Pour l’univers : que prévoient la théorie du Big Bang et celle du Rebond ?

Les physiciens pensaient avoir trouvé quelques réponses grâce à une théorie célébrissime, le Big Bang qui tente d'expliquer les premiers instants de l'univers. Cet instant marque le début de la dilatation et de l'expansion de l'univers. Cette théorie a été lancée en 1927 par l'astrophysicien et chanoine catholique Belge Georges Lemaître qui décrivait dans les grandes lignes l'expansion de l'univers, avant que celle-ci soit mise en évidence par l'astronome américain Edwin Hubble en 1929. Selon la théorie du Big Bang «Grand Boum», tout aurait commencé, il y a 13,8 milliards d'années. Notre univers se résumait à une colossale quantité d'énergie, coincée dans un volume minuscule. Tout à coup, cet univers s'est dilaté à une vitesse vertigineuse et l'univers s'est brusquement étendu. Bien sûr, personne n'était là pour faire une photo, mais ce devait être cataclysmique! Remis du choc, l'univers a ensuite continué à s'étendre bien plus doucement. Il s'est refroidi ; la matière s'est formée à partir de l'énergie donnant naissance aux atomes, aux étoiles et aux planètes, à la vie… jusqu'à aujourd'hui. 

Le principal problème de la théorie du Big Bang est qu'elle postule que l'univers a commencé sa vie sous la forme d'un point de taille nulle et de densité et de température infinies, qui a ensuite démesurément grandi sous l'effet du phénomène de l'inflation cosmique. Par l'inflation cosmique, il s’agit d’un modèle cosmologique s'insérant dans le paradigme du Big Bang lors duquel une région de l'univers comprenant l'univers observable a connu une phase d'expansion très violente qui lui aurait permis de grossir d'un facteur considérable: au moins 10 (puissance 26) et probablement immensément plus (de l'ordre 10 (puissance un million)), voire plus encore dans certain modèle. Ce modèle offre une solution au problème de l'horizon et à la platitude de notre univers. On pourrait remarquer un tel état primordial constitue une singularité, état dans lequel les lois physiques ne s'appliquent plus.

Or, deux physiciens (cosmologistes), le Français Patrick Peter et le Brésilien Nelson Pinte-Neto, respectivement de l'institut d'astrophysique de Paris et du centre Brasiliero de pesquias Fisicas de Rio Janeiro, sont à l'origine de la théorie du Rebond, principale théorie alternative à l'inflation cosmique et du Big Bang pour expliquer les tout débuts de notre univers. 

Le modèle du Rebond stipule que notre univers aurait, dans un lointain passé, été beaucoup plus vaste qu'aujourd'hui. Cette forme antérieure de l'univers serait contractée, sur un temps très long, jusqu'à atteindre une taille extrêmement réduite mais pas nulle de l'ordre du volume de Planck (17.693×10 puissance -105m3). Il aurait alors rebondi et aurait commencé son expansion, jusqu'à atteindre sa taille actuelle. Ici, pas d'infini pour asticoter les physiciens. L'univers ramassé sur lui-même est toujours resté suffisamment grand pour que les formules physiques puissent s'appliquer. D'ailleurs, Patrick Peter et Nelson Pinto-Neto ont dégainé leurs équations et victoires. Ils ont pu décrire l'univers au moment du Rebond. 

La théorie du Rebond propose une solution convaincante au problème de la platitude de notre univers qui est en effet extrêmement plat, c'est-à-dire la somme des angles d'un triangle qui vaut 180 degrés, alors même qu'il aurait dû se «courber» au cours de son expansion. Il devait donc être au départ d'une platitude extrême ; ce qui est difficile à expliquer. Dans le modèle du Rebond, l'univers étant d'abord contracté pendant un temps très long avant de commencer son expansion, a eu tout le temps de parvenir à un état très plat. Il faut, toute fois, noter que la théorie de l'inflation cosmique propose également une explication convaincante à ce problème.

Le modèle du Rebond résout l’inflation aussi le problème de l'uniformité du rayonnement de fond diffus cosmologique qui est identique dans toutes les directions alors que la température ne devrait pas avoir eu le temps de s'uniformiser dans toutes les régions de l'univers. En effet, certaines régions sont trop éloignées pour que l'information ait pu circuler entre elles sans dépasser la vitesse de la lumière, ce qui est bien sûr impossible. Dans le modèle du Rebond, la phase de contraction de l'univers a pu être assez longue pour que la température ait le temps de s'uniformiser dans l'univers entier. Toutefois, le modèle de l'inflation cosmique propose également une solution convaincante à ce problème. 

Le modèle du Rebond comme le modèle de l'inflation cosmique proposent une explication convaincante au problème de l'homogénéité de l'univers à grande échelle (la matière est distribuée de manière homogène dans l'univers observable, alors que les effets de gravité amplifient rapidement les inhomogénéités). Dans le modèle du rebond, l'univers en contraction a suffisamment pu être vaste pour que les effets de gravité demeurent faibles et l'univers homogène.

Le problème majeur posé par la théorie du rebond à l'heure actuelle est que les lois physiques qui la décrivent sont complexes et mal connues. La description de l'univers au moment du rebond nécessite en effet de mêler la relativité générale et la mécanique quantique. Or, les scientifiques ignorent pour l'instant si la mécanique quantique autorise un rebond. De plus, le modèle du rebond n'a pour le moment été modélisé que pour un univers théorique ne contenant que la matière et aucun rayonnement. Or, ce dernier, semble-t-il, le composant principal de l'univers à ses débuts. 

Enfin, on constate que de nombreux problèmes résolus par le modèle du rebond sont aussi dans le modèle de l'inflation cosmique. Pour trancher entre les deux théories, la communauté scientifique à savoir l’'Agence Spatiale européenne (ESA) avec une participation de l'Agence Spatiale américaine, la (NASA), a décidé d'envoyer un observatoire spatial nommé Planck. La mission de Planck est sélectionnée en 1996 pour être la troisième mission de taille moyenne du programme scientifique de l'ESA. De plus, la mission du satellite est de cartographier les infimes variations de température (ou d'intensité) du fond diffus cosmologique, rayonnement dans le domaine micro-onde montrant l'univers tel qu'il est 380 000 ans après le Big Bang. Le satellite Planck a été lancé, le 14 mai 2009, par un lanceur Ariane 5 avec comme objectif refroidir à 0.1 kelvin ; de dresser une carte 20 à 30 fois plus précise que ses prédécesseur.

La collecte des données par HFI s'achève en janvier 2012 après épuisement de l'hélium liquide utilisé pour refroidir les bolomètres utilisés comme détecteurs. Une première interprétation complète des données collectées est présentée en mars 22013. Les résultats complets sont rendus publics en décembre 2014 et publiés en début de 2015. Les paramètres cosmologiques qui décrivent l'univers actuel et son histoire tels que l'âge de l'univers et sa composition initiale sont affinés grâce à la précision inégalée des données recueillies par Planck.

Dans l'ensemble, les données de Planck confirment la théorie de l'inflation cosmique, un pilier du modèle standard de la cosmologie, la théorie la plus couramment admise concernant le mode de formation de l'univers observable. 

Comment tout cela va-t-il finir? La théorie du Big Bang prévoit un début et aussi une fin. Selon elle, notre univers devrait continuer à s'étendre et refroidir jusqu'au "zéro absolu" ou "0K" sur l'échelle de kelvin, se situe à -273.15 degrés Celsius. Il correspond au froid ultime, en dessous duquel la température ne peut pas descendre. Les partisans du Rebond sont d'accord en partie: l'univers devrait continuer d'enfler, se diluer, devenant progressivement froid et vide. Une ambiance de mort... ça ne vous dit pas quelque chose? Un univers immense et vide? Eh oui ! Nous sommes au point de départ de la théorie du Rebond. Devenu suffisamment vide pour se laisser perturber par la force de gravitation de quelques particules, l'univers pourrait alors se contracter à nouveau, très lentement, se réchauffer peu à peu. Et, c'est reparti pour un tour! 

                                                                                              Edrice PIERRE-LOUIS 

                                                                    Étudiant en 3e année (L3)à l'Ecole Normale Supérieure  

                                                            (ENS) Département de physique, de  l'université d'État d'Haïti.