Aux origines de l’Univers : l’énigme des premiers instants
La question du « quoi »
Voilà pour les certitudes. Passons à présent au cœur du problème : le déroulé précis de la toute première seconde.
À commencer par la question du contenu de l’Univers à ce moment-là. Ainsi, comme le résume Jean-Philippe Uzan, « pour connaître le contenu en matière de l’Univers, il faut faire appel à la physique des particules. Or la théorie en vigueur, le modèle standard, n’est valable que jusqu’à des densités d’énergie qui sont vite dépassées lorsque l’on remonte le temps ».
Ainsi, les cosmologistes imaginent qu’un millionième de seconde (10– 6 seconde) après le Big Bang, les quarks se sont associés pour former les protons et les neutrons. Mais comme le reste des particules de matière, les quarks sont apparus « bien avant », probablement avant 10– 12 seconde après le commencement.
À cet instant, pendant l’ère de la grande unification. la théorie décrivant les particules élémentaires et leurs interactions est encore à construire. L’Univers, s’il était déjà peuplé des particules que nous connaissons (quarks, électrons…), devait receler d’autres particules aujourd’hui inconnues. Certaines constituent peut-être la matière noire des astrophysiciens. Jamais observée, cette dernière, dont la gravité structure l’Univers et les galaxies, serait pourtant beaucoup plus abondante que la matière ordinaire !
Par ailleurs, tout indique qu’à cette époque reculée, il y avait encore autant de matière que d’antimatière. De quoi s’agit-il ? Pour les scientifiques, chaque particule est associée à une antiparticule en tout point semblable à elle, mais dont la charge électrique est opposée. Ainsi, l’antiparticule de l’électron est le positron. Or de façon étonnante, l’Univers actuel ne comprend quasiment plus que de la matière. Une dissymétrie dont les scientifiques ne comprennent pas encore l’origine. Une partie du voile devrait être levée dans les prochaines années, grâce au LHC, l’accélérateur géant du Cern2. Ainsi, pour Jean-Philippe Uzan, « il nous permettra un accès à une physique au-delà de celle du modèle standard. Si bien que notre description de l’état de la matière durant la phase primordiale de l’Univers devrait bientôt évoluer ».
Le mystère du « comment »
Le contenu de l’Univers primordial est donc une question ouverte. Sa géométrie en est une autre. Et les cosmologistes bâtissent de belles théories sur l’évolution de l’espace-temps, une entité introduite par Einstein dans sa théorie de la relativité. Ainsi, les spécialistes pensent qu’environ 10– 35 seconde après le Big Bang, le cosmos a subi une phase d’expansion extrêmement rapide appelée inflation : sa taille aurait alors augmenté de plusieurs milliards d’ordres de grandeur. ! D’après Thibault Damour, professeur permanent à l’Institut des hautes études scientifiques, « l’inflation recueille un large consensus, bien que restant un modèle spéculatif ». Pour autant, le satellite Planck, de l’Esa, qui devrait être lancé au printemps 2009, pourrait permettre d’en savoir plus sur la nature exacte de l’inflation. Comment ? En mesurant ses conséquences précises sur les propriétés du rayonnement fossile, ou fonds diffus cosmologique.
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