Note de l’auteur : j’ai écrit cet article il y a déjà plus d’un an, mais je ne l’avais pas publié, car je voulais avant cela avoir écrit le second volet. Mais je n’ai jamais trouvé le temps de finaliser ce deuxième article (entre autres parce que je ne suis pas certain de réussir à maitriser suffisamment mon sujet !). Ceci étant, comme le blog souffre actuellement d’un manque de contributions, j’ai décidé de « me lancer » en espérant que vos nombreux commentaires (!) me forceront à rédiger la suite !
Jusqu’au début du XXème siècle, l’affaire était scientifiquement entendue : l’univers était infini et n’avait donc pas de taille à proprement parler (ni début ni fin, que ce soit dans le temps ou dans l’espace).
Puis avec l’adoption par la grande majorité des scientifiques de la théorie dite « du Big Bang », les choses ont changé et il est devenu en principe possible d’assigner une taille à l’Univers. Mais évidemment quand on s’y essaye, la question devient pour le moins assez compliquée, comme je m’en suis récemment rendu compte.
N’étant qu’un gentil amateur dans le domaine, pas sûr de pouvoir beaucoup éclairer votre lanterne. Mais à défaut, j’ai voulu quand même écrire cet article, car c’est une façon efficace pour moi de synthétiser mes maigres connaissances (et de mieux mesurer l’étendue de mon ignorance résiduelle!).
Alors en route pour tenter une première réponse, même si, ultérieurement, celle-ci se révélera bien imparfaite et nécessitera d’être complétée par un second article. Mais chaque chose en son temps !
Selon ce que les physiciens contemporains nomment « le modèle cosmologique standard » (c’est-à-dire celui qui est le plus couramment admis parmi eux), l’univers physique aurait commencé il y a environ 13,8 milliards d’années.
Au point de départ, toute la matière, toute l’énergie, tout l’espace et tout le temps étaient concentrés en un point unique (sans dimension) que les physiciens appellent pudiquement « une singularité » (puisqu’en réalité ils sont incapables de dire à quoi peut ressembler un tel point, matériellement inexistant, mais contenant en son sein le potentiel de tout l’univers !).
Ce point zéro de la création du monde est une notion pleine de paradoxes et à vrai dire ce n’est pas une donnée scientifique, mais seulement l’hypothèse la plus fréquemment envisagée actuellement par les spécialistes pour expliquer la suite. Car la suite est par contre assez bien connue des cosmologistes qui, par de nombreuses méthodes convergentes, en sont arrivés à établir que tout l’univers physique que nous connaissons aujourd’hui est bel et bien sorti d’un mystérieux point de départ, un peu à la façon dont des milliers d’étincelles peuvent sortir de l’explosion d’une seule fusée de feu d’artifice…
Très grossièrement, l’histoire de cette explosion originelle gigantesque dont nous sommes les lointains sous-produits est la suivante.
- Au tout premier instant suivant l’explosion, l’univers, tel un airbag, s’est déployé à une vitesse vertigineuse, passant en un éclair d’une dimension subatomique à une étendue macrocosmique : c’est ce qu’on appelle la phase d’inflation cosmique.
- Durant cette phase très très brève, mais extrêmement intense en chaleur, énergie et vitesse, d’incroyables réactions nucléaires ont eu lieu au sein de cette fournaise primitive d’où sont sortis les premiers atomes de matière accompagnés d’un immense flash de chaleur et de lumière dont il reste aujourd’hui encore des traces perceptibles, tant ce flash était puissant : c’est ce qu’on appelle « le fond diffus cosmologique« .
- Mais la matière primordiale ainsi engendrée était alors tellement dense que la production de lumière qui l’accompagnait en est restée prisonnière pendant près de 380.000 ans ! (Un peu comme le soleil qui reste invisible pendant une partie du jour s’il est noyé dans des nuages trop épais) : c’est ce qu’on appelle l’âge sombre de l’univers. Celui-ci aurait donc duré environ 380.000 ans après le Big Bang. Autrement dit, durant toutes ces années, l’univers était bel et bien né, mais restait totalement invisible puisque n’émettant encore aucune lumière! (voir ci-dessous schéma n°1)

- L’histoire de l’univers visible commence donc 380.000 ans après le Big Bang. Elle s’est poursuivie depuis lors en passant par une succession de phases que je résume très brièvement ici* : il y a d’abord eu des zones de regroupement de la matière initiale sous l’effet de la gravité et cela a abouti à la création des premières étoiles. Celles-ci, gigantesques centrales atomiques, ont généré à leur tour peu à peu l’ensemble de tous les éléments chimiques actuellement présents dans l’univers et les y ont disséminés par leurs explosions à répétition, relais de l’expansion continue de l’univers. (voir schéma n°2)

Avant d’aller plus loin, trois remarques importantes : l’une à propos de l’espace, l’autre à propos du temps et la dernière à propos de la notion de « singularité ».
- À propos de l’espace : sur les deux images insérées ci-devant, on a l’impression (fausse) que l’univers se déploie de gauche à droite. Mais il s’agit juste d’un artifice pédagogique qui permet de montrer que ce déploiement a aussi lieu dans le temps, la ligne des abscisses servant à mesurer ce dernier. Dans la réalité, bien évidemment, l’expansion de l’univers s’est faite dans toutes les directions de l’espace en même temps… Ce qui fait que l’univers ne ressemble pas à un cône allant s’élargissant, mais bien plutôt à une sphère qui se serait d’abord brusquement gonflée façon airbag, puis qui aurait continué ensuite à s’expansionner, mais à une vitesse bien plus lente, telle une brioche aux raisins qui gonfle dans le four pendant sa cuisson. C’est l’addition de ces deux phénomènes (effet airbag initial puis effet brioche aux raisins depuis lors) qui est responsable de la taille actuelle de l’univers…
- À propos du temps : quand on réfléchit à la notion de point de départ de l’univers, on ne peut pas ne pas se poser la question naïve de « l’avant Big-Bang ». Oups ! Les amis, c’est là que ça va commencer à faire des nœuds dans votre cerveau, car la réponse est… qu’il n’y a pas d’avant au big-bang.
Explication : puisque le temps (tout comme l’espace) est un sous-produit de la singularité initiale, cela revient à dire que cette singularité cosmologique n’existe ni dans le temps ni dans l’espace, mais que ce sont, de toute éternité, ces deux notions qui existent en elle. Dit autrement, cette « singularité » est une réalité atemporelle et aspatiale. À proprement parler, il s’agit donc là d’une entité méta-physique, c’est à dire qui existe au-delà (méta) du plan physique. Évidemment, dans ce contexte, il est très tentant de faire le rapprochement avec l’idée traditionnelle de Dieu. Mais comme ce mot écorche la bouche de bon nombre de physiciens, la communauté scientifique lui préfère le concept de « singularité » plus neutre idéologiquement. Notons que ce tour de passe-passe linguistique ne rend pas moins ce concept tout aussi abscons et à dire vrai pas plus compréhensible que la « vieille » notion de Dieu! (Non seulement la « singularité » existe indépendamment de l’espace et du temps, mais elle est aussi indépendante de la matière et de l’énergie qui n’en sont eux aussi que des sous-produits !).
- À propos de la notion de singularité : du fait du caractère très spéculatif de cette notion, certains physiciens ont proposé d’autres modèles explicatifs et entre autres celui du Big Bounce** ou « grand rebond ». Dans cette hypothèse, le point de départ de notre univers ne serait pas le zéro absolu de la singularité initiale, mais l’aboutissement de l’effondrement sur lui-même d’un univers précédent le nôtre et dont toute la matière et l’énergie se seraient condensées en un point unique, qui, du fait de sa surpression, aurait fini par exploser et ainsi donner naissance à un second univers, celui-là même où nous nous trouvons présentement. Par parenthèse, on remarquera que la première hypothèse est assez proche de la cosmogonie traditionnelle judéo-chrétienne (dans laquelle Dieu ne crée le monde qu’une seule et unique fois) alors que la seconde rappelle la perspective orientale selon laquelle les univers physiques naissent, se développent puis se résorbent à tour de rôle dans le principe divin… Quoi qu’il en soit, aucune de ces deux théories (pas plus que leurs variantes) ne fait aujourd’hui l’unanimité des spécialistes, la question de l’origine première de toute chose restant pour l’instant hors de portée de la science…
Mais assez spéculé sur des choses qui nous dépassent complètement, revenons à présent à notre question initiale, beaucoup plus concrète, de la taille de l’univers. Car, quel que soit le modèle choisi pour expliquer le point de départ (big-bang ou big-bounce), cette question se pose pareillement. Et à vrai dire, au premier abord, elle semble assez simple à résoudre. Par prudence, demandons tout de même au professeur Tournesol de nous aider un peu.
Selon une des lois de la physique découverte par Einstein et jamais mise en défaut depuis, « rien au sein de l’univers ne peut se déplacer plus vite que la lumière ». Et la vitesse à laquelle celle-ci se propage (quand elle ne rencontre pas d’obstacle) est de 300.000 kilomètres par seconde. Comme par ailleurs, on sait déjà que l’univers physique est âgé de près de 13,8 milliards d’années, à l’aide de ces deux informations, cela semble un jeu d’enfant que d’en déterminer la taille. Car celle-ci doit être égale à la distance maximale que la lumière a pu parcourir depuis qu’elle est sortie des brumes de « l’âge sombre », c’est-à-dire environ 380.000 ans après le Big-Bang.
Mes amis, à vos calculettes ! Le nombre de secondes contenues dans une année est approximativement de 31,5 millions. La distance maximale que la lumière peut parcourir en une année est donc de 31,5 millions de fois 300.000 kilomètres, soit, à la louche, dix mille milliards de kilomètres. Une telle distance étant trop grande pour que nos petits cerveaux l’appréhendent correctement, on réduit fictivement la difficulté en parlant alors d’une « année-lumière » (= la distance que la lumière parcours en un an).
En première approximation, pour connaitre la taille de l’univers, il suffit donc de convertir son âge actuel en autant d’années-lumière et de multiplier ce chiffre (13,7 milliards d’années) par les dix mille milliards de kilomètres que parcourt la lumière chaque année. On obtient le chiffre arrondi de 140 mille milliards de kilomètres.
Vous voyez, ce n’était pas si difficile : l’univers dans lequel nous sommes insérés est une immense sphère encore actuellement en expansion***, qui, à ce jour, mesure près de 14 milliards d’années-lumière de rayon, soit (sauf erreur de calcul de ma part) 140 mille milliards de kilomètres.
C’est, par exemple, ce que tente d’illustrer l’image suivante qui, par convention, place notre soleil en son centre.
– On y voit ensuite représentées les planètes de notre système solaire (mais évidemment pas à la bonne échelle).
– Puis elle nous montre notre galaxie (la Voie lactée), pleine de quelques centaines de milliards d’étoiles.
– La zone concentrique suivante est celle des autres galaxies qui entourent de plus ou moins près la nôtre.
– Puis l’image montre le réseau complexe et intriqué formé par les galaxies lointaines.
– Et enfin le bord de la sphère nous montre la limite atteinte par la lumière primordiale qui forme le fond diffus cosmologique.
Selon cette représentation, l’univers est tout entier contenu dans le halo que forme encore aujourd’hui la lumière originelle qui s’est échappée du nuage primitif de matière et qui depuis lors n’en finit pas de s’éloigner de son point d’origine. C’est là la plus grande extension actuelle de notre univers. Au-delà de cette frontière, plus rien n’est censé exister, puisque rien n’a pu être projeté plus loin que la lumière originelle elle-même !

Bon, il est temps de tirer quelques conclusions de ce premier article.
- Tout d’abord, puisqu’on est arrivé à assigner une taille à l’univers, c’est donc bien que celui-ci n’est pas infini, mais bel et bien fini, du moins spatialement parlant.
- Mais comme la bulle de lumière qui le manifeste depuis l’origine continue à s’étendre dans toutes les directions, cette taille finie… n’en finit pas de croître. Nous sommes donc dans un univers indéfiniment croissant!
Pensez qu’à chaque seconde, la lumière primordiale engendrée par le Big-Bang étend son règne de tout côté de 300.000 kilomètres supplémentaires ! Ce qui veut dire que l’univers grandit de 18 millions de kilomètres toutes les minutes ! - Et voilà pourquoi, au fil de la lecture de cet article vous avez dû vous sentir de plus en plus « à l’aise », l’univers compatissant vous offrant toujours plus de place en son sein pour exister!
Trêve de plaisanterie, cet univers mesurable est donc l’univers potentiellement visible. Mais comme nous le verrons dans le prochain article, il se pourrait bien que l’univers réel soit encore beaucoup, beaucoup, beaucoup plus grand, cela du fait de certaines de ses propriétés physiques les plus étonnantes et qui résultent des lois de la relativité découvertes par le célèbre Albert Einstein ! À suivre donc…
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Notes :
* Pour plus de détails sur les différentes phases de l’histoire de l’univers, vous pouvez vous reporter à la page de Wikipédia consacrée au Big-Bang à partir de laquelle j’ai moi-même conçu cette partie de mon article.
** C’est par ici pour en apprendre davantage sur la théorie alternative du Big-Bounce
*** » Le fond diffus cosmologique ou rayonnement fossile […] est fait de tous les photons qui ont été émis lors de la transition opacité-transparence et qui se propagent librement depuis. Ce sont les plus vieux photons de l’univers. Ils ont l’âge de l’univers moins un demi-million d’années. » (citation d’Hubert Reeves). L’image suivante est tirée de la page Wikipédia consacrée à l’univers observable.









































