nous par « explosion » et par expansion ?
4°) Quel processus a formé les premiers éléments (noyaux atomiques de plus en plus lourds) et quelle est la raison de leur répartition ?
5°) Quelles étaient les forces physiques qui ont amené cet univers « premier » à exploser, et quelles forces agissaient dans le premier univers qui est découlé de cette hypothétique explosion primitive ?
6°) En quoi cette interprétation permet d’expliquer le monde actuel ?
7°) Que signifie la température globale de l’Univers et sa diminution ?
8°) Que signifie le temps du Big Bang et pouvons-nous décrire le Big Bang en étapes de fraction de secondes ?
9°) Quels sont les grands problèmes que nous avons encore du mal à interpréter ?
Tout d’abord, il convient de savoir qu’il y a eu plusieurs interprétations successives qui s’intitulent toutes « Big Bang » mais sont assez différentes les unes des autres. L’idée a donc considérablement évolué. Ces étapes sont reliées à leurs fondateurs et à l’argument principal qu’ils invoquaient pour justifier le Big Bang :
1°) Friedman travaille à la base à partir des équations de la relativité générale d’Einstein et en déduit en 1922 l’idée d’un monde en expansion à partir d’un démarrage originel
2°) Lemaitre-Eddington et les rayons cosmiques censément formés par l’explosion de l’ « atome originel », développée en 1927 (l’expansion des galaxies étant vérifiée par les décalages de raies mesurées par Hubble en 1929). On remarquera que, dans la thèse actuelle du Big Bang, il ne reste absolument rien, ni l’atome originel ni l’origine Big Bang des rayons cosmiques, des thèses de Lemaitre, l’ancien responsable « scientifique » de la papauté à part l’idée d’expansion de l’univers.
3°) Gamow et la bombe A s’appuyant sur la répartition des éléments (abondance respective des différents types de noyaux atomiques) en 1946
4°) Peebles-Dicke et le rayonnement « fossile » (vérifié par Penzias-Wilson) en 1964
5°) Rubin et la matière noire en 1970 (fondée sur l’observation de la rotation des galaxies spirales)
6°) Guth et la théorie de l’inflation en 1979 pour pallier aux insuffisances de la théorie du Big Bang
7°) Perlmutter-Schmidt en 1998 et l’accélération de l’expansion de l’Univers
8°)Rovelli-Smolin et la gravitation quantique dans les années 2000
9°) Hartie-Hawking en 2015 en raisonnant sur la relativité générale d’Einstein
Aucune thèse ne résout certains problèmes comme la dissymétrie matière-antimatière, la non décomposition du proton, la contradiction entre homogénéité du Big Bang et inhomogénéité ensuite de l’Univers avec notamment les super clusters, les abondances respectives des éléments et des isotopes, le bruit de fond cosmique, l’accélération de l’expansion et quelques autres difficultés.
Ces différentes thèses ne convergent pas et s’opposent même le plus souvent. Chacune essaie de répondre aux contradictions de la précédente ou des précédentes. Aucune n’est entièrement satisfaisante à ce jour. On ne peut pas dire que le Big Bang serait une thèse avérée, indiscutable dorénavant, ni entièrement vérifiée par la théorie et des expériences probantes. Et cela pour plusieurs raisons.
L’idée d’une date originelle n’est pas indispensable. Certains objets célestes semblent plus vieux que cette « origine » (des amas de galaxies plus vieux que cette origine de onze milliards d’années et des étoiles de notre galaxie plus vieilles de 7 milliards d’années !). La matière d’origine n’est pas clairement établie. L’espace-temps d’origine non plus. La température pas davantage. Le monde d’origine ne l’est pas non plus (sa densité de matière, sa répartition en abondance d’éléments, ses lois, ses fondements, la raison de son changement brutal : la singularité). La formation rapide des galaxies, la forme des filaments intergalactiques ne sont pas clairement expliqués par ces thèses. La répartition en abondance d’éléments (en particulier l’hélium) est encore à mieux comprendre. Il n’est pas prouvé que le phénomène en question fasse appel seulement à la gravitation et pas aux autres forces physiques, notamment l’électromagnétisme des plasmas (thèse de Afven-Lerner). La question de l’homogénéité des l’univers « originel » reste en suspens. L’existence d’une singularité pose problème car les infinis en physique sont unanimement combattus. La question même d’une origine pose problème. La signification d’une explosion, ou même d’une expansion est à construire. L’idée n’est pas forcément à rejeter, même si son expression grand public d’une matière qui aurait explosé est certainement fausse. C’est plutôt l’espace « vide » entre les grandes masses de matière qui est en expansion.
Y a-t-il une théorie alternative ?
L’un des arguments déterminants en faveur du Big Bang est souvent de dire qu’on n’a pas le choix : aucune autre thèse n’explique autant de faits (Bruit de fond cosmique, abondance des éléments, expansion, formation des galaxies, etc.)
Tout d’abord, cela n’est pas exact car ce schéma « Big Bang » n’explique pas tout : la séparation matière-antimatière, la source d’énergie de l’explosion, la formation du temps, la raison de l’explosion et n’explique pas bien la formation d’une onde de bruit cosmique homogène et la formation des galaxies et amas de galaxies et structures filamenteuses à grande échelle ni n’explique bien la quantité d’hélium formée.
En fait, le modèle du Big Bang, tel qu’il existe actuellement, amènerait non la production des 24% d’Hélium que nous constatons mais, dans la même durée, la formation d’1 à 2% d’Hélium ! Ce modèle, s’il justifiait les 24% d’Hélium ne pourrait alors expliquer en même temps la formation de 5% de Carbone et de 1% d’Oxygène mais bien plus. Une autre énigme pour le Big Bang : l’abondance des isotopes (deutérium, lithium et boron) qui auraient été trop facilement détruits dans les étoiles. Et bien entendu, le modèle Big Bang n’explique pas l’homogénéité et l’isotropie de l’émission du bruit de fond cosmique. Il n’explique pas les superclusters de Tully. Il n’a pas été prouvé par conséquent qu’existe un temps zéro de l’Univers ni un état originel, ni quelle loi physique amènerait l’existence d’une singularité et le caractère inéluctable d’une « explosion ».
Il y a même un aspect contradictoire à présenter l’expansion de l’Univers comme une explosion originelle pour expliquer ensuite que ce ne sont pas les matières qui s’éloignent mais l’espace entre les matières qui s’agrandit et surtout pour découvrir ensuite que l’expansion s’accélère quand on s’éloigne de cette explosion originelle !!!
D’ailleurs, un Big bang aurait dû produire autant de matière que d’antimatière alors qu’il semble que les galaxies et les étoiles ainsi que les grands nuages soient formés de matière et pas d’antimatière.
En effet, rappelons que l’on cherche toujours pourquoi cet Univers serait fait seulement de matière et pas aussi d’antimatière, alors que son origine, le vide quantique, lui est fait d’autant de matière que d’antimatière, l’énergie se transformant en couples des deux.
Nous savons que la matière s’est concentrée par gravitation en nuages, étoiles, galaxies et amas de galaxies. Ce processus de concentration a été initié par la formation des noyaux atomiques, des atomes, des molécules puis des nuages de molécules de gaz et de poussière. Il suffit donc que la symétrie matière/antimatière favorise plutôt la matière que l’antimatière dans la formation des noyaux atomiques pour que les noyaux de matière s’agglomèrent davantage et plus vite, que les nuages de matière soient plus nombreux et plus massifs que ceux d’antimatière et que la concentration devienne matérielle et que matière et antimatière se séparent avec des concentrations de matière et de l’antimatière plus majoritaire dans le vide interstellaire. Que se passe-t-il alors entre les zones de matière et les espaces vides ? Eh bien, des particules d’antimatière rencontrent des particules de matière et les couples se transforment en énergie, provoquant un effet d’expansion. Les zones de matière s’éloignent les unes des autres : c’est l’expansion. Plus la matière a eu le temps de se concentrer, plus l’antimatière est attirée par gravitation, plus il y a de chocs matière/antimatière, d’émission d’énergie et plus l’expansion s’accélère… Il n’est donc pas besoin d’une explosion originelle pour justifier de l’expansion, de la séparation matière/antimatière, de la formation des structures seulement matérielle…
Existe-t-il une propriété de la matière et de l’antimatière qui justifie qu’il soit plus favorable de former des noyaux atomiques de matière plutôt que d’antimatière ?
Nous avons montré en physique que matière et antimatière ne sont pas symétriques pour l’interaction faible des mésons K. On sait qu’il y a une formation plus grande de kaons que d’antikaons.
Les premiers noyaux sont ceux d’Hydrogène (un proton) et d’Hélium (deux protons et deux neutrons). Ce sont ceux qui vont fonder ensuite tous les autres noyaux atomiques.
Si les kaons jouent un rôle dans la formation des noyaux primordiaux, la rupture de symétrie kaon/antikaon peut favoriser la formation de structures de la matière sur celle de structures de l’antimatière, entraînant toute l’évolution de l’Univers, sans qu’il soit besoin de faire appel à une explosion originelle ni à une origine de l’Univers…
Pour quelle raison, l’existence d’un surplus de kaons par rapport aux antikaons peut favoriser la formation d’atomes d’hydrogène de matière plutôt que d’antimatière. Eh bien, parce qu’existent des atomes d’Hydrogène dits kaoniques dans lesquels la relation proton-électron est remplacée par la relation proton-kaon. Le kaon est une particule d’interaction du type méson, c’est-à-dire un couple quark-antiquark, dont le deuxième est dit étrange…
Les kaons joueraient aussi un rôle en favorisant la formation d’étoiles à neutrons contenant aussi des kaons, ce qui diminue la masse de l’étoile. Car il y a un seuil critique de masse au-delà duquel il ne peut y avoir de formation d’étoile à neutrons. il serait donc possible qu’il y ait eu plus de formation d’étoiles à neutrons de matière que d’antimatière puisqu’il y a plus de kaons que d’antikaons.
En tout cas, le processus d’agglomération et de structuration de la matière étant plus favorisé que celui de l’antimatière, on a cette séparation : une matière plus concentrée qui se développe dans une zone et de l’autre des espaces entre ces concentrations davantage formés d’antimatière et entre les deux des chocs matière/antimatière produisant des formations d’énergie, et donc une accélération de l’expansion entre les galaxies… sans explosion ni primitive ni autre. Cette hypothèse ne nécessiterait pas de processus inflationnaire ni tous les autres artiifices d’explication du Big Bang, ni matière noire, ni énergie noire… Mais le développement de la thèse est une autre histoire…
Notons qu’en 1961 Alfvén et Klein avaient déjà une théorie alternative, opposée au Big Bang, proposant une théorie de l’expansion sans explosion primitive sans temps zéro ni mécanisme originel et fondée sur l’antimatière, les propriétés du plasma permettant de séparer matière et antimatière…
Il se pourrait donc qu’à l’avenir, n’en déplaise aux religieux, le monde s’avère avoir perdu son prétendu démarrage explosif originel, dans le temps comme dans l’espace. La matière vient bel et bien du vide quantique. Elle s’y forme en permanence mais il n’y a pas besoin pour cela de création puisque la nature se crée sans cesse elle-même, qu’il s’agisse de matière, de lumière, d’inerte ou de vivant. Dans tous les domaines, on trouve des créations permanentes sans créateur et sans création originelle…
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