Les ingrédients de l’univers ont été décidés en trois minutes | Vide cosmique

Évidemment, en tant que scientifique, et plus particulièrement en tant qu’astrophysicien, je ne peux rien dire de différent : l’astrologie est une arnaque. Les étoiles n’influencent pas nos vies ni notre destin. D’un autre côté, en tant que « physicien classique », je suis convaincu que la science est déterministe, que les lois physiques gouvernent le cosmos et que nous pouvons savoir comment n’importe quel système se comporte si nous connaissons bien ces lois, les conditions initiales et prenons les données appropriées. Une autre chose est que si j’étais un physicien plus moderne, un physicien quantique, disons, je devrais considérer les limitations déterministes liées à un certain hasard, et les implications de la théorie du chaos.

Et quelque part à mi-chemin de l’approche introductive se trouve notre sujet d’aujourd’hui : les trois premières minutes de l’univers ont déterminé la composition actuelle de l’univers et toute son évolution ultérieure. Autrement dit, ce qui nous constitue et ce que nous sommes aujourd’hui, tout ce qui existe, tout ce qui existera, tout ce qui n’existe pas et n’existera pas, a été décidé en seulement trois minutes ! Des choses du destin à l’échelle cosmique.

Et que s’est-il passé pendant ces trois premières minutes de notre univers ? De toute évidence, le problème n’est pas aussi simple que cette question semble l’indiquer. Il ne s’agit pas de plusieurs aspects, je n’en parlerai ici que de trois.

Le premier problème concerne la définition des « premières minutes ». Nous, astrophysiciens et amateurs de cosmologie, avons entendu à maintes reprises que l’univers a environ 14 milliards d’années. L’estimation la plus précise est actuellement de 13,787 millions d’années, soit en hausse ou en baisse de 20 millions d’années. Cette affirmation implique qu’il existe une origine du temps, un t=0 à partir duquel on compte, qui serait le Big Bang. La question peut se poser, certains pourraient en rire, mais elle est loin d’être stupide (car il n’y a pas de questions stupides), que s’est-il passé avant, ou si le temps peut être négatif (donc penser que le temps peut y aller n’a peut-être pas beaucoup de retard). ). Mais le fait est que ce Big Bang n’est pas l’origine du temps, comme on dit que la Puerta del Sol est à l’origine des routes nationales (je n’ai pas compris). MadridcentrismeJe suis désolé). Le Big Bang est l’origine du temps lui-même, le temps est crééou, pour éviter d’entrer dans des questions théologiques, apparaîtcomme nous le savons et vivons aujourd’hui, dans le Big Bang. Ainsi, le destin de l’univers a été créé dans les trois premières minutes de l’existence non seulement de l’univers, mais du temps (qu’est-ce qui existe si le temps n’existe pas ? Je ne sais pas comment répondre à cette question).

Un autre aspect qu’il faut prendre en compte pour répondre à la question des trois premières minutes de notre univers est que tout ce que nous voyons autour de nous, l’univers que nous appelons observable, qui s’étend en ce moment depuis l’écran où vous lisez cet article jusqu’au plus galaxie lointaine que nous connaissons, s’est concentrée trois minutes après le Big Bang dans un volume extrêmement petit, entre un quadrillion et un quintillion de ce qu’elle occupe aujourd’hui, comme si une personne avait la taille d’un seul atome. “L’univers entier” n’était pas seulement ce volume, il y en aurait bien plus à proximité, mais aujourd’hui il est trop loin et nous n’avons aucune information à son sujet, nous disons que “nous n’y sommes pas connectés”, au-delà de penser que cet inaccessible l’univers est le même que le nôtre, l’observable.

Avec cette taille, il avait une densité beaucoup plus élevée (le rapport avec celui actuel est le même que ce que nous avons dit pour le volume), ainsi que sa température, et cela rend ce bébé univers très différent de celui que nous connaissons aujourd’hui. . Mais, et c’est là un élément clé, la température de l’univers au-dessus de la première seconde après le Big Bang, et jusqu’à la troisième minute de la vie (en comptant encore une fois le Big Bang comme une naissance, mais parler de naissance ou de création n’a peut-être pas de sens), elle est passée d’environ cent milliards de degrés à un milliard de degrés (ce dernier nombre, quelques dizaines de fois supérieur à la température du noyau du Soleil). Il s’agit d’une gamme de températures que nous avons pu reproduire et étudier en laboratoire, au Grand collisionneur de hadrons (LHC) des températures de l’ordre de 5 milliards de degrés ont été atteintes, soit plus de dix fois supérieures à la température de l’univers en le second (en fait, avec ces températures, on pourrait atteindre un centième de seconde après le Big Bang). Nous savons donc assez bien ce qui se passe pendant ces trois premières minutes.

Ce qui dominait l’énergie de l’univers dans des temps inférieurs à 180 secondes, ce sont, oui !, des particules qui nous semblent aujourd’hui normale: les électrons, les neutrinos et les photons, et leurs antiparticules, plus les protons et les neutrons, dont les antiparticules avaient déjà disparu de l’univers, du moins du nôtre (l’observable, c’est une autre histoire). Avant cette première seconde, ce n’était pas comme ça, il y avait d’autres particules plus compliquées que nous ne connaissons toujours pas non plus.

Nos connaissances actuelles en physique, basées sur des travaux de laboratoire, sont suffisantes pour savoir comment se comportaient toutes ces particules qui dominaient l’énergie de l’univers en expansion, de plus en plus grosses, plus froides et raréfiées (c’est-à-dire moins denses). D’une manière analogue à la façon dont un nuage se refroidit et où de l’eau, voire de la glace, se forme, l’univers entier a traversé changements de statut en refroidissant. Mais l’analogie n’est pas parfaite, car en même temps le cosmos devenait moins dense parce que l’espace-temps devenait plus grand. Le résultat est qu’à l’origine, une seconde après le Big Bang, toutes les particules mentionnées précédemment interagissaient les unes avec les autres, avec des électrons entrant en collision avec des positrons et créant des photons, ou des photons entrant en collision avec d’autres photons (qui sont leurs antiparticules) et donnant naissance à des photons. aux neutrinos et antineutrinos, ou ceux-ci entrent en collision avec des protons et forment des neutrons ou inversement. Et à la troisième minute, toutes ces interactions ont disparu.

Le taux d’expansion et de refroidissement de l’univers au cours de ces trois minutes a précipité les événements. D’abord, les neutrinos ont cessé d’être en équilibre avec les autres particules normaleils se sont anéantis sauf pour une petite fraction et ceux qui ont survécu ont commencé à voyager librement. Aujourd’hui, il est encore extrêmement difficile d’arrêter un neutrino en le faisant interagir avec un proton ou un électron, les calculs indiquent qu’il faut une année-lumière de plomb pour réaliser une interaction (et le milieu interstellaire dans une année-lumière autour de nous est des quadrillions de fois moins dense que le plomb). Voyager librement signifie qu’ils ont cessé d’interagir avec les protons et les neutrons, qui peuvent se transformer entre eux en présence de neutrinos (et d’antineutrinos) suffisamment énergétiques. Mais cela a cessé de se produire quelques secondes après le Big Bang et le nombre de protons et de neutrons a été gelé (en pratique, il y a d’autres effets, mais c’est une autre histoire).

Peu de temps après (peu de temps pour nous, mais nous parlons de quelques secondes après le Big Bang, c’est-à-dire que l’âge de l’univers doublait à chaque fois) les positrons et les électrons ont également cessé d’être en équilibre, ils se sont auto-annihilés, et seuls quelques restes des derniers (ou des premiers, et nous avons changé leur nom) ont survécu. Il n’y a désormais plus que des photons, des protons, des neutrons, des électrons et des neutrinos dans l’univers. Toute matière normale était déjà en place, et à partir de là son évolution commença à suivre son cours, qui finirait par aboutir à la création d’étoiles, puis de planètes (ou en même temps dans le cas de planètes gazeuses ?).

Entre les deux, n’oublions pas de le dire, il y avait un autre type de matière qui suivait son propre chemin depuis longtemps (c’est-à-dire bien avant la première seconde) sans interagir avec les photons et autres particules, à l’exception de l’effet de la gravité. Il s’agit de la matière noire, qui avait déjà planté la graine de la formation des galaxies et qui, à l’avenir, dominerait l’énergie de l’univers, avant que cette domination ne soit supprimée par autre chose (le dernier une autre histoire).

Et tout cela, ne l’oubliez pas, s’est produit en trois minutes.

Vide cosmique C’est une section dans laquelle nos connaissances sur l’univers sont présentées de manière qualitative et quantitative. Il vise à expliquer l’importance de comprendre le cosmos non seulement d’un point de vue scientifique, mais aussi d’un point de vue philosophique, social et économique. Le nom « vide cosmique » fait référence au fait que l’univers est et est en grande partie vide, avec moins d’un atome par mètre cube, alors que dans notre environnement, paradoxalement, il y a des quintillions d’atomes par mètre cube. cubique, qui nous invite à réfléchir sur notre existence et la présence de la vie dans l’univers. La section est composée Pablo G. Pérez Gonzálezchercheur au Centre d’Astrobiologie, et Eva Villaverdirecteur adjoint de l’Institut d’Astrophysique des Îles Canaries.