Lorsque vous faites cuire une miche de pain ou un lot de muffins, vous mettez la pâte dans un moule. Au fur et à mesure que la pâte cuit au four, elle se dilate dans le moule. Les pépites de chocolat ou les myrtilles présentes dans la pâte à muffins s’éloignent les unes des autres à mesure que la pâte à muffins se dilate.
Le expansion de l’univers est, à certains égards, similaire. Mais cette analogie comporte une erreur : pendant que la pâte se dilate dans le moule, l’univers n’a rien dans lequel s’étendre. Il s’étend simplement sur lui-même.
Cela peut ressembler à un casse-tête, mais l’univers est considéré comme tout ce qui se trouve dans l’univers. Dans l’univers en expansion, il n’y a pas de casserole. Juste de la pâte. Même s’il y avait une casserole, elle ferait partie de l’univers et s’étendrait donc avec la casserole.
Même pour moi, un professeur titulaire de physique et d’astronomie qui étudie l’univers depuis des années, ces idées sont difficiles à comprendre. Vous ne vivez rien de tel dans votre vie quotidienne. C’est comme demander quelle est la direction la plus au nord du pôle Nord.
Une autre façon d’envisager l’expansion de l’univers consiste à réfléchir à la manière dont les autres galaxies s’éloignent de la nôtre, la Voie lactée. Les scientifiques savent que l’univers est en expansion parce qu’ils peuvent suivre d’autres galaxies à mesure qu’elles s’éloignent de la nôtre. Ils définissent l’expansion en utilisant la vitesse à laquelle les autres galaxies s’éloignent de nous. Cette définition leur permet d’imaginer une expansion sans avoir besoin de quelque chose dans lequel se développer.
L’univers en expansion
L’univers a commencé avec le Big Bang Il y a 13,8 milliards d’années. Le Big Bang décrit l’origine de l’univers comme une singularité extrêmement dense et chaude. Ce petit point a soudainement connu une expansion rapide appelée inflation, où chaque endroit de l’univers s’est étendu vers l’extérieur. Mais le nom Big Bang est trompeur. Ce n’était pas une explosion géantecomme son nom l’indique, mais une époque où l’univers s’est développé rapidement.
L’univers s’est alors rapidement condensé et refroidi, et il a commencé à produire de la matière et de la lumière. Finalement, il a évolué vers ce que nous appelons aujourd’hui notre univers.
L’idée selon laquelle notre univers n’était pas statique et pouvait être en expansion ou en contraction était publié pour la première fois par le physicien Alexander Friedman en 1922. Il confirma mathématiquement que l’univers est en expansion.
Alors que Friedman a prouvé que l’univers était en expansion, au moins à certains endroits, c’est Edwin Hubble qui a étudié plus en profondeur le taux d’expansion. De nombreux autres scientifiques ont confirmé que d’autres galaxies s’éloignent de la Voie Lactée, mais en 1929, Hubble a publié son célèbre article cela a confirmé que l’univers entier était en expansion et que le rythme de son expansion augmente.
Cette découverte continue de laisser perplexe les astrophysiciens. Quel phénomène permet à l’univers de vaincre la force de gravité qui le maintient ensemble tout en s’étendant en séparant les objets de l’univers ? Et par-dessus tout, son taux d’expansion s’accélère avec le temps.
De nombreux scientifiques utilisent un visuel appelé entonnoir d’expansion pour décrire comment l’expansion de l’univers s’est accélérée depuis le Big Bang. Imaginez un entonnoir profond avec un large bord. Le côté gauche de l’entonnoir – l’extrémité étroite – représente le début de l’univers. En vous déplaçant vers la droite, vous avancez dans le temps. L’élargissement du cône représente l’expansion de l’univers.
Les scientifiques n’ont pas pu mesurer directement où se trouve le énergie provoquant cette expansion accélérée vient de. Ils n’ont pas pu le détecter ni le mesurer. Parce qu’ils ne peuvent pas voir ou mesurer directement ce type d’énergie, ils l’appellent énergie sombre.
Selon les modèles des chercheurs, l’énergie sombre doit être la forme d’énergie la plus répandue dans l’univers, représentant environ 68% de l’énergie totale de l’univers. L’énergie de la matière quotidienne, qui constitue la Terrele Soleil et tout ce que nous pouvons voir ne représente qu’environ 5 % de toute l’énergie.
En dehors de l’entonnoir d’expansion
Alors, qu’y a-t-il en dehors de l’entonnoir d’expansion ?
Les scientifiques n’ont aucune preuve de quoi que ce soit au-delà de notre univers connu. Cependant, certains prédisent que il pourrait y avoir plusieurs univers. Un modèle incluant plusieurs univers pourrait résoudre certains des problèmes que les scientifiques rencontrent avec les modèles actuels de notre univers.
Un problème majeur de notre physique actuelle est que les chercheurs ne peuvent pas intégrer mécanique quantiquequi décrit le fonctionnement de la physique à très petite échelle, et la gravité, qui régit la physique à grande échelle.
Les règles régissant le comportement de la matière à petite échelle dépendent de la probabilité et de quantités d’énergie quantifiées ou fixes. À cette échelle, les objets peuvent naître et disparaître. La matière peut se comporter comme une vague. Le monde quantique est très différent de la façon dont nous voyons le monde.
À grande échelle, ce que les physiciens appellent mécanique classiqueles objets se comportent comme nous nous attendons à ce qu’ils se comportent au quotidien. Les objets ne sont pas quantifiés et peuvent avoir des quantités d’énergie continues. Les objets n’apparaissent pas et ne disparaissent pas.
Le monde quantique se comporte un peu comme un interrupteur, où l’énergie n’a qu’une option marche-arrêt. Le monde que nous voyons et avec lequel nous interagissons se comporte comme un gradateur, permettant tous les niveaux d’énergie.
Mais les chercheurs se heurtent à des problèmes lorsqu’ils tentent d’étudier la gravité au niveau quantique. À petite échelle, les physiciens devraient supposer que la gravité est quantifiée. Mais les recherches que beaucoup d’entre eux ont menées ne soutient pas cette idée.
Une façon de faire fonctionner ces théories ensemble est de théorie du multivers. Il existe de nombreuses théories qui vont au-delà de notre univers actuel pour expliquer comment la gravité et le monde quantique fonctionnent ensemble. Certaines des principales théories incluent théorie des cordes, cosmologie des branes, théorie quantique des boucles et bien d’autres.
Quoi qu’il en soit, l’univers continuera de s’étendre, la distance entre la Voie lactée et la plupart des autres galaxies s’allongeant au fil du temps.
Cette question a été soumise par Mael, 10 ans, de Missoula, Montana, dans le cadre de la série Curious Kids de The Conversation.
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