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Multivers et cosmos

L'univers métaphysique

   Catégorie : matière et particules
Mise à jour 01 juin 2013

Au 16ème siècle la Terre est devenue une planète comme les autres, au 19ème siècle, le Soleil est une étoiles parmi des milliards d'étoiles, au 20ème siècle notre Voie Lactée est une galaxie parmi des milliards de galaxies. Pourquoi s'arrêterions-nous là, au 21 siècle il est possible que notre Univers soit un hyperamas parmi des milliards d'autres ou devienne un univers dans un multivers...
L'univers est une bulle cosmique en expansion. Cette bulle crée une nouvelle bulle qui en produit d’autres etc...
Des quantités d’autres univers qui donnent naissance à d’autres univers, c’est une idée intéressante mais qui reste spéculative.
Si nous observons l'Univers tel que nous le connaissons, c’est avant tout, parce que nous nous y trouvons. C’est ce que l'on appelle le principe entropique Du grec "anthropos" qui signifie homme. Idée selon laquelle l'univers a été réglé très précisément pour l'émergence de la vie et de la conscience. , c’est un principe métaphysique. Mais toute théorie qui inclut notre existence, et ce sera assurément celle sur le monde tel que nous le concevons, doit nécessairement être cohérente avec notre propre existence. Ainsi, le développement de l'univers doit être ordonné pour expliquer notre propre apparition, c'est ce qu'avance les partisans du principe anthropique.

 

L'Univers a évolué d'une manière qui permet à des entités conscientes d'apparaitre pour le remarquer. Par conséquent, de notre point de vue (d'entité consciente dans l'univers), notre univers n'est qu'un des multiples univers qui auraient pu exister et il n'y a rien d'improbable que d'autres univers existent.
Nous avons eu si longtemps l'habitude d'observer le monde depuis un œil extérieur que nous avons négligé que nous sommes dedans. Cependant notre Univers est unique car nous ne pouvons pas le comparer à d'autres univers.
Considérer comme des objets physiques réels des univers hypothétiques existants au-delà du nôtre mais avec lesquels nous ne pouvons pas établir le moindre contact, est pure mystification.
Le champ de la physique se limite au domaine de l'expérimentation et au-delà, il s'agit de métaphysique.

nota : La métaphysique est une branche de la philosophie et de la théologie qui porte sur la recherche des causes, des premiers principes. Elle place la connaissance de l'être absolu comme première cause, des causes de l'univers et de la nature de la matière.
 multivers, avant le bigbang

Image : L'univers est une bulle d'hydrogène (≈92%) et d'hélium (≈8%), en expansion. Cette bulle crée une nouvelle bulle qui en produit d’autres etc...
Des univers qui donnent naissance à d’autres univers, est une idée intéressante mais qui reste spéculative.

Rayonnement fossile

    

La découverte du rayonnement fossile Fond du ciel, rayonnement de micro-ondes à basse température arrivant à la surface de la Terre depuis toutes les directions du cosmos. On l'appelle ainsi parce qu'il forme un arrière-plan à toutes les sources radio ponctuelles qui ont été détectées par les radiotélescopes. Il fut détecté pour la première fois par Arno Penzias et Robert W. Wilson, en 1965, aux Laboratoires de Bell Telephone, dans le New Jersey. sans source spécifique et résidu des conditions extrêmes qui prévalurent dans les premiers instants de l'univers, a permis de conclure que l'Univers, il y a 15 Milliards d'années, a été à une température d'au moins 3000°C.
En 1965, Arno Penzias et Robert Wilson (1965) découvrent l'existence du rayonnement de fond du ciel à 2,7 K (-270°C). Cette radiation naturelle cosmique peut être trouvée depuis toutes les directions de l'espace. Voilà notre vision de l'univers au 21è siècle.
Mais sommes-nous remonter au début de l'Univers ?
C’est dans ces conditions que l'Univers passe d'un état opaque à un état transparent, c’est à dire lumineux.
Mais que se passe-t-il au delà de cette période ?
L'Univers était opaque et avant cette période, nous ne pouvons rien voir. Heureusement il existe d'autres fossiles. C’est l'abondance relative de certains éléments (Hélium, Hydrogène, Lithium lourd). Les physiciens sont arrivés à la conclusion que l'Univers a été à un moment donné à une température d'au moins 10 milliards de degrés. Cette période se situe 1 million d'années avant le passage à l'état transparent (3000°C). Si l'on remonte encore un peu dans le temps, l'Univers atteint des températures de l'ordre du trillion de degré.

 

Dans cet état il n'est pas composé de noyaux de neutrons et de protons, mais d'une soupe de quarks et de gluons. Les quarks s'attirent et se repoussent en échangeant des gluons comme les électrons dégagent des photons dans les champs électromagnétiques.
C’est seulement quand la température diminue que les quarks se combinent pour donner les neutrons, les protons et les mésons.
Si l'on remonte encore plus loin, une centaine de seconde avant, on trouve encore des fossiles.
Par exemple, le nombre de photons par rapport au nombre d'atomes, est de 3 milliards.

nota : Le parsec est la distance à laquelle une unité astronomique (UA (symbol : ua ou au) Créée en 1958, c’est l'unité de distance utilisée pour mesurer les distances des objets du système solaire, cette distance est égale à la distance de la Terre au Soleil. La valeur de l'unité astronomique représente exactement 149 597 870 700 m, lors de son assemblée générale tenue à Pékin, du 20 au 31 août 2012, l'Union astronomique internationale (UAI) a adopté une nouvelle définition de l'unité astronomique, unité de longueur utilisée par les astronomes du monde entier pour exprimer les dimensions du Système solaire et de l’Univers. On retiendra environ 150 millions de kilomètres. Une année-lumière vaut approximativement 63 242 ua. Mercure : 0,38 ua, Vénus : 0,72 ua, Terre : 1,00 ua, Mars : 1,52 ua, Ceinture d’astéroïdes : 2 à 3,5 ua, Jupiter : 5,21 ua, Saturne : 9,54 ua, Uranus : 19,18 ua, Neptune : 30,11 ua, Ceinture de Kuiper : 30 à 55 ua, Nuage d’Oort : 50 000 ua.) sous-tend un angle d'une seconde d'arc. Tableau des équivalences.

pcalaukm
pc13,262062653,09x1013
al0,3071632429,46x1012
au4,85x10-61,58x10-511,50x108
km3,24x10-141,06x10-136,68x10-91
 fond de ciel Univers

Image : Le rayonnement du fond du ciel est un rayonnement naturel de  micro-onde fossile à 2.73 K. Ces fluctuations de densité de l'ordre de 1/100 000ème, témoignent qu'environ 380 000 ans après le Big Bang, il existait des zones hétérogènes dans l'univers d'une taille comprise entre 100 et 1000 Mpc (méga parsec).
Cette image a été réalisée par le satellite Cobe en 1992.

Matière et antimatière

    

Lorsque les physiciens créent de la matière dans les accélérateurs de particules, ils créent également une quantité identique d'antimatière. L'antimatière composée de neutrons, d'électrons positifs et de protons négatifs, est très peu présente dans l'Univers car quand la matière et l'antimatière se rencontrent les deux disparaissent et dégagent une quantité d'énergie gigantesque. La charge de l'électron est très exactement identique à celle du proton qui est composé de 3 quarks, c’est à dire que la charge de l'électron est strictement égale à 3 quarks. L'électron réagit à la force électromagnétique et ignore la force nucléaire, mais les quarks réagissent aux deux. C’est à la température de 1028 degrés Celsius, que les physiciens trouvent une explication à certaines questions. Leur souci permanent est de trouver une théorie unique qui réponde à des réalités différentes, d'où cet acharnement à unifier les forces. Au 19ème siècle la force thermique et la force dynamique ont été unifiées dans une théorie, la thermodynamique. De la même façon la force électrique et la force magnétique ont été unifiées pour expliquer la force électromagnétique. Aujourd'hui les 4 forces restant à unifier sont, la force nucléaire, la force électromagnétique, la force faible et la force de gravitation. Ces 4 forces sont probablement des manifestations différentes d'une seule et même force.

 

Image : Les étapes d'apparition des forces, composantes de notre univers, d'aujourd'hui (à gauche) à son début (à droite).

unification des forces

Histoire des particules de notre univers

    

0 s : BIG BANG

10-43s : Gravité quantique. 
Toutes les interactions sont égales. Toutes les particules coexistent en proportions égales.
La gravité fait son apparition.
C'est le mur de Planck.
L'univers observable aujourd'hui a un diamètre de 10-35 mètre.
10-36s
: c'est la séparation de la force nucléaire.
10-35s : Grande Unification, période d'inflation.
10-33s : L'antimatière disparait.
10-11s : Les bosons W et Z° n'apparaissent plus spontanément, c'est la séparation de la force électromagnétique-faible.
10-6s :  Les quarks se confinent dans les protons et les neutrons.
100 s : Nucléosynthèse primitive H, D, He, Li. Formation des atomes d'hydrogène, d'hélium, de deutérium et de lithium.
3,8x105 ans : Découplage lumière-matière, la soupe primitive libère les ondes électromagnétiques, l'Univers devient transparent. Les photons se déplacent depuis dans les limites de leur Univers. La trace de cet évènement est le rayonnement cosmologique diffus détecté en 1965.
109 ans : Premières étoiles, protogalaxies.
Les premières étoiles apparaissent 400 millions d'années après le Big Bang.
3x109 ans : Noyaux de galaxies, quasars.
5x109 ans : Disques galactiques.
10x109 ans : Formation du système solaire.
15x109 ans : Aujourd'hui, vie, évolution.

Image : Histoire des particules depuis la création de notre univers.

 histoire de l'univers, les particules classées par groupe

3 milliards de photons pour 1 atome

    

C’est à la période 10-35 seconde que l'Univers est Grand Unifié et que la force est responsable des 3 fossiles. Avant cette période il y avait autant de matière que d'antimatière. Les quarks pouvaient se transformer en neutrons ou en protons ce qui explique que quarks et électrons ont des charges identiques.
A cette période il se produit un tout petit supplément de matière. La matière et l'antimatière se rencontrent et crée toute la lumière. Ce qu'il reste aujourd'hui c’est de la lumière et un résidu de matière, 1 particule de matière pour 3 milliards de particules de lumière. Si nous remontons encore dans le temps à des températures au delà de 1032 K , nous arrivons aux limites de la physique actuelle, nous n'avons pas de théorie pour expliquer ce qui se passe à cette température et comment fonctionne la matière.

 

La théorie de la relativité et la théorie quantique s'effondrent et sont même en conflit car la notion d'espace et de temps n'existe plus.
Nous sommes devant un mur, le mur de Planck, une terra incognita. On dit que c’est le début de l'Univers car nous ne pouvons pas passer ce mur.

nota : Le mur de Planck est la frontière entre le monde physique et le monde mathématique.
L'ère de Planck, 10-43 seconde, désigne la période de l'Univers où les quatre interactions (électromagnétisme, interaction faible, interaction forte et gravitation) étaient unifiées. Elles s'appliquaient en même temps mais la relativité générale et la physique quantique ne fonctionnent que séparément.

 

Multivers et inflation éternelle

    

L'univers est une bulle cosmique en expansion, cette bulle crée une nouvelle bulle qui en produit d’autres etc... des quantités d’autres univers qui donnent naissance à d’autres univers, c’est une idée intéressante mais qui reste pour l’instant très spéculative. Un univers de faible densité ne produirait pas de galaxie, pas d'étoile, pas d'atome et pas de molécule. Un univers de forte densité ne durerait pas suffisamment pour permettre l'éclosion de la vie.

 

Seuls les Univers de densité égale à la densité critique, c’est à dire de géométrie plane, présentent des conditions favorables à l'apparition de la vie.
Notre Univers primordial est plan, isotherme, sans rotation et si peu entropique. Entropie vient du grec retour en arrière. C’est une fonction thermodynamique. Projetée dans une turbine, l'eau d'un barrage transforme son énergie gravitationnelle en énergie électrique. Plus tard, on en fera un mouvement dans un moteur électrique ou de la chaleur dans un radiateur. Tout au long de ces transformations, l'énergie se dégrade en d'autres termes, son entropie augmente. L'entropie totale d'un système isolé doit toujours augmenter, son désordre doit toujours croître, c’est le deuxième principe de la thermodynamique.
Qui avait-il avant le Big Bang ?
A quelle impulsion a obéi le Bigbang ?
Les cosmologistes invoquent l'effet de "Bootstrap", d'après la mésaventure du baron de Münchhaussen.

 

nota : Le baron de Münchhausen en mauvaise posture, s'enfonçait inexorablement dans la vase sans qu'aucune aide ne vienne à son secours. Ne pouvant compter que sur lui-même, dans un effort ultime, il prit appui dans ses bottes et se propulsa en dehors.

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