l’histoire pour tenter d’expliquer la formation et l’évolution de l’Univers (on les appelle les théories cosmologiques).
Certaines théories, que l’on sait aujourd’hui fausses, sont restées en vigueur pendant plusieurs siècles. Aussi faut-il toujours garder à l’esprit qu’une théorie, aussi séduisante soit-elle, n’est qu’un modèle, qu’une possibilité parmi d’autres, et que chaque théorie n’est valide que jusqu’à preuve du contraire.
LES PREMIÈRES THÉORIES COSMOLOGIQUES
Le système de Ptolémée
Vers 4000 avant J.-C., la première théorie cosmologique apparaît en Mésopotamie. Cette théorie, liée aux croyances religieuses, indique que la Terre est située au centre de l’Univers et que tous les astres tournent autour d’elle (système géocentrique). Ce modèle cosmologique est notamment repris par le philosophe grec Aristote (iiie siècle avant J.-C.), puis par l’astronome grec Ptolémée (iie siècle après J.-C), qui l’affine en fonction de ses observations.
Le système d’Aristarque de Samos
Toutefois, dès le iiie siècle avant J.-C., l’astronome grec Aristarque de Samos suppose que la Terre tourne autour du Soleil selon une orbite circulaire. Mais sa théorie n’est pas retenue à l’époque, en raison de l’autorité d’Aristote qui soutient le système géocentrique.
Le système de Copernic et la condamnation de Galilée
Au xvie siècle, l’astronome polonais Nicolas Copernic affirme que le Soleil est au centre de l’Univers (système héliocentrique) et que les planètes tournent autour de lui suivant des orbites circulaires. Les astronomes allemand Johannes Kepler et italien Galilée soutiennent le modèle de Copernic au xviie siècle. Ils précisent toutefois que les planètes tournent bien autour du Soleil, mais sur des orbites en forme d’ellipse. Mais parce qu’il soutient que la Terre n’est pas immobile au centre de l’Univers (ce qui contredit les récits bibliques sur l’origine du monde), Galilée est condamné par l’Église en 1633.
LES THÉORIES CONTEMPORAINES
Le modèle de l’Univers statique d’Einstein
Au début du xxe siècle, le physicien allemand Albert Einstein propose un modèle d’Univers statique, où il suppose l’existence d’une force de répulsion entre les galaxies qui compenserait la force de gravitation (attraction des corps), d’où un Univers immobile. Mais en 1929, l’astronome américain Edwin Hubble démontre que l’Univers n’est pas immobile, mais en expansion. Einstein déclarera que son modèle cosmologique est la plus grande erreur de sa vie (même les grands génies peuvent se tromper).
Le modèle de l’Univers en expansion de Hubble
En 1929, l’astronome américain Edwin Hubble constate que les galaxies s’éloignent les unes des autres en étudiant la lumière qu’elles émettent : la lumière émise par une galaxie immobile aurait toujours la même longueur d’onde en atteignant la Terre ; or Hubble constate que la lumière des galaxies se décale vers le rouge dans le spectre électromagnétique (décalage vers des longueurs d’onde plus grandes) ; si les galaxies se rapprochaient de la Terre, le décalage aurait lieu vers le bleu (vers des longueurs d’onde plus courtes). Ainsi, si les galaxies s’éloignent les unes des autres, cela prouve que l’Univers est en expansion.
De plus, la vitesse d’éloignement d’une galaxie est proportionnelle à son éloignement : plus la galaxie est éloignée, plus sa vitesse est grande et son éloignement rapide. Dans cette théorie, la Voie lactée est au centre de l’Univers, car toutes les galaxies semblent s’éloigner d’elle.
Les modèles de l’Univers stationnaire de Hoyle
En 1948, les astronomes anglais Fred Hoyle, Hermann Bondi et Thomas Gold présentent leur théorie stationnaire, dans laquelle ils affirment que l’Univers n’a pu s’être formé soudainement. Ils proposent le « principe cosmologique parfait » qui stipule que l’Univers a le même aspect partout et tout le temps. L’Univers fabrique continuellement de la matière pour former les nouvelles galaxies. Cette théorie s’oppose à celle du big bang, expression dont Hoyle est l’inventeur.
En 1986, avec l’aide de l’astrophysicien indien Jayant Narlikar et de ses amis Margaret et Geoffrey Burbidge, Hoyle propose une nouvelle version de sa théorie stationnaire, qu’il baptise théorie quasi stationnaire. Celle-ci propose que l’Univers ne crée pas de la matière en permanence mais selon des cycles de contraction-expansion. Cette théorie originale, radicalement opposée à celle du big bang, reste marginale aux yeux de la communauté scientifique, focalisée sur la vérification du big bang.
La théorie du big bang de Gamow
Le big bang est le nom de la théorie cosmologique « officielle », qui tente d’expliquer la formation et l’évolution de l’Univers. Cette théorie, inventée par le physicien américain d’origine russe George Gamow, suppose que toute la matière (ou toute l’énergie) de l’Univers s’est trouvée rassemblée à un instant donné ; à ce moment-là, il s’est produit une explosion phénoménale qui a donné naissance à l’Univers.
Après cette explosion et jusqu’à nos jours, l’Univers est entré dans une phase d’expansion et de refroidissement continus. La théorie prédit deux options pour l’avenir de l’Univers. Si la vitesse d’expansion de l’Univers augmente, l’Univers continuera à s’étendre indéfiniment. À l’inverse, si la vitesse d’expansion diminue, l’Univers s’immobilisera et se contractera dans un volume si petit que cela déclenchera un nouveau big bang, pour recréer ensuite un nouvel Univers avec une nouvelle expansion. Les astronomes ne savent pas actuellement de manière certaine quelle version correspondra au futur de l’Univers.
Si la théorie du big bang est acceptée par la majorité des astronomes, c’est parce qu’elle est en accord avec de nombreuses observations : le décalage vers le rouge des spectres lumineux des galaxies, l’abondance des éléments légers tels que l’hydrogène et l’hélium, l’existence du rayonnement de fond du ciel (un rayonnement de micro-ondes considéré comme un écho du big bang originel), etc.
Cependant cette théorie ne permet pas d’expliquer certaines observations récentes (des étoiles plus âgées que l’âge de l’Univers prévu par la théorie), ni les conditions physiques du big bang, ni de remonter au temps « zéro » de l’explosion…
POUR ALLER PLUS LOIN
→ l’Univers
→ les galaxies
→ les étoiles
→ la gravitation
→ le spectre électromagnétique
Quelques astronomes et physiciens :
Ptolémée – Nicolas Copernic – Galilée – Johannes Kepler – Albert Einstein
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