Le silence éternel des espaces infinis qui effrayait Pascal ne correspond plus à l'image que les cosmologistes contemporains se font de l'Univers. Après avoir été considéré pendant des millénaires comme un lieu d'ordre, d'immobilité, d'immuabilité, l'Univers est compris aujourd'hui comme source du mouvement et de l'évolution. La matière et l'énergie y sont certes ténues, mais là où elles se concentrent, il arrive qu'elles s'affrontent en des cataclysmes d'une rare violence. En astronomie, le terme Univers a pris successivement des acceptions différentes. Il désigne plutôt, aujourd'hui, l'ensemble de ce qui existe. Cependant, il est souvent utilisé, dans un sens plus restrictif, pour désigner l'ensemble de ce qui est observable. Dans le passé, ce terme a eu des définitions plus étroites encore et doit donc être interprété avec précaution dans les textes anciens. L'étude de la structure et de l'évolution de l'Univers pris dans son ensemble est l'objet de la cosmologie. Les différentes conceptions de l'Univers Les conceptions anciennes. Jusqu'à une époque récente, environ au début du XVIIe siècle, la perception physique de l'Univers ne se distinguait pas nettement de sa conception métaphysique, et, aujourd'hui encore, cette distinction n'apparaît pas à tous. S'il est impossible de faire ici l'inventaire, même succinct, des représentations de l'Univers propres aux différentes civilisations, on peut néanmoins proposer quelques remarques d'ordre général. Tout d'abord, les dimensions supposées de l'Univers ont toujours été à la mesure de l'idée qu'on se faisait des distances. Quand la notion d'infini, si difficile à appréhender, n'existait guère, on concevait en général un Univers « grand », mais limité. La question de ce qui se trouve « au-delà » était peut-être trop rationnelle pour avoir été posée en termes physiques par des civilisations anciennes ou traditionnelles. On pouvait alors imaginer cet espace lointain comme le lieu de séjour des dieux ou des morts... C'est ainsi que, dans ces civilisations, l'essentiel de l'Univers se bornait au territoire parcouru par les moyens de transport existants ou envisageables, c'est-à-dire à une partie plus ou moins restreinte de la surface de la Terre. Celle-ci occupait invariablement le centre de l'Univers, avec pour compléments le « Ciel » et les « météores », phénomènes atmosphériques ou non, le Soleil, la Lune, les planètes et les étoiles. Ces objets célestes étaient généralement censés occuper des espaces distincts, définis de diverses manières (des sphères concentriques chez les Grecs, par exemple), et de distance mal connue ou inconnue. On croyait, par exemple, les étoiles plus lointaines que le Soleil, la Lune et les planètes. Et, comme il fallait maintenir tous ces éléments ensemble, on imaginait que des êtres mythiques, tel le géant Atlas, supportaient la Terre, ou que les sphères, constituées de cristal, contenant les planètes et les étoiles, étaient matérielles, mais transparentes. L'Univers était supposé contenir aussi des régions encore plus vagues, de nature proprement métaphysique, par exemple le Paradis ou l'Enfer des civilisations occidentales préchrétiennes ou chrétiennes. Son origine, nécessairement divine, était expliquée par les grands mythes relatifs à la Création. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats astronomie Atlas cosmogonie enfer mythologie - Les mythes de la création paradis sciences (histoire des) - L'espace - Finitude et infinitude du monde Les livres Univers - papyrus égyptien de la XXIe dynastie, page 5354, volume 10 Les conceptions physiques. C'est au XVIIe siècle que commencèrent à apparaître des conceptions physiques de l'Univers. Les distances dans le système solaire étaient alors mieux connues, et la découverte de la loi de la gravitation par Newton donna enfin le moyen de comprendre la cohésion de ce système dont le Soleil occupait le centre. Cependant, il restait difficile de concevoir les étoiles comme des soleils lointains, peut-être entourés de leur cortège de planètes : Giordano Bruno mourut sur le bûcher en 1600, en partie pour l'avoir suggéré. En fait, on s'intéressait peu à ce qui existait en dehors du système solaire. Seuls quelques scientifiques du XVIIIe siècle le firent, souvent de façon pénétrante. C'est ainsi que Jean-Philippe de Chézeaux, puis Wilhelm Olbers énoncèrent leur fameux paradoxe : si l'Univers est infini, toute ligne de visée devrait rencontrer une étoile à une distance plus ou moins grande, et le ciel devrait donc être très brillant. Comment expliquer alors qu'il soit sombre ? C'est seulement la cosmologie moderne qui a fourni la réponse, au XXe siècle, en montrant que, du fait de l'expansion de l'Univers, le volume visible de celui-ci ne peut pas être infini. Thomas Wright, Emmanuel Kant et Jean Henri Lambert, dans les années 1750, envisagèrent que la Voie lactée, dont Galilée (voir ce nom) avait montré qu'elle était constituée d'étoiles, pût être un système plat et fini à l'intérieur duquel nous nous trouvons. Ils pensaient que pouvaient exister d'autres systèmes semblables, les univers-îles, dont l'ensemble pourrait constituer l'Univers avec un grand U. William Herschel (voir ce nom) put démontrer à son tour, après Galilée, que la Voie lactée était effectivement formée d'étoiles, et il suggéra que certaines nébulosités observées par Charles Messier et par lui-même pourraient bien être d'autres voies lactées également formées d'étoiles, mais plus éloignées : c'était la matérialisation de l'idée philosophique des univers-îles. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Bruno Giordano étoile - 1.ASTRONOMIE expansion de l'Univers Galilée (Galileo Galilei, dit en français) gravitation Herschel (sir William) Kant Emmanuel Messier Charles Newton (Isaac) Olbers Wilhelm sciences (histoire des) - L'espace - Finitude et infinitude du monde système solaire Voie lactée Les livres Univers - la « règle » de Ptolémée, page 5355, volume 10 Univers - la sphère de Copernic, page 5355, volume 10 Univers - Mysterium Cosmographicum (1595), page 5355, volume 10 Univers - l'observatoire de William Herschel, page 5355, volume 10 Naissance des idées modernes. Le XXe siècle est celui de l'éclosion de l'astrophysique ; il est devenu possible de mesurer à distance les propriétés physiques et la composition chimique des astres au moyen de la spectroscopie. Pourtant, ce n'est qu'avec la mise en service des grands télescopes, au début du XXe siècle, en particulier le télescope de 2,50 m de diamètre du mont Wilson aux États-Unis, que nos conceptions de l'Univers ont évolué. En une vingtaine d'années, on a pu évaluer les véritables dimensions de la Voie lactée - notre Galaxie -, puis l'énorme distance qui nous sépare de ce que Herschel appelait des nébuleuses, objets composés d'étoiles semblables à celles qui sont proches de nous, et que l'on appelle aujourd'hui galaxies. Simultanément, Albert Einstein ( voir ce nom ) et ses collaborateurs et successeurs ont construit les premiers modèles globaux cohérents de l'Univers, fondés sur la relativité générale. Ces modèles sont des constructions intellectuelles et mathématiques schématisées, qui reposent sur des hypothèses simplificatrices : on suppose principalement que l'Univers est homogène et isotrope - c'est-à-dire qu'il est identique à lui-même à toute distance et dans toute direction -, ce qui, malgré sa structure fragmentaire, est une hypothèse raisonnable à très grande échelle. Il est clair que la cosmologie ne peut progresser en pratique que par la confrontation de tels modèles simples avec les résultats de l'observation : il est déjà très difficile de déterminer par l'observation les deux ou trois paramètres qui décrivent ces modèles, et nous n'y sommes pas encore parvenus de façon entièrement convaincante. Il existe une grande gamme de modèles possibles selon la densité de matière dans l'Univers local. Si cette densité est juste égale à une certaine densité critique, la géométrie de l'Univers est euclidienne, semblable à celle que nous connaissons à l'échelle de nos tables à dessin. Si elle est supérieure, la géométrie est non euclidienne, elliptique au sens de Bernhard Riemann, et l'Univers est dit fermé. Si la densité est plus petite, la géométrie est hyperbolique, et l'Univers est dit ouvert. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats astrophysique cosmologie Einstein Albert étoile - 1.ASTRONOMIE galaxie Herschel (sir William) matière manquante nébuleuse radioastronomie relativité Riemann Bernhard télescope Voie lactée Les livres Univers - l'amas de galaxies Abell 2199, page 5357, volume 10 Univers - la Voie lactée observée en infrarouge, page 5357, volume 10 La structure de l'Univers L'expansion de l'Univers. Dans la plupart des modèles de l'Univers, ce dernier n'est pas présenté comme immuable : il est soit en expansion, soit en contraction (paradoxalement, l'idée d'un Univers instable désolait Einstein). Edwin Powell Hubble (voir ce nom) devait cependant montrer en 1929 que l'Univers est actuellement en expansion, la vitesse d'éloignement des galaxies étant proportionnelle à leurs distances mutuelles. Il y a eu, depuis, de violentes controverses, souvent d'origine philosophique, sur la réalité de cette expansion. Aujourd'hui, celle-ci n'est plus guère mise en doute, car des observations concluantes ont été réalisées. Le rayonnement radio de l'Univers, découvert en 1965, relique d'une époque fossile où l'Univers était très chaud, est une conséquence de l'expansion, ce qui a été confirmé par les résultats très récents obtenus avec le satellite américain COBE. Le problème est plutôt de savoir si cette expansion se poursuivra indéfiniment ou si elle s'arrêtera un jour pour être suivie par une phase de contraction. Cela dépend de la densité de l'Univers. Si celle-ci est inférieure ou égale à la densité critique, l'expansion se poursuivra ; mais une phase de contraction interviendra dans un futur éloigné si la densité est plus grande. Quoi qu'il en soit, affirmer que l'Univers est en expansion revient à admettre qu'il fut autrefois beaucoup plus petit, plus dense et plus chaud, comme l'a très bien compris Georges Lemaître à l'époque de la découverte de Hubble, en introduisant l'idée d'atome primitif - on parle aujourd'hui de big-bang, expression anglaise signifiant le grand boum. Un esprit métaphysique pourra interpréter cette étape initiale, survenue il y a quelque 15 milliards d'années, comme étant la Création : la création ex nihilo est cependant une idée impossible à prouver, car toute mémoire de ce qui s'est éventuellement passé avant l'époque où l'Univers était très dense est définitivement perdue. Certains refusent toute idée de création, donc d'Univers primitif très dense et très chaud : ainsi Fred Hoyle, qui a imaginé un moyen ingénieux de tourner le problème. Hoyle suppose que de la matière se crée continuellement et partout de façon à compenser exactement l'effet de l'expansion, la densité de l'Univers se trouvant alors constante : il n'y a ni commencement ni fin, mais le volume et la masse totale de l'Univers augmentent continuellement en raison de la création permanente de matière nouvelle. Cependant, le modèle de Hoyle, qui n'est qu'un exemple de la façon dont les idées métaphysiques influencent toujours notre conception de l'Univers, n'a pas résisté aux contraintes issues de l'observation. Nous avons aujourd'hui, en principe, les moyens de réfuter ou de confirmer par l'observation les théories issues du cerveau fertile des cosmologistes et des métaphysiciens. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats astronomie spatiale big-bang décalage spectral expansion de l'Univers Hubble Edwin Powell Lemaître Georges Henri matière manquante rayonnement - Le rayonnement thermique - Le rayonnement fossile de l'Univers Les livres Univers - l'amas Comas, page 5356, volume 10 Univers - le rayonnement fossile de l'Univers, page 5357, volume 10 L'évolution de l'Univers. Les propriétés de l'Univers sont évidemment d'autant plus mal connues que l'on considère ses parties plus lointaines. Des régions reculées peuvent d'ailleurs nous être à jamais inaccessibles en raison de l'existence d'horizons (au moins dans certains modèles de l'Univers), et l'on peut bien entendu spéculer sur ce qu'il peut y avoir derrière ces horizons. Les objets lointains sont vus plus jeunes que les objets proches de nous, c'est-à-dire plus près des origines du big-bang. Cela résulte de la vitesse non infinie de propagation de la lumière : nous voyons en ce moment les objets éloignés de l'Univers tels qu'ils se présentaient il y a longtemps, lorsqu'ils ont émis la lumière que nous recevons d'eux aujourd'hui. Exprimer les distances astronomiques en annéeslumière prend ici tout son sens. Les objets les plus lointains dont on a pu mesurer la distance, des galaxies très peu lumineuses et des quasars (qui ne sont autres que des noyaux de galaxies particulièrement lumineux), sont à plus de 10 milliards d'années- lumière. Beaucoup plus loin encore, donc plus près des origines, l'Univers est opaque : c'est l'émission de l'Univers à ce moment que nous voyons aujourd'hui sous la forme du rayonnement radiocosmologique dont il a été question plus haut ; à cette époque, la matière était un gaz d'une température de 4000 K environ. Seule la théorie nous permet d'étudier ce qui s'est passé auparavant. En remontant vers les origines, l'Univers est de plus en plus chaud ; assez près du commencement, il s'est produit des réactions thermonucléaires qui ont transformé en noyaux d'hélium une partie des particules alors existantes, protons et neutrons (plus des électrons pour assurer la neutralité électrique). C'est ainsi que s'est formé l'essentiel de l'hélium que nous observons aujourd'hui. Auparavant, ces particules bien connues n'existaient même pas individuellement ; il n'y avait que les constituants élémentaires de la matière, comme les quarks. Nos connaissances en physique sont encore quelque peu insuffisantes pour décrire ces étapes initiales, où les énergies en jeu étaient tellement énormes qu'on ne sait pas encore les produire dans les plus puissants accélérateurs de particules : ici, la cosmologie rejoint les problèmes les plus complexes de la physique des particules élémentaires. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats année-lumière célérité galaxie hélium nucléosynthèse particule - 2.PHYSIQUE quark quasar rayonnement - Le rayonnement thermique - Le rayonnement fossile de l'Univers Les médias Univers - la controverse des quasars La formation des galaxies. La compréhension de la formation des galaxies (voir ce mot) est un autre enjeu de la cosmologie. Il est maintenant avéré que les galaxies se sont formées par la contraction, sous l'effet de la gravitation, d'inhomogénéités dans la distribution de la matière qui devaient exister très tôt dans l'évolution de l'Univers - des sortes de grumeaux primordiaux. Le satellite COBE a pour la première fois, en 1992, mis directement en évidence l'existence de telles inhomogénéités, observées sous la forme d'irrégularités dans la carte du rayonnement radiocosmologique du ciel. Cependant, on ne comprend pas bien l'origine de ces inhomogénéités elles-mêmes. De plus, les galaxies ne sont pas réparties au hasard, mais à la surface d'énormes bulles à peu près vides à l'intérieur. Il s'agit donc de comprendre non seulement l'origine des galaxies elles-mêmes, mais celle de ces immenses structures, dont les dimensions peuvent atteindre des centaines de millions d'années-lumière. Cela donne un aperçu des problèmes qui se posent à l'astrophysicien d'aujourd'hui. Pourtant, le seul fait de pouvoir les poser en termes clairs est un progrès considérable : c'était inconcevable au début des années soixante-dix. Reste maintenant à les résoudre. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats astres - Les galaxies astres - Les groupements de galaxies galaxie Les livres galaxie - la classification des galaxies d'après Hubble, page 2097, volume 4 galaxie - la galaxie spirale M51, page 2097, volume 4 galaxie - la radio-source Cygnus A, page 2097, volume 4 Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats atome - Les atomes dans l'Univers - L'origine des atomes physique - La physique au XXe siècle - La physique à la fin du XXe siècle Les livres Amas de galaxies, page 5354, volume 10 Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats astres sciences (histoire des) Les indications bibliographiques A. Delsemme, les Origines cosmiques de la vie : une histoire de l'Univers du bigbang jusqu'à l'homme, Flammarion, Paris, 1994. H. Reeves, Patience dans l'azur : l'évolution cosmique, Seuil, Paris, 1988 (Galilée, 1981) ; la Première Seconde, Seuil, Paris, 1995. T.-X. Thuan, la Mélodie secrète : et l'homme créa l'Univers, Gallimard, Paris, 1991 (Fayard, 1982).
