CONFÉRENCE
SUR "L'HISTOIRE DU BIG BANG"
Par Jean Pierre LUMINET,
Astrophysicien, Directeur de recherche au CNRS
Organisée par la SAF
À l'Institut
Océanographique rue St Jacques, Paris
Le Mercredi 10 Novembre 2004 à 20H30
Jean Pierre Martin, SAF
Photos : Jean Pierre Martin pour l'ambiance.
BREF COMPTE RENDU
Un
tel titre de conférence devait attirer beaucoup de monde et ce fut le cas cette
veille de 11 Novembre 2004 à Paris.
Le
grand amphithéâtre de l'Institut Océanographique était plein.
Voir
et entendre Jean Pierre Luminet est une
occasion qu'il ne faut pas laisser passer.
C'est Claude Picard (à droite sur la photo)
le Président de la Commission
de cosmologie de la SAF qui a introduit cette présentation et laisse la
parole ensuite à Jean Pierre Luminet (à
gauche).
C'est
avec son léger accent du midi que l'orateur nous promène dans le temps et dans
l'espace à la découverte de la genèse de ce qui va être la grande chose du XXème siècle.
Pour
beaucoup de non initiés le Big Bang est
associé à Einstein et Hubble, mais on va voir au cours de la soirée que ce
n'est pas aussi simple que cela et beaucoup de noms moins connus du grand
public vont surgir, ce sont eux qui ont construit pierre après pierre le grand
édifice du début de l'Univers.
Tout commence en 1915 quand Einstein
et Hilbert introduisent les équations de la
relativité générale qui lient la géométrie de l'espace et la matière
et qui impliquent une notion de courbure spatiale.
Puis
arrive en 1917 le premier modèle de cosmologie relativiste, mais
toujours statique, car notre ami Albert tient à un volume fini d'univers.
Sa
fameuse constante cosmologique (lambda : λ) est ajoutée afin de rendre le système statique. C'est donc un univers homogène
et de densité constante dans l'espace et dans le temps.
Bref
comme le dit l'orateur, de la matière sans mouvement. (à
l'époque les instruments d'observation ne sont pas perfectionnés et le
mouvement rapide des étoiles lointaines ne sont pas mis en évidence).
L'espace est une hypersphère, donc fini et sans bord.
La
même année l'astronome hollandais De Sitter trouve une autre solution
aux équations d'Einstein.
Mais,
bon c'est un univers un peu particulier, et irréaliste, poussé aux limites,
c'est un espace vide, mais qui montre quand même qu'il y a une accélération de
l'expansion. On avance tout doucement.
1922
année cruciale, un jeune scientifique russe Alexandre
Friedman fournit dans la célèbre revue de Physique :" Zeitschrift für
Physik", le premier modèle d'univers
en expansion, il est un des rares génies du siècle à avoir compris les
équations d'Einstein.
Pour
lui l'univers est en pulsation permanente pris entre contraction et expansion.?
Il
a l'intuition géniale de s'apercevoir que les techniques astronomiques de
l'époque sont insuffisantes pour permettre de faire les expérimentations qui
détermineraient dans quel type d'univers on est.
Il
est le premier à donner un ordre de grandeur de la
masse de l'univers, soit 5.1021 masses solaires et un age
: 10 milliards d'années. Ces ordres de grandeur sont corrects!!!!
Tout
ceci de la part d'un ingénieur météorologue soviétique (la révolution vient de
commencer ce qui ne devait pas arranger les chose!!).
Notre
Albert n'est pas du tout emballé par ce petit prétentieux, et il l'écrit noir
sur blanc.
Friedman envoie un message à Einstein en se défendant et en
affirmant qu c'est lui même qui a raison.
Après
moult discussions et circonvolutions, du bout des lèvres le grand Einstein
paraît admettre l'exactitude des remarques de Friedman, mais sans en être
vraiment persuadé.
En
fait chers lecteurs de cette rubrique, voici un des deux génies de la nouvelle
physique, Alexandre Friedman, qui a le mauvais goût de mourir jeune en 1925
suite à un accident de ballon (il était météorologue).
La même année entre en scène le deuxième génie de
notre histoire : George Lemaître, c'est
un remarquable mathématicien belge et aussi prêtre, mais il la toujours su
séparer sa fonction de scientifique et sa foi.
Il
résout le problème des décalages spectraux vers le rouge découverts un peu plus
tôt par Eddington.
Il
publie bientôt (en français, ce détail a malheureusement de l'importance) un
article dans lequel il dépeint un univers homogène de masse constante et de
rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses lointaines.
Nous sommes en 1927.
IL TROUVE LA RELATION DE PROPORTIONNALITÉ ENTRE LA VITESSE DE FUITE
ET LA DISTANCE; ce que l'on va
appeler la "loi" de Hubble, il a même la bonne valeur numérique :
625km/s par méga parsec!
Einstein rencontre Lemaître lors du célèbre congrès
Solvay la même année. Le moins que l'on puisse dire est que le courant n'est
pas passé entre eux. (Einstein dixit : vos mathématiques sont superbes mais
votre physique est abominable !!).
Ce
n'est qu'en 1929 que Hubble va "redécouvrir" la loi qui
porte son nom maintenant, personne n'avait lu l'article fondateur de Lemaître
car il était en français. (Messieurs, Mesdemoiselles les étudiants en sciences
vous voyez comme il est fondamental de parler et de comprendre l'anglais,
encore plus à notre époque que jadis!)
En
1930, Eddington qui était le professeur de Lemaître à Cambridge (UK) adopte le modèle élaboré par
celui-ci et essaie de faire part à la communauté scientifique des talents du
jeune abbé, en 1931 il fait traduire en anglais le fameux article, mais encore
une fois malheureusement de façon incomplète, et la paternité de la
"loi" de Hubble ne lui est pas donnée, c'est Hubble qui l'emporte. On
ne peut pas toucher à Hubble!
Cette
même année Lemaître va encore plus loin il publie "The Expanding Universe"
oui, vous avez bien lu, l'univers en expansion, il y introduit un instant zéro,
où l'univers est ramené à un "atome primitif",
ancêtre du Big Bang.
Einstein
se rallie à l'idée du modèle d'univers dynamique et admet que l'introduction de
sa constante cosmologique pour le rendre statique était sa plus grosse erreur.
Ce
modèle va être le modèle standard pendant plus de 50 ans ,
il est remis en question maintenant car l'age de l'univers correspondant est un
peu trop faible par rapport aux données actuelles.
Encore
quelques petites découvertes de Lemaître parsèment les années qui
suivent qui prouvent quel découvreur et précurseur c'était.
Il
prédit même le bruit de fond cosmologique en 1934 et introduit la notion
d'énergie du vide.
Voici à gauche une image prise
d'une page du célèbre petit carnet rouge de Lemaître, pour plus de
détails lire le livre de JP Luminet cité ci
après.
Quelques
années passent et en 1946 le facétieux George Gamov,
un américain d'origine russe introduit la nucléosynthèse primordiale, où la
formule pour fabriquer les briques élémentaires des matériaux qui composent
notre univers.
C'est
en 1948 que Fred Hoyle, le britannique qui s'est fait une
religion du modèle statique (steady state universe, qui contenait quand même quelques tours de
passe-passe : la création spontanée de matière par exemple) crée le nom Big Bang lors d'une interview à la BBC, il voulait en fait
se moquer de l'univers de Lemaître, mal lui en a prit, cette expression
est restée et au contraire a popularisé cette théorie.
Lemaître meurt en 1966 et deux ans après c'est le tour de Gamov.
Puis
vient l'époque moderne plus connue du public : Penzias et Wilson qui
trouvent par hasard le fond cosmologique de 2,7°K, les sondes COBE et WMAP,
l'accélération de l'expansion de l'univers.
L'auteur nous explique que l'univers a une forme
sphérique à topologie multiconnexe.
Nous sommes en fait dans
un espace sphérique dodécaédrique
de Poincaré !!!! (là j'ai du mal à suivre).
La séance s'achève par une session de questions
réponses et c'est la tête bien pleine qu'après les dédicaces nous rejoignons
notre univers à trois misérables dimensions.
Merci Monsieur Luminet de nous avoir fait faire un si beau voyage.
Je vous conseille à tous pour avoir beaucoup plus
de détails que ces quelques lignes de lire le dernier
livre de notre conférencier qui s'appelle bien entendu "L'invention du Big Bang"
il est paru au Seuil dans la collection Science,
il est en livre de poche accessible à toutes les bourse prix max 8€.
Ne vous en privez pas
achetez le vous y apprendrez une foule de choses.
Quelques références :
Le big bang et l'origine de la matière expliqué relativement simplement
Cours de l'Université
du Tennessee (en anglais) sur la cosmologie : superbement fait!
Le Big
Bang vu par la NASA
et le site de la sonde WMAP : très clair et simple
Voir aussi dans
l'introduction de la modeste
présentation en PP que j'ai faite sur le Big Bang,
la liste de sites Internet intéressants sur le sujet.
Bon
ciel à tous
