L'univers est-il plat, sphérique ou en forme de selle ?

À quoi ressemble l'univers ? La question elle-même ne semble pas avoir beaucoup de sens.

Si, comme le dit la NASA, l'univers est tout simplement tout, y compris l'espace et toute la matière et l'énergie qu'il contient, et même le temps lui-même, est-ce que tout a une forme ?

Si vous lisez cet article, c'est que vous êtes prêt à envisager l'inconcevable, à visualiser l'inimaginable et à espionner l'impénétrable.

En d'autres termes, vous devez vous comporter comme un cosmologiste, l'un de ces théoriciens qui tentent de proposer des idées crédibles et durables sur l'espace, idées qui ont occupé les penseurs pendant des siècles.

Pour eux, la forme de l'univers est une question sérieuse, car elle implique l'avenir du cosmos : en fonction de ce qu'il est, nous saurons s'il s'étendra pour toujours ou inversera son expansion lors d'un Big Crunch cataclysmique, ou d'une grande implosion ou d'un effondrement.

De plus, connaître la réponse à la question posée permet de savoir si l'univers est infini ou fini.

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Alors, comment commencer à résoudre cette énigme ?

Avec Albert Einstein.

L'idée que l'espace a une forme est apparue avec la théorie de la relativité générale de 1915.

Et parmi toutes les formes envisageables, celle-ci ne permet à l'univers de prendre que l'une des trois formes suivantes :

• La première est qu'il soit courbé et fermé, comme une sphère géante en expansion.
• Une autre est qu'il soit hyperbolique, ouvertement courbé, le contraire d'une sphère, quelque chose comme une selle de cheval.
• Enfin, il y a l'hypothèse de la platitude. Le cosmos ressemble à une feuille de papier, sauf qu'il a plus de deux dimensions.

L'un des facteurs qui déterminent sa forme est sa densité, c'est-à-dire la quantité de matière dans un volume d'espace donné.

S'il est trop grand, la force de gravité dépassera la force d'expansion et il se courbera en sphère.

Dans ce cas, l'univers serait fini, bien qu'il n'ait pas de fin (tout comme la surface d'une balle n'est pas infinie, mais il n'y a pas de point sur la sphère que l'on puisse qualifier de "fin").

En plus d'être fini, c'est le scénario dans lequel l'expansion s'arrêtera à un moment donné, les galaxies, au lieu de s'éloigner les unes des autres, commenceront à se rapprocher, jusqu'à ce que ce qui a commencé par un Big Bang se termine par un Grand Effondrement.

Dans les deux autres cas, hyperbolique et plan, l'univers est infini et s'étend à l'infini.

Pour établir ce qu'il est (et l'avenir du cosmos !), il fallait des preuves observationnelles solides... mais de quoi ?

Eh bien, de quelque chose de merveilleux.

La lumière la plus ancienne

Les cosmologistes ont mesuré le rayonnement du fond diffus cosmologique, vestige froid du Big Bang qui s'est produit il y a environ 13,8 milliards d'années.

Ces traces de la formation de la matière, de l'espace et du temps, selon le modèle cosmologique standard, sont faciles à trouver, explique le physicien et auteur Marcus Chown, car elles sont littéralement omniprésentes.

"Si vous prenez un centimètre cube d'espace vide n'importe où dans l'univers, il contient 300 photons, des particules de lumière de ce rayonnement.

"En fait, 99 % de toute la lumière de l'univers n'est pas celle des étoiles ou de quoi que ce soit d'autre, mais la lueur du Big Bang.

Ce rayonnement, découvert en 1965, est comme une photo du cosmos naissant.

"C'est la lumière la plus ancienne et lorsque nous la capturons avec nos télescopes, nous remontons le plus loin possible dans le temps.

"Encodée dans cette lumière se trouve une image de l'univers tel qu'il était un tiers de million d'années après le Big Bang, un point crucial, car c'est à ce moment-là que les premières structures, les germes de galaxies, ont été formées".

Ces restes de rayonnement sont souvent décrits comme la pierre de Rosette des cosmologistes pour déchiffrer le passé, car ils permettent aux chercheurs de faire des déductions détaillées à partir des preuves d'observation les plus rares.

Comment peut-on déduire autant de choses de ce rayonnement fossile du Big Bang ?

Effectuer ce que certains ont décrit comme la mesure la plus difficile à réaliser en science.

Cette lumière du Big Bang que l'on peut désormais observer dans une sphère entourant la Terre se présente sous la forme d'ondes très courtes, les micro-ondes, et est un mélange de lumière et de chaleur résiduelle, extrêmement faible, mais suffisant pour laisser entrevoir des idées puissantes.

C'est comme "une couche uniforme avec une température presque constante d'environ 3 degrés au-dessus du zéro absolu (-273,15°C)", a expliqué l'astrophysicien théorique Dave Spergel à la BBC.

Ce qui est intéressant, c'est le "presque".

"Les petites variations se situent à un niveau de 100 millièmes de degré d'un endroit à l'autre.

C'est ce qu'ils ont mesuré, car "lorsque nous observons le bruit de fond des micro-ondes, nous en apprenons plus sur la géométrie de l'univers", a déclaré celui qui est connu pour son travail avec la sonde WMAP de la NASA, lancée en 2001 avec la mission d'étudier le ciel et de mesurer ces différences de température.

Il s'agit de l'une des nombreuses études qui ont permis de déterminer la forme de l'univers.

Mais comment les observations des particules de lumière issues du Big Bang peuvent-elles aider des astrophysiciens comme Carlos Frank, de l'université de Durham, à décider de la forme de l'univers ?

"C'est la beauté de la science. Nous pouvons faire des déductions très, très importantes à partir de données très détaillées.

"Ces particules de lumière se sont propagées pendant des milliards d'années jusqu'à ce qu'elles atteignent nos télescopes, en suivant toute courbure possible.

Selon la façon dont elles arrivent, on sait comment s'est déroulé leur voyage.

ET ?

Imaginez ces micro-ondes cosmiques comme deux rayons de lumière.

Dans un univers plat, ils resteront toujours parallèles.

Dans un univers sphérique, ils voyageront le long de la courbure de l’espace et finiront par se rencontrer.

Dans un univers hyperbolique, les rayons ne se croiseront jamais et seront de plus en plus séparés.

Et il s'avère qu'ils restent parallèles .

La première fois que la forme et le destin du cosmos ont été déduits avec certitude à partir d'observations, c'était en 2000, lorsqu'une équipe internationale d'astronomes d'Italie, du Royaume-Uni, des États-Unis, du Canada et de la France, connue sous le nom de collaboration Boomerang, a publié les résultats de leur étude .

"Je pense que c'est le moment dont nous allons nous souvenir dans les manuels scolaires où nous avons dit que notre univers est plat, que nous n'allons pas nous retrouver dans un grand effondrement, que nous n'avons pas une quantité limitée d'espace. temps , qu'il s'étendra pour toujours.", ont-ils dit.

Ces résultats ont ensuite été confirmés par les données collectées par la sonde WMAP de la NASA, par le vaisseau spatial Planck de l' Agence spatiale européenne et par les mesures effectuées avec le télescope cosmologique d'Atacama .

La preuve de la planéité de l'univers apparaît également dans les études sur ce que l'on appelle la densité critique , qui indiquent qu'il se trouve juste en dessous, ce qui signifie qu'il est plat et qu'il s'étendra indéfiniment.

Et une autre façon de trouver des preuves consiste à utiliser la ligne isotrope : si elle est plate, elle se ressemble sous tous les angles. La recherche a révélé, avec une marge de précision de 0,2 %, que oui.

Néanmoins, nous ne pouvons pas exclure la possibilité que nous vivions dans un monde sphérique ou hyperbolique .

Bien que toutes les mesures soient prises, il est toujours possible que ce qui nous est arrivé pendant des siècles avec la Terre : aux échelles que l'on pouvait observer, sa courbure était trop petite pour être détectée, on la croyait donc plate.

Plus une sphère ou une selle est grande, plus chaque petite partie de celle-ci est plate.

Il reste donc possible que, l'univers étant extrêmement immense, la partie que nous pouvons observer soit si proche d'être plate que sa courbure ne puisse être détectée que par des instruments ultra-précis que nous n'avons pas encore inventés.

Cependant, pour le moment, tout semble indiquer que le cosmos est plat, en expansion et infini .

Ce qui est beau dans ce monde, c'est que les réponses soulèvent souvent davantage de questions... comment peut-il s'étendre s'il est infini ? et comment pourrait-il être infini s'il avait un commencement ?

Nous en restons là, de peur de ne plus rien avoir à penser.