The Universe in the Classroom

www.astrosociety.org/uitc

No. 37 - Winter 1997

© 1997, Astronomical Society of the Pacific, 390 Ashton Avenue, San Francisco, CA 94112.

Big Bang

Philippe Brieu
University of Michigan

George Musser
Astronomical Society of the Pacific

 

Quand est-ce que le temps a démarré? Quelle est notre origine? Quelle est notre destinée? Trois questions fondamentales qui ont toujours occupé l'esprit humain.

Qu'y avait-il avant l'origine du temps? Qu'y a-t-il au-delà des limites de l'univers? Est-il possible de voyager dans le temps? Trois autres questions qui ne manquent pas de fasciner la jeunesse et d'embarrasser les enseignants.

Je me souviens que je me posais ce genre de questions dans ma jeunesse. Malheureusement personne dans mon entourage ne semblait avoir de réponses. Pourtant, il fallait que je sache! Je me suis dit que je devrais devenir astronome et trouver les réponses.

En fait, j'ai découvert que ce n'est pas aussi simple. Les chercheurs ont fait d'immenses progrès ces dernières années, mais beaucoup d'aspects restent controversés. On retrouve souvent cela dans les titres des journaux: "Un chercheur voit le visage de Dieu, confirme le Big Bang" (une allusion aux résultats du satellite COsmic Background Explorer), "Le cosmos est-il plus jeune que certaines des étoiles qu'il contient? La cosmologie en déroute" (les tentatives de mesure du taux d'expansion de l'univers), "Les astronomes découvrent des milliards de galaxies auxquelles ils ne s'attendaient pas" (des observations du Télescope Spatial Hubble), "Des physiciens décrivent la sombre fin du monde" (des suppositions sur le destin de l'univers).

Tous ces sujets, et bien d'autres, font de la cosmologie un domaine passionnant. Par définition, la cosmologie est l'étude de l'univers dans son ensemble, de son histoire, et de son contenu global. La cosmologie tente de répondre à certaines des questions les plus élémentaires que nous ayons à propos de la réalité dans laquelle nous vivons.

L'Unique Univers
Le Plus Grand De Tous Les Boums
Comment Fabriquer Un Elément
L'Univers Grandit
Masquez Vos Yeux
Le Destin de l'Univers

L'Unique Univers

Les cosmologues sont des chercheurs dans une situation unique. Ils n'ont qu'un exemplaire à étudier: le seul et unique univers dans lequel nous vivons. On ne peut pas le reproduire; on ne peut pas en choisir un autre pour voir ce qui s'y passe; on ne peut pas le comparer à quoi que ce soit, comme le font couramment les astronomes avec les planètes, les étoiles, et les galaxies. Et on ne peut pas non plus faire d'expériences avec ce qu'on étudie. On ne peut que l'observer passivement.

Qui plus est, nous sommes à l'intérieur de l'univers (par définition). Cela le rend encore plus difficile à étudier. Les cosmologues sont comme des dentistes qui essayent d'opérer dans leur propre bouche. Ils sont enfermés dans l'objet de leur étude. En science il est toujours utile de regarder les choses de l'extérieur. Les zoologistes essayent de ne pas être vus par les animaux qu'ils étudient afin de ne pas influencer leur comportement. Les météorologues observent les tempêtes à l'aide de satellites météo. Mais on ne peut pas s'échapper de l'univers. On ne peut pas en sortir et y jeter un coup d'oeil.

Aussi faut-il faire attention au sens qu'on donne à ce qu'on voit à proximité et au loin. Si vous regardez autour de vous, vous voyez probablement un mur, une porte, une fenêtre, un placard. Si vous regardez plus loin, vous voyez une rue, d'autres bâtiments, et peut-être des montagnes au loin. Entre, peut-être une ferme, un lac, une forêt, une autoroute. Vous voyez donc des choses très différentes dans des directions et à des distances différentes (voir dessin p. *).

Si vous pouviez voir encore plus loin, vous finiriez par voir l'océan. A partir de là, vous pourriez distinguer entre terre et eau: ici un continent, là un océan, au bord duquel se trouve un autre continent, etc... Quelqu'un d'autre pourrait faire la même chose depuis n'importe où sur Terre, et bien que son voisinage proche puisse être assez différent du vôtre, à une échelle suffisamment grande--celle de la Terre entière--vous auriez tous deux la même description élémentaire: terre et eau.

En cosmologie, les galaxies sont la terre et l'espace entre les galaxies est l'eau. Ce n'est qu'aux échelles de galaxies et au-delà qu'on peut parler de l'univers en général. A ces échelles, votre position exacte dans l'univers n'a pas d'importance, car celui-ci est à peu près identique depuis n'importe quel endroit dans n'importe quelle direction: des galaxies partout (voir photo p. *).

Cette observation est le point de départ de la cosmologie. Tout comme la Terre n'est pas au centre du système solaire, elle n'est pas au centre de l'univers, mais plutôt à un endroit quelconque équivalent à tout autre endroit. En termes techniques, les cosmologues disent que l'univers est "homogène" et "isotrope" aux plus grandes échelles. Homogène signifie que l'univers a la même composition élémentaire et la même structure partout. Isotrope veut dire qu'il a en gros la même apparence dans chaque direction.

Les cosmologues pensent également que les mêmes lois de la physique--gravité, mouvement, électricité, magnétisme, etc--sont valables partout tout le temps. Cela s'appuie aussi sur des observations. Si les lois de la physique étaient un tant soit peu différentes, les étoiles lointaines refuseraient de briller, les orbites ne seraient pas respectées, la lumière aurait l'air fatiguée. On ne constate rien de tel. L'uniformité remarquable de l'univers est ce qui nous permet de l'étudier dans sa totalité.

From town to Kuiper Belt
From Oort Cloud to Cosmic Horizon
Mais quelle est donc la taille de l'univers? Chacune de ces bulles est environ 300 fois plus large que la précédente. En partant de votre ville et en zoomant 9 fois, vous atteignez l'extrémité de l'univers observable. Ce schéma est un exemple d'échelle logarithmique. En fait, dans l'autre direction, en réduisant la taille de chaque bulle d'un facteur 300, vous vous retrouveriez avec un fragment plus petit que la plus petite particule subatomique connue. L'être humain est donc au milieu de l'intervalle des échelles cosmiques. Nous sommes environ aussi petits face à l'univers que les particule subatomiques par rapport à nous. Schéma par Kathleen L. Blakeslee pour la SAP.

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