Période théorique

L’apparition d’outils et d’instruments de plus en plus puissants et précis combinés avec le langage des mathématiques amènera une époque où la science prendra un essor considérable dans l’approfondissement des notions et concepts établis jusqu’à présent. Le pouvoir de ceux-ci sera poussés davantage et est désormais accessibles et connus par une plus grande majorité qu’auparavant. Les développements de théories venant perfectionner les représentations et notions de notre Univers seront désormais appuyés fortement de preuves mathématiques et observationnelles. Le raisonnement à toujours sa place, mais la démarche scientifique consiste dorénavant à recueillir une quantité raisonnable d’observations, pour ensuite poser un raisonnement. Par la suite, il est primordial d’appuyer ces idées par des preuves et solutions mathématiques. L’accent sera mis sur l’interprétation approfondie des observations et le développement du langage physique mathématique. Einstein sera un exemple concret de l’établissement de cette nouvelle approche scientifique.

Albert Einstein (1879 – 1955)

Albert Einstein est né le 14 mars 1879 dans un climat de glorification de la force et de la culture allemande. Il est fils d’une famille juive peu pratiquante. Il est un enfant solitaire, et ses professeurs le considèrent comme étant lent et moyennement doué.

Albert Einstein débuta sa carrière à Munich en 1886, en même temps qu’il entreprit ses leçons de violon. En 1895, il échoue l’examen d’admission qui lui aurait permis d’étudier comme ingénieur électrique a Eidgenoessishe Technicshe Hochschule à Zurich. Il obtient un poste temporaire en 1901 comme professeur de mathématiques à l’école de Winterthur.

Durant les années qui suivirent, Einstein consacra son temps libre à la rédaction d’ouvrages théoriques sur la physique. Il obtint un doctorat de l’université de Zurich en 1905 pour une thèse portant sur une détermination nouvelle des dimensions moléculaires. Dans le premier de ses trois ouvrages qu’il écrivit, il examina le phénomène découvert par Max Planck, qui est l’émission d’énergie électromagnétique d’un objet radio-actif. L’énergie de ces quanta était directement proportionnelle à la fréquence des radiations. Dans son second ouvrage, il proposa sa théorie aujourd’hui connue comme la théorie de la relativité. Il basa sa théorie sur la ré interprétation des principes classiques de la relativité et des lois de la physique. Il assuma que la vitesse de la lumière demeure constante dans tous les points référentiels. Il démontra ensuite que la masse et l’énergie sont des concepts équivalents. Il révolutionna de plus la physique en affirmant que l’espace et le temps ne sont pas linéaires comme il le laisse paraître, mais plutôt inter-reliés de façon simple, mais inattendues.

En 1911, Einstein réussit à prévoir que les rayons lumineux d’une étoile éloignée, passant près du Soleil apparaîtrait un peu courbé. Cette prédiction serait la première évidence en faveur de la théorie d’Einstein. En 1912, il poursuivit ses recherches dans un nouvel ouvrage qu’il appellera la théorie générale de la relativité. Ce n’est qu’en 1915 qu’il présente sa version définitive de celle-ci.

Lorsque l’éclipse solaire se produisit en 1919, les prédictions d’Einstein furent confirmées par une expédition britannique. Cette nouvelle bouleversa tout le monde scientifique et la vision de notre Cosmos. Le London Times fit la manchette de « Revolution in science – New theory of the Universe – Newtonian ideas overthrown »

Einstein reçu le prix Nobel en 1921, non pas pour sa théorie de la relativité, mais pour son ouvrage écrit en 1905 sur l’effet photoélectrique. Il quitta l’Allemagne en décembre 1923 pour les États Unis. Il ne retournera jamais en Allemagne. Toute sa vie, il s’opposera fermement à la guerre et il décédera au New Jersey, à 16h, le 18 avril 1955.

La vision d’Einstein est une révolution dans notre conception cosmique. Il fit quelques erreurs dans sa vie, conséquence de se fier plus sur ses convictions que sur ce que ses calculs lui révélaient. Concevant le Cosmos comme étant statique, il ajoutera une certaine constante qu’il appellera, la « constante cosmologique » à ces formules, afin de refléter un Univers immuable. Plus tard, on démontrera que cet Univers est en expansion, et Einstein qualifiera cette constante comme étant la plus grosse erreur commise durant sa vie. Dix ans avant Hubble, Einstein aurait pu avancer l’idée d’un Univers en dilatation.

Hubble Edwin Powell

Hubble était considéré brillant élève déjà au niveau du lycée à Chicago. Éventuellement, il entrera à l’université, où, sous l’influence de George Hale et de Robert Millikan, il découvre rapidement sa passion pour les mathématiques et l’astronomie. En 1910, il décide de quitter les États-Unis pour aller étudier le droit à Oxford. Il entrera au Barreau du Kentucky, mais durant une courte période, car en 1914, il accepte l’offre d’être chercheur à l’observatoire Yerkes de Chicago. En 1919, il obtient le poste d’astronome à l’observatoire du Mont Wilson, dans les environs de Pasadena.

Hubble est reconnu pour plusieurs aspects qu’il a apporté à l’astronomie moderne. Il débute par entamer l’étude des nébuleuses à l’observatoire de Yerkes. Ces objets fascinent la plupart des astronomes, car ils se situent à l’extérieur de notre galaxie. Ils n'ont guère idée de leur distance par rapport à nous, ni de quoi elles sont constituées. C’est en poursuivant ses études à l’aide du télescope de 2,5 m du Mont Wilson qu’Hubble découvre qu’Andromède se situe bien au-delà des limites de notre galaxie. Il en détermine la distance en 1923, grâce à l’observation des Céphéides, qu’il pourra ensuite comparer le spectre avec d’autres objets.

Il observe également que les nébuleuses contiennent des étoiles, tout comme notre galaxie. Elles sont en fait constituées d’amas globulaires, de novæ et d’autres objets stellaires que nous pouvons également trouver dans notre galaxie. C’est alors qu’en 1925, il émet l’hypothèse que ces nébuleuses seraient en fait, des galaxies comme la Voie Lactée, et il tente de les classer selon leur morphologie. Texte écrit par Eric Suchet Demers 2002

Ce n’est que quatre ans plus tard qu’il énonce sa fameuse théorie, qui porte son nom, et qui se révélera primordiale. En étudiant le comportement de quarante-six galaxies, Hubble observe un décalage du spectre des astres vers le rouge. Tout comme l’effet Doppler, la lumière a le même comportement qu’une onde, lorsque la source s’éloigne ou s’approche de nous. Il démontre que les galaxies s’éloignent de nous et que leur vitesse d’éloignement est proportionnelle à leur distance. Cette observation implique que l’Univers dans lequel nous vivons est en expansion.

Il étudiera la distribution des galaxies dans les années trente, et conclura que la distribution est globalement isotropique. En 1935, les limites de notre Univers est repoussée à 500 millions d’années lumières.

Big Bang

Nous sommes désormais à l’orée de la naissance d’une théorie amalgamant la somme des sciences acquises et admises à ce jour. Unification des idées, est le désir que poursuit la science depuis ses premières prouesses. Vérité absolue, se dirige-t-elle, ou concordance entre divers éléments? L’édification des diverses connaissances serviront à construire notre théorie ultime et universelle qu’est le Big Bang. Englobant la physique et la mécanique afin de décrire les mouvements des corps célestes, ainsi que les forces qui les lient, la chimie pour élucider les constituants de la matière composants ces astres, la biologie pour en démontrer l’évolution des espèces habitants ces planètes, et le tout dans un langage universel que sont les mathématiques. Résultats des efforts déployés par nos grands penseurs ayant apportés leurs idées et concept, le Big Bang est la fusion de la majorité de notre savoir. Ayant le pouvoir de décrire l’Univers, cette théorie nous permet de remonter le temps et de connaître la morphologie de ce cosmos lointain et nous permet d’en prédire son destin. S’harmonisant presque parfaitement avec les observations actuelles, il s’impose comme un courant de pensé irréfutable. Vraies, sont ses exploits de prédilections, qui ont pour la plupart été validé, mais erreur serait que de le considéré comme vérité souveraine.

La vision du monde des philosophes grecs s’harmonisait tout aussi bien avec les observations réalisé à cette époque. Il était impensable d’admettre il y a deux milles ans, l’existence d’un continent au delà du monde que nous connaissions, par le simple fait que nous n’avions par encore explorer les frontières de cet océan. Le Big Bang présente à ce jour divers problèmes qui restent à résoudre. La tendance actuelle préconise un maintient de cette théorie en y ajoutant des constantes, un peu comme l’a fait Einstein, pour venir concorder les observations avec les lois. Texte écrit par Eric Suchet Demers 2002

Difficile est d’envisager une approche radicalement différente de notre vision du cosmos, autre que par les mathématiques et la physique, considérées, comme vérité suprême. Déclin est, le penchant actuelle de la religion, par ces dogmes imposés et force est son message d’amour et de surpassement. Là où la science est faible, la religion domine, et là où la religion fléchit, règne la science. Peu nombreux, seront les concepts qui survivront à l’épreuve de l’observation et de la concordance. Le Big Bang est-il la bonne voie à emprunter pour décrire et comprendre notre Univers? Nul ne peut l’affirmer avec certitude, mais erreur serait, que de renoncer à pousser notre esprit vers une compréhension s'accordant parfaitement avec ce qui est. Alors, voici ce qu’est le cosmos, tel que nous le voyons aujourd’hui…

Tous ces grands hommes furent à l’origine de l’édification d’une théorie relatant l’origine et le développement de notre univers à travers le temps. Le nom général de cette théorie est le modèle du Big Bang. Les concepts derrière cette théorie tiennent compte d’une multitude de problèmes et sont majoritairement acceptés par la plupart des astronomes modernes.

Plusieurs cosmologistes établirent des modèles se basant sur la théorie de la relativité d’Einstein, cependant, ces modèles ne furent retenus, faute de leurs caractéristiques bizarres. Par exemple, ces modèles pouvaient représenter un univers sans masse ou statique. Plus tard, on verra naître une nouvelle conception, lorsque deux hommes arrivèrent avec chacun, un modèle sensiblement semblable.

Aleksandr Friedmann et l’abée George Lemaître furent les instigateurs de la théorie du Big Bang, mais leur travail ne fut pas remarqué avant 1930. À cette époque, Friedmann était déjà décédé et LeMaître fut le porte-parole du modèle.

Son modèle suggérait un univers en expansion, comme l’affirmait les observations d’Hubble. Le schéma général était que le cosmos débuta en étant considérablement plus petit et plus chaud. Au cours de son évolution, plusieurs phénomènes s’y produisirent. Le résultat, est l’univers que nous pouvons observer, lors d’une nuit dégagée avec une lunette astronomique ou à l’œil nu. Plusieurs détails du modèle initial changèrent, et au cours des années, les observations ont engendré l’abandon ou la mutation de quelques principes. Texte écrit par Eric Suchet Demers 2002

Un des principes fondateur de cette théorie, est que si cet univers avait bel et bien une température intensément chaude dans le passé, il doit tout de même aujourd’hui avoir une température, mais bien inférieure. L’autre principe de base est son espace, ou son volume, qui s’agrandit depuis la seconde ou tout a débuté. Et cet argument coïncide étonnamment avec les lois de Hubble.

Plusieurs ridiculisèrent la théorie du Big Bang. Ce terme fut lancé par l’astronome Fred Hoyle qui ne crut jamais à cette idée, même si les observations venaient harmonieusement appuyer cette nouvelle conception.

Nous n’entrerons pas dans les détails de cette théorie étant donné l’étendue que prendrait alors cet ouvrage. Mais il est important de citer qu’un événement important s’est produit en 1965, qui allait une fois de plus, appuyer le système. Deux radio-astronomes du nom de Arno Penzias et Bob Wilson, travaillant pour les laboratoires de Bell, décidèrent de réaliser quelques mesures de signaux radio, provenant du ciel, en utilisant un télescope, initialement conçu pour télé-communiquer avec les satellites. Ils s’aperçurent rapidement qu’un bruit parasite provenant de toutes les directions du ciel était toujours présent. Ce n’était pas normal, car les signaux ne pouvaient parvenir que d’objets émettant de la lumière, et ceux-ci, sont présent que dans certaines parties du ciel, et non dans sa totalité. Il en déduisirent que l’interférence provenait d’un mal fonctionnement du télescope, et ils l’inspectèrent en entier. Ils découvrirent un nid de pigeon à l’intérieur, et déduisirent que leurs excréments agissaient comme une substance diélectrique, recouvrant la surface interne du télescope. Ils nettoyèrent le tout et vérifièrent tout l’électronique. Ils furent surpris de constater, encore une fois, de la présence de cet étrange bruit. Ils n’avaient aucune idée de ce dont ils s’agissait, mais des tests ultérieurs sur la radiation leur fit conclurent que ce signal correspondait à un objet ayant une température d’environs 3,5 K.

La loi du Big Bang prévoyait un écho des premiers moments de l’univers, et ce rayonnement correspondait exactement à la radiation de 3 K attendu. Cette radiation est appelée : fond de rayonnement cosmique, et est en constante diminution d’intensité, par le fait que l’univers est en expansion.

Plus tard, en 1989, la mission COBE établit la valeur de 2,735 K au fond de rayonnement cosmique, et il établit une cartographie de l’intensité du signal du ciel en entier. Ces résultats sont d’une uniformité quasi-parfaite, peu importe la direction dans laquelle on pointe. Les variations varient d’environs 0.0001 K, mais sont nécessaire. Cette variation permet la formation des galaxies et des objets célestes. Texte écrit par Eric Suchet Demers 2002

Les astronomes modernes s’accordent principalement sur la théorie du Big Bang, qui est couronnée de succès, par ses prédictions vérifiées avec triomphe. Plusieurs dérivées existent de cette théorie, cependant, plusieurs données essentielles restent à être raffinées, afin d’établir un modèle cohérent, qui saura prédire l’évolution et la morphologie de notre cosmos à travers le temps.

Les moyens technologiques nous permettent d’observer un univers ayant un rayon d’environs 15 milliard d’années lumières. Ce cosmos « visible » contient plus de 270 000 superamas de galaxies, plus de 500 millions de groupes de galaxies, 10 milliards de grandes galaxies, 100 milliards de galaxies naines et 2000 milliards de milliard d’étoiles. Qu’est ce qui se trouve au-delà de cette limite, personne ne l’a jamais encore vue, car la lumière provenant de ces objets lointains, voyageant à 300 000 km/sec, n’a tout simplement pas eu le temps de rejoindre notre rétine. L’univers peut tout aussi bien se terminer là que de se perpétuer indéfiniment. Nous pouvons de cette manière nous considérer comme étant exactement au centre, comme l’ont prétendu nombres de prédécesseurs, car peu importe l’endroit où nous nous situons dans cet « univers visible », le rayon est toujours de 15 milliards d’années, puisqu’il correspond à son âge hypothétique. Quel que soit le scénario correct de notre cosmos, il est clair que l’univers visible n’est qu’un grain de poussière par rapport à l’univers complet. Pour sa forme et son destin, laissez libre cours à votre imagination…

Retour à la table des matières

Retour à la période observationnelle

Vers la conclusion