QU'EST-CE QUE LA THÉORIE DE L'UNIVERS OSCILLANT? - SCIENCE - 2025

L' univers oscillant ou la théorie de l' univers cyclique propose que l'univers se dilate et se contracte indéfiniment. Richard Tolman (1881-1948), mathématicien au California Institute of Technology, a proposé une théorie mathématique de l'univers palpitant vers 1930.

Mais l'idée n'était pas nouvelle pour l'époque de Tolman, puisque les anciennes écritures védiques avaient déjà proposé quelque chose de similaire vers 1500 avant JC, déclarant que l'univers entier était contenu dans un œuf cosmique appelé Brahmanda.

Figure 1. Vue de l'univers profond de Hubble. Actuellement, l'univers est en expansion, mais selon la théorie de l'univers oscillant, il arrive un moment où il se contracte. Source: Wikimedia Commons.

Grâce à Edwin Hubble (1889-1953), il est prouvé que l'univers est actuellement en expansion, ce qui, selon la plupart des astronomes, est en train d'accélérer.

Proposition de théorie de l'univers oscillant

Ce que Tolman propose, c'est que l'expansion de l'univers se produit grâce à l'impulsion initiale du Big Bang et s'arrêtera une fois que cette impulsion cessera en raison de l'action de la gravité.

En effet, le cosmologiste russe Alexander Friedmann (1888-1925) avait déjà introduit mathématiquement en 1922 l'idée d'une densité critique de l'univers, en dessous de laquelle il se dilate sans que la gravité puisse l'empêcher, alors qu'au-dessus de lui, le même La gravitation empêche l'expansion et provoque sa contraction jusqu'à ce qu'elle s'effondre.

Eh bien, dans sa théorie, Tolman prédit que la densité de l'univers atteindra un point où l'expansion s'arrêtera grâce au frein gravitationnel, et la phase de contraction, appelée Big Crunch, commencera.

Pendant cette phase, les galaxies se rapprocheront de plus en plus pour former une masse énorme et incroyablement dense, provoquant l'effondrement prévu.

La théorie postule également que l'univers n'a pas de début et de fin spécifiques, car il est construit et détruit alternativement par cycles de millions d'années.

La matière primordiale

La plupart des cosmologistes acceptent la théorie du Big Bang comme l'origine de l'univers, qui a été formé par la grande explosion primordiale, à partir d'une forme spécifique de matière et d'énergie d'une densité inimaginable et d'une température énorme.

De ce grand atome initial ont émergé les particules élémentaires que nous connaissons: protons, électrons et neutrons, sous la forme appelée ylem, un mot grec que le sage Aristote avait utilisé pour désigner la substance primordiale, source de toute matière.

L'ylème s'est progressivement refroidi à mesure qu'il se dilatait, devenant à chaque fois moins dense. Ce processus a laissé une empreinte de rayonnement sur l'univers, qui a maintenant été détectée: le fond de rayonnement micro-ondes.

Les particules élémentaires ont commencé à se combiner et à former la matière que nous connaissons en quelques minutes. Ainsi l'ylem se transformait successivement en une substance et une autre. L'idée de l'ylem est précisément ce qui a donné naissance à celle de l'univers palpitant.

Selon la théorie de l'univers pulsant, avant d'atteindre cette phase d'expansion dans laquelle nous sommes maintenant, il est possible qu'un autre univers similaire à celui actuel ait existé, qui s'est contracté pour former l'ylem.

Ou peut-être que le nôtre est le premier des univers cycliques qui se produiront dans le futur.

Big Bang, Big Crunch et entropie

Selon Tolman, chaque séquence d'oscillations dans l'univers commence par un Big Bang, dans lequel l'ylem donne naissance à toute la matière que nous connaissons et se termine par le Big Crunch, l'effondrement dans lequel l'univers s'effondre.

Dans l'intervalle de temps entre l'un et l'autre, l'univers se dilate jusqu'à ce que la gravité l'arrête.

Cependant, comme Tolman lui-même l'a compris, le problème réside dans la deuxième loi de la thermodynamique, qui stipule que l'entropie - degré de désordre - d'un système ne diminue jamais.

Par conséquent, chaque cycle devrait être plus long que le précédent, si l'univers était capable de garder une mémoire de son entropie précédente. En augmentant la durée de chaque cycle, il arriverait un point où l'univers aurait tendance à s'étendre indéfiniment.

Une autre conséquence est que selon ce modèle, l'univers est fini et qu'à un moment éloigné dans le passé, il doit avoir une origine.

Pour remédier au problème, Tolman a affirmé qu'en incluant la thermodynamique relativiste, ces restrictions disparaîtraient, permettant une série indéfinie de contractions et d'expansions de l'univers.

L'évolution de l'univers

Figure 2. Le paramètre de densité détermine trois géométries possibles de l'univers. Source: NASA via Wikimedia Commons.

Le cosmologiste russe Alexander Friedmann, qui était également un grand mathématicien, a découvert trois solutions aux équations d'Einstein. Ce sont 10 équations qui font partie de la théorie de la relativité et qui décrivent comment l'espace-temps se courbe en raison de la présence de matière et de gravité.

Les trois solutions de Friedmann conduisent à trois modèles de l'univers: un fermé, un ouvert et un troisième plat. Les possibilités offertes par ces trois solutions sont:

-Un univers en expansion peut cesser de s'étendre et se contracter à nouveau.

-L'univers en expansion peut atteindre un état d'équilibre.

-L'expansion peut continuer à l'infini.

La grande déchirure

Le taux d'expansion de l'univers et la quantité de matière qu'il contient sont les clés pour reconnaître la bonne solution parmi les trois qui ont été mentionnées.

Friedmann a estimé que la densité critique mentionnée au début est de plus ou moins 6 atomes d'hydrogène par mètre cube. Rappelez-vous que l'hydrogène et l'hélium sont les principaux produits de l'ylème après le Big Bang et les éléments les plus abondants de l'univers.

Jusqu'à présent, les scientifiques s'accordent à dire que la densité de l'univers actuel est très faible, de telle sorte qu'avec elle, il n'est pas possible de générer une force de gravité qui ralentit l'expansion.

Alors notre univers serait un univers ouvert, qui pourrait se terminer par la Grande Larme ou la Grande Déchirure, où la matière est séparée en particules subatomiques qui ne se rejoignent jamais. Ce serait la fin de l'univers que nous connaissons.

La matière noire est la clé

Mais vous devez prendre en compte l'existence de la matière noire. La matière noire ne peut pas être vue ou détectée directement, du moins pour le moment. Mais ses effets gravitationnels le font, puisque sa présence expliquerait les altérations gravitationnelles dans de nombreuses étoiles et systèmes.

Puisque la matière noire occupe jusqu'à 90% de l'univers, il est possible que notre univers soit fermé. Dans ce cas, la gravité pourrait compenser l'expansion, l'amenant au Big Crunch, comme décrit précédemment.

En tout cas, c'est une idée fascinante, qui laisse encore beaucoup de place à la spéculation. Dans le futur, il est possible que la vraie nature de la matière noire, si elle existe, soit révélée.

Il y a déjà des expériences pour cela dans les laboratoires de la Station spatiale internationale. Pendant ce temps, sur le terrain, des expériences sont également menées pour obtenir de la matière noire à partir de matière normale. Les découvertes qui en résulteront seront essentielles pour comprendre la vraie nature de l'univers.

Références

1. Kragh, H. Modèles cycliques de l'univers relativiste. Récupéré de: arxiv.org.
2. Pérez, I. Origine et fin de l'univers. Récupéré de: revistaesfinge.com.
3. SC633. Origines de l'univers. Récupéré de: sc663b2wood.weebly.com.
4. Villanueva, J. Théorie de l'univers oscillant. Récupéré: universetoday.com.
5. Wikipédia. Modèle cyclique. Récupéré de: en.wikipedia.org.
6. Wikipédia. Forme de l'univers. Récupéré de: en.wikipedia.org.