Univers
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2008-07-23T21:07:30Z
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{{voir homonymes}}
[[Image:Universum.jpg|thumb|[[Gravure sur bois de Flammarion|Universum]] - C. Flammarion, gravure sur bois, Paris 1888, Coloris : Heikenwaelder Hugo, Wien 1998.]]
L{{'}}'''Univers''' est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent. En [[cosmologie]], l'univers est appréhendé comme l'ensemble de la matière distribuée dans le temps et dans l'espace.
== Découverte de l'Univers dans l'Histoire ==
{{article détaillé|Monde (univers)|Révolution copernicienne}}
Les [[Sciences grecques]] tentèrent de comprendre le [[monde (univers)|monde]] et de l'expliquer :
* Les philosophes [[Parménide]], [[Platon]], et [[Aristote]] avaient intégré l'idée d'une terre [[sphère|sphérique]], mais ils la voyaient au centre de l'univers physique, alors que l'école de [[Thalès de Milet|Milet]] se représentait la Terre plate.
* [[Ératosthène]] tenta de réaliser des calculs précis, notamment la mesure de la circonférence d'un méridien terrestre.
* [[Aristarque de Samos]] est peut-être l'un des premiers à envisager un modèle de système planétaire [[héliocentrisme|héliocentré]]. Cette découverte ne fait alors pas l'unanimité, pour des raisons philosophiques surtout en cela qu'une telle cosmologie est en désaccord avec la conception [[géocentrée]] du monde qui était retenue par de grands philosophes comme [[Parménide]], [[Platon]], et [[Aristote]]. Il calcule aussi la distance Terre-Lune dont il trouve une valeur très précise (60 rayons terrestres).
* [[Hipparque (astronome)|Hipparque]] poursuit ce travail : il recalcule la distance Terre-Lune, recense 1 500 étoiles, retrouve approximativement la période de précession des équinoxes, qui était déjà connue des [[Babylone|Babyloniens]].
[[Image:Cellarius ptolemaic system.jpg|thumb|''L'univers, vu par [[Andreas Cellarius (astronome)|Andreas Cellarius]] en 1660/61.'']]
Ces connaissances du monde grec perdureront et influenceront les sciences [[Arabes]] après l'effondrement du monde gréco-romain, alors que dans le monde chrétien Cosmas d'Alexandrie restaure le modèle d'un monde plat et un système planétaire centré sur la terre.
La [[Renaissance : période de l'histoire|Renaissance]] porte à son apogée cette représentation du monde, grâce aux explorations et aux grandes découvertes qui eurent lieu du {{XIIIe s}} au {{XVIe siècle}}s, avec des systèmes [[géographie|géographiques]] et [[cosmologie|cosmologiques]] très élaborés ([[projection de Mercator]]).
La [[révolution copernicienne]] bouleverse cette [[cosmologie]] en trois étapes :
# [[Nicolas Copernic|Copernic]] redécouvre l'héliocentrisme. Toutefois, cette redécouverte n'est que partiellement révolutionnaire : en effet, [[Nicolas Copernic|Copernic]] reste attaché aux sphères transparentes censées soutenir les planètes et leur imprimer leur mouvement ; il présente son système comme un simple artifice destiné à simplifier les calculs, ce qui lui évite des ennuis avec le [[clergé]].
# Le dominicain [[Giordano Bruno]] défend la réalité du modèle héliocentrique et l'étend à toutes les étoiles, ouvrant la dimension de l'univers physique à l'infini.
# [[Kepler]], [[Galileo Galilei|Galilée]] et [[Isaac Newton|Newton]] posent les bases fondamentales de la [[mécanique]] à partir du [[Mouvement (mécanique)|mouvement]] des [[planètes]], grâce à leurs études respectivement du mouvement [[ellipse (mathématiques)|elliptique]] des [[planète]]s autour du [[Soleil]], l'affinement des observations [[astronomie|astronomiques]] avec la définition du mouvement uniformément accéléré, et la formalisation mathématique de la force de gravité. L'univers, toutefois, reste confiné dans le [[système solaire]].
== Naissance de l'Univers==
=== L'expansion de l'Univers, son âge et le Big Bang ===
{{article détaillé|Frise chronologique du Big Bang}}
Les observations du [[décalage vers le rouge]] des [[rayonnement électromagnétique|rayonnements électromagnétiques]] en provenance d'autres [[galaxie]]s suggèrent que celles-ci s'éloignent de notre galaxie, à une vitesse radiale d'éloignement supposée proportionnelle à ce décalage.
En étudiant les galaxies proches, [[Edwin Hubble]] s'est aperçu que la vitesse d'éloignement d'une galaxie était proportionnelle à sa distance par rapport à l'observateur ([[loi de Hubble]]); une telle loi correspond à un Univers visible en [[expansion de l'Univers|expansion]].
Bien que la [[constante de Hubble]] ait été révisée par le passé dans d'importantes proportions (dans un rapport de 10 à 1), la loi de Hubble a été extrapolée aux galaxies éloignées, pour lesquelles la distance ne peut être calculée au moyen de la [[parallaxe]] ; cette loi est ainsi utilisée pour déterminer la distance des galaxies les plus lointaines.
En extrapolant l'expansion de l'Univers dans le passé, on arrive à une époque où celui-ci a du être beaucoup plus chaud et beaucoup plus dense qu'aujourd'hui. C'est le modèle du [[Big Bang]] qui est un ingrédient essentiel du [[modèle standard de la cosmologie]] actuelle et possède aujourd'hui un grand nombre de confirmations expérimentales. La description du début de l'histoire de l'Univers par ce modèle ne commence cependant qu'après qu'il fut sorti d'une période appelée [[ère de Planck]] durant laquelle l'échelle d'énergie de l'Univers était si grande que le [[modèle standard (physique)|modèle standard]] n'est pas en mesure de décrire les phénomènes quantiques qui s'y sont déroulés. Durant cette époque, seule une théorie de la [[gravitation quantique]] pourrait expliquer le comportement microscopique de la matière sous l'influence importante de la gravité. Mais les physiciens ne disposent pas encore (en 2006) d'une telle théorie. Pour des raisons de cohérence avec les observations, après l'ère de Planck le modèle du Big Bang privilégie aujourd'hui l'existence d'une phase d'[[inflation cosmique]] très brève mais durant laquelle l'univers aurait grandi de façon extrêmement rapide. C'est suite à cette phase que l'essentiel des particules de l'univers auraient été créées avec une haute température, enclenchant un grand nombre de processus importants<ref>Comme la [[nucléosynthèse primordiale]] par exemple ou encore la [[baryogénèse]].</ref> qui ont finalement abouti à l'émission d'une grande quantité de lumière, appelé [[fond diffus cosmologique]], qui peut être aujourd'hui observé avec une grande précision par toute une série d'instruments (ballons, sondes spatiales).
C'est l'observation de ce rayonnement fossile micro-onde, remarquablement uniforme dans toutes les directions qui constitue aujourd'hui l'élément capital qui assoit le modèle du Big Bang comme description correcte de l'univers dans son passé lointain. Beaucoup d'éléments du modèle restent encore à être affinés<ref>Il n'est pas encore possible de bien discriminer entre plusieurs modèles d'inflation pour donner un exemple.</ref> mais il y a aujourd'hui consensus de la [[communauté scientifique]] autour du modèle du Big Bang.
Dans le cadre du [[modèle ΛCDM]], qui est le plus simple incorporant tous les éléments que l'on vient d'évoquer, les contraintes issues des observations de la sonde [[Wilkinson Microwave Anisotropy Probe|WMAP]]<ref>Lancée par la [[National Aeronautics and Space Administration|NASA]]</ref> sur les [[paramètre cosmologique|paramètres cosmologiques]] indiquent une valeur la plus probable pour l'âge de l'univers à environ 13,7 milliards d'années<ref name="wmap3years">{{en}} D.N. Spergel ''et al.'', [http://arxiv.org/abs/astro-ph/0603449 ''Wilkinson microwave anisotropy probe (wmap) three year results: implications for cosmology.''] soumis à Astrophys. J. préprint disponible sur la base de données [[arXiv]].</ref> avec une incertitude de 0,2 milliard d'années, ce qui est en accord avec les données indépendantes issues de l'observation des [[amas globulaire]]s<ref name="amas globulaires">{{en}} Chaboyer, B. & Krauss, [http://arxiv.org/abs/astro-ph/0201443 ''Theoretical Uncertainties in the Subgiant--Mass Age Relation and the Absolute Age of Omega Cen'']L. M. 2002, ApJ, 567, L45</ref> ainsi que celle des [[naine blanche|naines blanches]]<ref>{{en}}B. Hanser et al [http://arxiv.org/abs/astro-ph/0401443 ''HST Observations of the White Dwarf Cooling Sequence of M4''] The Astrophysical Journal Supplement Series, Volume 155, Issue 2, pp. 551-576. préprint disponible sur l'[[arXiv]].</ref>.
=== Taille de l'Univers et Univers observable ===
{{article détaillé|Univers observable}}
À ce jour, rien ne nous permet de confirmer que l'univers est soit fini, soit [[infini]]. Certains théoriciens penchent pour un univers infini, d'autres pour un univers fini mais non borné.
L'univers observable se composant de tous les endroits qui pourraient nous avoir affectés depuis le Big Bang, en tenant compte que la [[vitesse de la lumière]] est finie.
L'[[horizon cosmique]] se trouve à une distance de 13 à 14 milliards d'[[année-lumière|années-lumière]].
La taille actuelle (la [[distance comobile]]) de l'univers observable est plus grande, puisque l'univers a continué de s'étendre pendant le temps que la lumière met à nous parvenir ; on estime qu'elle est d'environ 50 milliards d'années-lumière (4,73×10<sup>26</sup>m).
L'univers observable contient environ 7×10<sup>22</sup> [[étoile]]s, répandues dans environ 10<sup>11</sup> galaxies, elles-mêmes organisées en [[amas galactique|amas]] et super-amas de galaxies.
Le nombre de galaxies pourrait être encore plus grand, selon le [[champ profond de Hubble]] observé avec le [[télescope spatial Hubble]].
On notera que les articles populaires et professionnels de recherche en cosmologie emploient souvent le terme ''univers'' dans le sens d'''univers observable''.
Nous vivons au centre de l'univers observable, en contradiction apparente avec le [[principe de Copernic]] qui dit que l'univers est plus ou moins uniforme et ne possède aucun centre en particulier. C'est simplement parce que la lumière ne se déplace pas à une vitesse infinie et que les observations que nous faisons proviennent donc du passé. En effet, en regardant de plus en plus loin, nous voyons des choses qui se sont passées à une époque de plus en plus proche du Big Bang.
Et puisque la lumière se déplace à la même vitesse dans toutes les directions, tous les observateurs vivent au centre de leur univers observable (sur Terre, nous avons pratiquement tous le même).
D'un point de vue philosophique, la question de la finitude ou de la non-finitude de l'Univers a toujours préoccupé les hommes.
On pourrait raisonner que, l'Univers contenant par définition tout ce qui existe, y compris l'[[espace-temps]] (et c'est une précision essentielle), il ne peut avoir de « bord » tel que nous concevons intuitivement cette notion. En effet, l'existence d'un bord impliquerait qu'au-delà de ce bord, on ne serait plus dans l'Univers, ce qui serait absurde. Mais si l'Univers n'a pas de bord au sens intuitif de ce terme, alors son expansion n'est pas intuitive non plus : si elle l'était, dans quoi l'Univers serait-il en expansion?
On voit ici les apparents paradoxes entrainés par l'utilisation de notions dites "intuitives"... Qui ne sont que le reflet d'une perception locale de la réalité. Nos ancêtres du néolithique savaient probablement bien, eux, que tout était borné et que l'autre côté était inacessible. Donner une définition précise à ces notions intuitives permet de faire disparaître ces paradoxes.
On voit que ce problème échappe à nos raisonnements simpliste , qui se basent sur des hypothèses fausse telles que "l'Univers est galiléen", ou "un espace courbe est nécessairement inclus dans un espace de dimension supérieure".
En définitive, une définition précise de la notion d'univers permet de tenter de résoudre ces apparents paradoxes. Les paradoxes restants permettent de démontrer... que la définition donnée à l'Univers ne fait pas sens. On sait en fait aujourd'hui qu'une définition, même formelle, d'un ensemble n'implique pas son existence.
Bref le mot "Univers" reste à définir.
=== Forme de l'Univers ===
{{article détaillé|Topologie de l'Univers|Courbure spatiale}}
Une importante question de cosmologie qui reste sans réponse est la [[topologie de l'Univers]].
# Est-ce que l'univers est « plat » ? C'est-à-dire : est-ce que le [[théorème de Pythagore]] pour les [[triangle]]s droits est valide à de plus grandes échelles ? Actuellement, la plupart des cosmologues croient que l'univers observable est (presque) plat, juste comme la Terre est (presque) plate.
# Est-ce que l'univers est ''[[Connexité simple|simplement connexe]]'' ? Selon le modèle standard du Big Bang, l'univers n'a aucune frontière spatiale, mais peut néanmoins être de taille finie.
Ceci peut être compris par une analogie bidimensionnelle : la surface de la terre n'a aucun bord, mais possède une aire bien déterminée.
Vous pouvez également penser à un [[cylindre]] et imaginer de coller les deux extrémités du cylindre ensemble, mais sans plier le cylindre.
C'est aussi un espace bidimensionnel avec une surface finie, mais au contraire de la surface de la Terre, il est plat, et peut ainsi servir de meilleur modèle.
Par conséquent, à proprement parler, nous devrions appeler les étoiles et les galaxies mentionnées ci-dessus « images » d'étoiles et de galaxies, puisqu'il est possible que l'univers soit fini et si petit que nous pouvons voir une ou plusieurs fois autour de lui, et le vrai nombre d'étoiles et de galaxies physiquement distinctes pourrait être plus petit. Des hypothèses d'[[topologie de l'Univers|univers multiconnexe]] ont été proposées et sont en cours d'étude.
===Modèle dimensionnel de l'Univers<ref>Thibault Damour, physicien, professeur de l'Institut des hautes études scientifiques, membre de l'Académie des Sciences in Introduction à la théorie des cordes</ref>===
L'Univers a-t-il 4, 6, 10 dimensions ou plus?
La [[théorie des cordes]] prédit qu'espace et matière sont consubstantiels. Il n'y a pas de « contenant » (l'espace) mais un fond d'espace-temps qui interagit avec la matière. Dans certains cas particuliers, la notion de « nombre de dimensions de l'espace » dépend de l'intensité avec laquelle les cordes réagissent entre elles. Si cette interaction est faible, elles semblent se propager dans un espace à neuf dimensions<ref>auxquelles il faut rajouter celle du temps</ref>. Si cette interaction croît, cela développe une dimension de plus (ou plus en fonction de l'intensité de l'interaction) à laquelle il faut toujours rajouter celle du temps. Supposons maintenant qu'on enferme l'Univers dans un espace « fini » (une boîte pour être concret) et que cet espace rapetisse jusqu'à 10<sup>-32</sup> centimètres de côté, la théorie des cordes le prédit équivalent à un Univers très grand. La conception d'espace est fondamentalement bouleversé. La mise en route du collisionneur<ref>Large Hadron Collider plus communément appelé LHC</ref> de Genève viendra peut être confirmer ou infirmer cette théorie.
==Avenir de l'Univers==
Les '''objets galactiques''' auront une fin : le [[Soleil]], par exemple, s'éteindra dans 5 milliards d'années, lorsqu'il aura brûlé tout son combustible. À terme les autres étoiles suivront elles aussi dans des cataclysmes cosmologiques (explosions, effondrements) qui anéantiront toute vie sur des milliers voire des milliards d'[[année-lumière|années lumières]]. Déjà les naissances d'étoiles se ralentissent<ref>Actuellement, l'observation de notre galaxie dénombre la naissance d'une ou deux étoiles par an.</ref>faute de matière qui se raréfie au fil du temps. Dans 20 milliards d'années environ, aucun astre ne s'allumera plus. L'Univers sera peuplé d'étoiles éteintes ([[étoile à neutrons|étoiles à neutrons]], [[naine blanche|naines blanches]], [[trou noir|trous noirs]]). Les galaxies se désagrègeront dans des collisions géantes<ref>Jean-Pierre Luminet, Astrophysicien, CNRS, Observatoire de Paris-Meudon, in Sciences & Avenir N°729, Novembre 2007</ref>. Voilà pour le contenu.
Quand est-il du contenant c'est à dire l''''espace'''?
Pour certains, le processus d'expansion sera [[gravitation]]nellement ralenti et s'inversera selon le scénario du ''[[big crunch]]''<ref>littéralement: grand écrasement.</ref>.
Pour d'autres, l'expansion<ref>Il semble qu'actuellement l'expansion soit accélérée par la présence d'une énergie répulsive de nature inconnue l'[[énergie sombre]]</ref> continuera à jamais. Peu à peu , les astres éteints se convertiront en [[trou noir|trous noirs]]. L'Univers, sans aucune structure, ne sera plus qu'un bain de [[photon]]s de plus en plus froids<ref>D'après une théorie de [[Stephen Hawking]] (dans son livre ''Une brève histoire du temps''), si l'Univers continue indéfiniment à s'étendre, les particules issues d'explosions successives ne seront plus assez proches les unes des autres pour recréer des étoiles après leur explosion</ref>. Toute activité dans l'Univers s'éteindra ainsi à jamais.
Si la quantité d'énergie sombre croît, l'Univers continuera son expansion à une vitesse toujours plus grande pour exploser à toutes les échelles : toute la matière qui le compose (y compris les [[atomes]]) se déchirera par dilatation de l'espace. C'est le ''[[big rip]]''<ref>littéralement: grand déchirement</ref>. Certains modèles prévoient une telle fin pour dans 22 milliards d'années.
Chacun de ces scénarios dépend donc de la quantité d'[[énergie sombre]] que contiendra l'Univers à un moment donné.
Actuellement, l'état de nos connaissances suggère non seulement qu'il y a insuffisamment de masse et d'énergie pour provoquer ce ''big rip'', mais que l'[[accélération de l'expansion de l'univers|expansion de l'univers semble s'accélérer]] et continuera donc pour toujours.
==Citations==
{{citation_bloc|1=Aujourd'hui nous recevons trois éducations différentes ou contraires : celles de nos pères, celles de nos maîtres, celle du [[monde (univers)|monde]]. Ce qu'on nous dit dans la dernière renverse toutes les idées des premières.|2=[[Montesquieu (philosophe)|Montesquieu]]{{référence_nécessaire}}}}
{{citation_bloc|1=Il y a plus d'un millénaire, [[Ptolémée]] a mis en place un système du monde qui a duré jusqu'au {{s-|XVII|e}}, renversé alors par celui de [[Isaac Newton|Newton]], qui a duré jusqu'à être remplacé il y a peu par celui de M. Einstein, ici présent, dont je ne me hasarderai pas à essayer de prédire ce qu'il durera.|2=[[George Bernard Shaw]]{{référence_nécessaire}}}}
== Notes et références ==
{{colonnes|taille = 35|{{Références}}}}
==Voir aussi==
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=== Liens internes ===
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* [[Monde (univers)]]
* [[Radiotélescope]]
* [[Observatoire astronomique]]
* [[Destin de l'Univers]]
* [[Âge de l'univers]]
* [[Masse de l'univers|Masse de l'Univers]]
* [[Théorie d'Everett]]
* [[Table des constantes astrophysiques]]
=== Liens externes ===
* {{fr}} [http://www.insu.cnrs.fr/r11,univers.html Univers] : page de l'Institut national des sciences de l'Univers
* {{fr}} [http://www.toutsurlaphysique.fr/src/articles/chronounivers/chronounivers.html Chronologie des découvertes cosmologiques sur le site]
* {{fr}} [http://atunivers.free.fr Un atlas de l'univers]
* {{fr}} [http://www.cieletespaceradio.fr/index.php/2007/01/25/57-lunivers-en-laboratoire L'Univers en laboratoire - audio], Ciel & Espace radio, Jean-Marc Bonnet-Bidaud
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