Le Bing Bang : avant et après

Qu'est-ce qui a provoqué le Bing Bang et qu'est-ce qui s'ensuivit ?

Il faut d'abord préciser que les origines exactes du Big Bang restent encore un mystère pour la science. Les théories actuelles permettent de remonter très près de l'instant initial de l'Univers, mais pas de déterminer avec certitude ce qui a déclenché cet événement.

Voici néanmoins quelques hypothèses et pistes de réflexion sur les causes possibles du Big Bang :

• Selon certains modèles, le Big Bang pourrait résulter des fluctuations quantiques du vide. L'espace-temps serait apparu spontanément à partir de rien, en raison des lois de la physique quantique. Le principe d'incertitude de Heisenberg autorise en effet la création de matière/énergie à partir du vide sur de très courtes durées.
• Une autre idée est que notre Univers serait issu d'un "multivers" contenant une infinité d'autres univers. Le Big Bang aurait alors été provoqué par une collision entre deux "univers-branes", sortes de membranes à plusieurs dimensions. C'est ce que propose la théorie des cordes.
• Certains évoquent aussi un phénomène cyclique, où un univers en expansion finit par se contracter jusqu'à un point puis une nouvelle expansion. Le Big Bang serait alors l'aboutissement d'un Big Crunch précédent.
• Il a aussi été suggéré que le Big Bang pourrait être la conséquence de l'effondrement d'une étoile dans un autre univers, créant un trou noir débouchant sur le nôtre.

Mais à ce jour, aucun consensus scientifique n'existe sur les causes du Big Bang. Son étude se heurte aux limites de la physique actuelle. Une "théorie du tout" unifiant relativité générale et physique quantique sera sans doute nécessaire pour comprendre l'origine de notre Univers. Le sujet reste ouvert à de nombreuses spéculations passionnantes.

Juste après le Big Bang, l'Univers est entré dans une phase appelée "ère de Planck" qui a duré jusqu'à 10^-43 secondes après l'instant initial. Durant cette période, la physique actuelle ne permet pas de décrire précisément ce qui s'est passé car la gravité quantique, non encore élucidée, dominait.

Ensuite, de 10^-43 à 10^-36 secondes, l'Univers a connu une expansion accélérée appelée inflation. En une fraction de seconde, son volume a été multiplié par un facteur gigantesque, peut-être 10^78. Cela a dilué son contenu, le rendant homogène. Les fluctuations quantiques de cette époque seraient à l'origine des grandes structures actuelles (galaxies, amas).

Après l'inflation, l'Univers était constitué d'un plasma de particules élémentaires (quarks, électrons, photons...) maintenues à très haute température par l'énergie résiduelle de l'expansion. En se refroidissant, ce plasma a permis aux quarks de s'assembler en hadrons comme les protons et neutrons (baryogenèse).

Pendant les 3 premières minutes, les noyaux atomiques légers (Hydrogène, Hélium, Lithium) se sont formés lors de la nucléosynthèse primordiale. Mais il faudra attendre 380 000 ans pour que les premiers atomes électriquement neutres apparaissent, rendant l'Univers transparent aux photons (recombinaison).

Ensuite, la matière a pu s'effondrer sous l'effet de la gravité pour former les premières étoiles et galaxies. De nouvelles générations d'étoiles ont enrichi l'Univers en éléments lourds et permis l'apparition de planètes, jusqu'à aujourd'hui 13,8 milliards d'années après le Big Bang.

La science progresse constamment dans la compréhension de ces premiers instants mais beaucoup reste encore à découvrir sur les processus à l'oeuvre juste après la "singularité" initiale du Big Bang.

Pour donner une idée plus concrète de la chronologie du début de l'Univers, voici quelques correspondances avec nos unités de temps actuelles :

• L'ère de Planck (jusqu'à 10^-43 secondes) : c'est un intervalle de temps inimaginablement court. Si on ramenait l'âge de l'Univers (13,8 milliards d'années) à une année, l'ère de Planck ne durerait que 10^-60 secondes !
• La période d'inflation (10^-36 secondes) : en utilisant la même analogie, cela correspondrait à seulement 10^-53 secondes de notre année cosmique. Un instant infinitésimal.
• La baryogenèse (formation des protons et neutrons) : elle s'est produite entre 10^-6 et 1 seconde après le Big Bang. À l'échelle de notre année, cela représente 10^-23 à 10^-17 secondes.
• La nucléosynthèse primordiale (formation des premiers noyaux atomiques) : elle a duré environ 3 minutes après le Big Bang. Dans notre année analogique, cela équivaut à 10^-12 secondes (un millionième de microseconde).
• La recombinaison (formation des premiers atomes neutres) : elle s'est produite 380 000 ans après le Big Bang. Cela peut paraître long, mais dans notre année cosmique, cela ne représente que 1,5 jours !

On constate donc que l'essentiel des événements cruciaux pour la structuration de notre Univers se sont déroulés dans un laps de temps extrêmement bref au regard de son âge total.

L'Univers a ensuite continué son expansion et son refroidissement pendant des milliards d'années, voyant apparaître successivement étoiles, galaxies, amas et autres grandes structures qui ont façonné le cosmos observable aujourd'hui. Mais les caractéristiques fondamentales de la matière et de l'espace-temps trouvent leur origine dans les tout premiers instants après le Big Bang.

Le processus de formation de la Terre s'inscrit dans le cadre plus large de l'évolution de notre Univers depuis le Big Bang. Voici un résumé des grandes étapes qui ont conduit à l'apparition de notre planète :

1. Tout commence avec le Big Bang il y a 13,8 milliards d'années. L'Univers est alors extrêmement dense et chaud.
2. Après une période d'expansion et de refroidissement, les premiers atomes se forment (essentiellement hydrogène et hélium).
3. Sous l'effet de la gravité, la matière s'accumule en nuages qui s'effondrent pour former les premières étoiles et galaxies, environ 100 millions d'années après le Big Bang.
4. Les étoiles fusionnent l'hydrogène et l'hélium en éléments plus lourds comme le carbone, l'oxygène, le silicium, le fer... Quand elles explosent en supernovae, elles dispersent ces éléments dans l'espace.
5. Il y a 4,6 milliards d'années, une nébuleuse enrichie en éléments lourds par des générations d'étoiles s'effondre. La majeure partie de sa masse se concentre au centre pour former le Soleil.
6. Le disque de matière résiduel autour du Soleil, le disque protoplanétaire, s'agglomère peu à peu en planètes par accrétion. Les collisions entre protoplanètes sont fréquentes.
7. La jonction de protoplanètes d'une taille proche de celle de Mars forme la Terre primitive en quelques dizaines de millions d'années. Un dernier impact géant avec un corps de la taille de Mars donne probablement naissance à la Lune.
8. La Terre juvénile est entièrement fondue. En se refroidissant, elle se différencie : les éléments lourds plongent pour former le noyau, les plus légers remontent et forment le manteau et la croûte.
9. Il y a 4,4 milliards d'années, la Terre devient une planète rocheuse, avec des continents primitifs, une atmosphère et probablement déjà des océans. Le stage est prêt pour l'émergence de la vie...

On voit que l'apparition de conditions propices à notre existence sur Terre est le fruit d'un long processus cosmique, qui puise sa source dans les tout premiers instants de l'Univers et s'étend sur des milliards d'années. Une histoire fascinante qui replace l'humanité dans le grand récit de l'évolution cosmique.