Le Big Bang: la chronologie
1)0s :Le big bang
A t=0 c’est l’explosion primordiale.
A ce stade, la matière n’était pas encore née,
seul le vide régnait, mais le vide de l’univers comprenait
de nombreuses particules virtuelles de matière et d’antimatière
qui apparaissaient et disparaissaient. Notre univers actuel est peut-être
issu de cette fluctuation.
L’univers est sous l’influence de la super gravité.
La structure de l’espace et du temps se dilate. Le temps lui-même
serait né et se serait dilaté en même temps que l’espace.
La vitesse d’expansion se fait progressivement de plus en plus lente
au fur et à mesure du déploiement de l’univers.
A cet instant, c’est la super unification cette phase primordiale
de l’univers est le domaine de la superforce aussi appelée
gravité quantique) qui unifiait alors les 4 forces fondamentales
:
- La force nucléaire forte est celle qui contre la force électromagnétique et permet de "coller" les protons dans le noyau. A 10^27K, elle devient identique à la force électrofaible avec qui elle forme la électronucléaire.
- La force nucléaire faible est responsable de la radioactivité: elle transforme les protons en neutrons. A 10^15K, elle est identique avec la force électromagnétique avec qui elle forme la force électrofaible.
- La force électromagnétique est celle qui repousse 2 particules chargées de même signe et attirent celles de charges opposées. A 10^15K, elle est identique avec la force faible avec qui elle forme la force électrofaible
- La force gravitationnelle.
Et chacune de ses forces à sa famille de particules.
La température est alors de t=0 de 1038°C.
Lors de cette unification qui unifie les particules élémentaires
en une seule. De cela on peut tirer deux théories : la théorie
de la supersymétrie et celle des supercordes.
Ces deux théories exposent l’idée qu’il existerait
de nombreuses autres dimensions qui seraient « enroulées
» sur elles-mêmes pour laisser l’univers évoluer
selon les 4 dimensions de l ‘espace temps que nous connaissons.
La superforce unifierait toutes les particules connues en faisant appelle
à la supersymétrie et/ou aux supercordes.
- La supersymétrie d’ après la théorie, aurait
comme propriété avec l’aide d’une seule superforce,
d’unir les particules de matière à d’autres
particules de force. La supersymétrie transforme la fonction d’onde
d’une particule ordinaire en celle d’une hypothétique
superparticule (appelée sparticule) en modifiant d’une demi-unité
la valeur de son spin (rotation de la particule sur elle-même).
Avec la supersymétrie, le nombre total de particules va donc doubler.
- Les supercordes, selon cette théorie les particules élémentaires
ne sont plus considérées comme des points, mais comme de
petites. On peut alors parler de supercordes car cette théorie
obéit aux lois de la supersymétrie. Certaines cordes se
refermeraient en boucles, d’autres seraient ouvertes et comporteraient
donc deux extrémités. Mais leur longueur à toutes
serait des milliards de milliards de fois inférieure à celle
d’un noyau d’atome.
A plus grande échelle, elles apparaîtraient comme de simples
points et l’on retrouverait alors l’aspect de nos particules
habituelles mais la dimension des supercordes approche 10-33 cm, c’est-à-dire
la longueur de Planck.
La matière n’est finalement constituée que de cordes
à 10 dimensions! Mais on ne connaît que 4 dimensions, on
peut donc en déduire que les 6 autres dimensions sont enroulées
sur elles-même sur un diamètre de 10-33 cm, c’est la
longueur de planck. Au-delà de laquelle notre physique humaine
semble incapable de décrire le monde.
Il n’existe pas qu’une théorie mais
cinq théories qui s’opposent radicalement. Néanmoins,
des progrès récents conduisent à penser que ces différentes
théories ne sont que des cas limites d’une théorie
unique appelée théorie M, laquelle décrirait les
interactions, de petites cordes et membranes…
Hélas, les dimensions des supercordes sont hors de portée
des collisionneurs actuel aucun résultat expérimental n’a
été obtenu pour confirmer l’existence des supercordes.
A 10-43 s, la taille de l’univers est de 10-33 cm
de diamètre et sa température est de 1032 degrés
kelvin (0°K=-273°C).
A ce moment la superforce se scinde en deux forces :
- La force gravitationnelle.
La gravitation quitte le monde quantique. Désormais son action
à l’échelle des particules sera négligeable
sauf dans des cas extrêmes (explosion d’étoile par
exemple). C’est à la gravitation que l’on doit beaucoup
plus tard le phénomène, d’accrétion des planètes
(il fallu 4.5Ga pour former quelques planètes). C’est aussi
à elle que l’on doit l’organisation de la planète
en régions denses et donc la formation des galaxies.
- La force électronucléaire.
La force électronucléaire regroupe les interactions forte
et électrofaible (nucléaire faible, électromagnétique).
Elle est décrite par la théorie actuelle de Grande Unification.
La température est de 1028 degrés kelvin
et le volume de l’univers augmente d’un facteur de 1027 ,
alors que dans 15 milliards d’années suivantes, son volume
n’augmentera que d’un facteur 109 .
A cet instant précis de l’évolution universelle se
séparent l’interaction forte et l’interaction électrofaible
(faible +électromagnétique). Avec la gravitation, il existe
désormais trois forces distinctes dans l’univers.
L’univers a la taille d’une orange et la température
est de 1025 degrés kelvin. Les particules ne font que se matérialiser
et s’annihiler.
La création initiale des couples particules-antiparticules ne va
pas se faire de façon parfaitement symétrique, un petit
excédent de matière va apparaître :
Pour 1000000000 d’antiquarks il y a 1000000001 quarks créés,
et donc 1 seul quark survivant à la future grande annihilation
(rapport de 1 pour 1 milliard). Voilà une brisure de symétrie
est responsable de l’existence de la matière dont nous sommes
actuellement constitués.
10-20 s soupe de particules quarks électrons antiparticules.
La température est de 1015 degrés kelvins,
l’univers se refroidit et grossit pour devenir une sphère
de 300 millions de kilomètres.
L’interaction électrofaible se dissocie à son tour
en interactions faibles et électromagnétiques. Les 4 interactions
fondamentales de l’univers sont donc différenciées
comme elles le sont toujours actuellement.
L’univers est né, à cet instant les
particules se comportent exactement comme divers types de rayonnement,
c’est-à-dire sans existence stable de la matière qui
se détruit aussitôt créée. Mais cela ne dure
pas, car une fois éclaté, l’univers subit une expansion
et un refroidissement rapides. A t=0.01 seconde, les réactions
primordiales se font avec quatre particules devenant huit particules :
protons, électrons, neutrinos et neutrons qui deviennent des photons,
positrons, antiprotons, antineutrinos.
La température est de trente milliards de degrés.
L’univers a maintenant 0.11 seconde. Il n’y a pas de grand
changement dans cette soupe, mais le nombre de particules, lui, s ‘est
modifié. Il n’y a plus à présent une de protons
pour une moitié de neutrons ; les neutrons se dissociant de plus
en plus vite en protons, nous avons 38% de neutrons et 62% de protons.
Les atomes, c’est-à-dire la matière, naîtront
de cette disproportion, notamment à partir de l’atome d’hydrogène
(1 proton et 1 électron mais pas de neutron), puis de l’atome
d’hélium 3 (2 protons et 1 neutron).
La température chute toujours elle est de 10 milliards
de degrés. La température a tellement diminué que
les neutrinos commencent à se comporter comme des particules libres
et n’interviendront presque plus dans l’histoire de l’univers.
Quant au rapport protons-neutrons, il est passé à 24% de
neutrons et 76 % de protons. La constitution des noyaux atomique des noyaux
atomiques (nucléosynthèse) devient alors plausible. Mais
cela ne se produira que bien plus tard.
La température n’est plus que de 3 milliards
de degrés. L’univers a éclaté dispersant énergie
et température dan l’espace. La baisse de la température
fait que, maintenant, les électrons et les positrons commencent
à disparaître rapidement, cessant d’être un constituant
essentiel de l’univers comme au temps de la soupe primitive.
A 3 minutes, la proportion neutrons/protons est de 14/86%.
La température a chuté à un milliard de degrés.
Peu de temps après, c’est-à-dire à une température
de 900 millions de degrés et au bout de 3 minutes et 46 secondes,
commence la création des noyaux atomiques, ou nucléosynthèse.
Les noyaux d’hélium deviennent assez stables pour constituer
des atomes. Mais cette création des atomes stables ne surviendra
que 700 000 ans après le bang. De ces amas d’hélium
et d’hydrogène naîtront galaxies, nébuleuses
et étoiles.
2 De l’après inflation, l’univers est une soupe bouillonnante d’électrons, Quarks et autres particules.
3 Un rapide rafraîchissement permet aux Quarks de se regrouper en protons et neutrons.
4 Encore trop chaud pour former des atomes, les charges des électrons et de protons empêchent la lumière de rayonner : l’Univers est un brouillard super chaud.
5 Les électrons combinés avec les protons et les neutrons forment des atomes, la plupart sont des atomes d’hydrogène et d’hélium. La lumière peut enfin rayonner
6 La gravité fait que l’hydrogène et l’hélium forment un énorme nuage qui donnera des galaxies et de petits ensemble de gas s’écroulent pour former les première étoiles
7 Les galaxies se rassemblent à cause de la gravité. Les premières étoiles meurent et projettent des éléments lors dans l’espace qui se rassembleront éventuellement pour former des étoiles et des planètes.
III ) Les points faibles de la théorie du Big Bang >>>>