Comment déchiffrer l’histoire de l’Univers

Depuis la découverte du Big-Bang, notre Univers ne cesse
de passionner et de questionner les plus grands scientifiques
: la nucléosynthèse primordiale des éléments
légers, la détection du fond diffus cosmologique,
la découverte de petites fluctuations de densité,
400 000 ans après le Big Bang, qui donneront naissance
aux galaxies... Depuis 1998, nous savons que
l’expansion de l’Univers s’accélère, en raison d’une mystérieuse
énergie noire. Françoise Combes, astrophysicienne,
professeure au Collège de France, chercheuse
à l’Observatoire de Paris, membre de l’Académie des
sciences, exposera la théorie la plus aboutie aujourd’hui,
démontrant que toutes les grandes structures de l’Univers
proviennent des fluctuations quantiques du vide.
Introduction (0:21)
Présentation de la table ronde qui s’intéresse à l’histoire du big-bang et des sciences. Françoise Combes revient sur l’évolution des connaissances au fil du temps.
Débats galactiques (6:26)
Focus sur le grand débat de 1920 entre Harlow Shapley et Heber Curtis sur l’existence d’autres galaxies en dehors de la voie lactée. Etat des connaissances en 1920 : William Herschel tente de définir la taille de la voie lactée. Puis les travaux de Hubble et Henrietta Leavitt vont clore le débat : il existe d’autres galaxies en dehors de la voie lactée. En 1929, Hubble conclut qu’il y a une relation entre la distance des galaxies et leur vitesse. L’abbé Lemaître comprend lui que c’est une dilatation de l’espace. L’Univers est en expansion.
La gravité (15:10)
Einstein révolutionne la gravité : ce n’est pas une force comme les autres. Elle est responsable de la déformation de l’espace. Il met au point une équation : la courbure de l’Univers est fonction de la quantité de masse et d’énergie qui est à l’intérieur. En 1917, il cherche un modèle statique mais n’en trouve pas. Il ajoute une constante Λ dans ses équations. Georges Lemaître propose alors en 1927 une origine de l’Univers très dense et très chaud : l’atome primitif. Fred Hoyle appelle cela en dérision le Big-Bang mais ce terme est resté.
Fond cosmique de micro-ondes (18:43)
Françoise Combes évoque le fond cosmique de micro-ondes découvert par hasard par Arno Penzias et Robert Wilson. Ce fonds nous donne énormément de renseignements sur le Big-Bang.
Vues de satellites (23:36)
Résultats des vues prises de l’Univers par les satellites COBE (1992), WMAP (2003) et Planck (2013) par-delà la voie lactée. On obtient une image de l’Univers 380 000 ans après le Big-Bang.
Densité de l'Univers (26:53)
Si on reprend les équations d’Einstein, on s’aperçoit que si l’Univers est très dense, il pourrait se recroqueviller sur lui-même à terme à cause de sa gravité. Mais ce n’est pas le cas. Sa densité est faible. Nous sommes dans un Univers plat, en expansion accélérée. Comment on a pu déterminer que notre Univers était plat et quelle est sa densité ?
Univers en expansion (34:01)
Willem de Sitter dès 1917 avait deviné que l’Univers était en expansion exponentielle. Einstein tournait cela en dérision. Georges Lemaître et Alexander Friedman étaient également sur cette piste. En 1931, Einstein écrit que la constante Λ est inutile après l’observation de l’expansion de l’Univers, ce qui est une erreur. George Gamow démontre que l’hélium provient du Big-Bang.
L’univers statique et fini d’Einstein est-il viable ? (38:48)
Wolfang Pauli en 1920 rapproche l’énergie du vide avec la constante Λ. Mais ses calculs montrent que le rayon de l’univers d’Einstein est de 31 km. Françoise Combes aborde ensuite le calcul de l’énergie du vide et les difficultés rencontrées. L’énergie du vide est-elle réelle ? Oui, elle a été observée. 50 Super-nova avec une courbe de lumière bien calibrée ont permis de démontrer l’accélération de l’expansion de l’Univers.
Contenu de l'Univers (47:00)
Il est fait de 5% de matière ordinaire, 25% de matière noire exotique et 70% d’énergie noire. Françoise Combes évoque les premières découvertes autour de la matière noire Fritz Zwicky et Vera Rubin. Il existe différents types de matières noire : froid, tiède et chaud.
La gravité modifiée (1:00:24)
Milgrom en 1983 avait remarqué qu’on a besoin de la matière noire que lorsque le champ de gravité est faible. Françoise Combes évoque ensuite l’échelle de distance cosmique.
Quel futur pour l’Univers et qu’y avait-il avant le Big Bang ? (1:04:39)
Pour cela, il faut définir l’horizon de l’Univers. Mais l’horizon est tout petit. Françoise Combes évoque la théorie de l’inflation qui résoud le problème de la platitude. Mais l’inflation s’auto-entretient d’une façon chaotique et indéfinie. Il n’y a plus de début ni de fin : c’est l’inflation éternelle, d’où l’émergence de la théorie des multivers. Françoise Combes conclue sur les évolutions techniques qui permettront peut-être à l‘avenir d’apporter des preuves pour étayer l’inflation.
Dans le cadre du cycle de conférences-débats Université Ouverte de CY Cergy Paris Université. Enregistrée le jeudi 27 octobre 2022.