Jusqu'où l'Univers s'étend-il ?
C'est la question que beaucoup de gens se sont posée en lisant que l'Univers est en expansion et que tout s'éloigne de nous. C'est une question intéressante à poser, mais la réponse n'est peut-être pas aussi satisfaisante et il faut un peu de physique pour comprendre.
Tout le monde a entendu dire que l'Univers est en expansion et que quand on regarde les galaxies, elles s'éloignent toutes. C'était une observation faite par Edwin Hubble en 1929 où il a proposé la loi de Hubble.
La loi de Hubble dit que la vitesse des galaxies augmente à mesure qu'elles s'éloignent de nous. Ce fut la première observation qui nous a amené à comprendre que l'Univers s'étend à un rythme accéléré et nous a permis près d'1 siècle d'observations pour prouver la Loi.
Mais si l'Univers est en expansion, vers où s'étend-il ? Qu'y a-t-il en dehors de l'Univers ? Où va-t-il? Ce sont des questions qui nous viennent à l'esprit quand on y pense. Si l'Univers est en expansion, il doit s'étendre quelque part. Ce sera?
Comment savons-nous que l'Univers est en expansion ?
Edwin Hubble a été le premier à observer que les galaxies s'éloignent de nous et que plus une galaxie est éloignée, plus elle s'éloigne rapidement. Il y a une sorte d'accélération à mesure qu'un objet s'éloigne.
Les observations de Hubble ont été confirmées à plusieurs reprises et une constante a été calculée, la constante de Hubble.
La constante de Hubble nécessite encore des observations plus sensibles pour être confirmée, mais toutes les observations jusqu'à présent indiquent une valeur d'environ 70 kilomètres par seconde par million de parsecs. 1 parsec équivaut à 3,26 années-lumière.
Le taux d'expansion n'est pas la même chose que la vitesse !
Si nous regardons les unités de la constante de Hubble, nous pouvons voir qu'elle n'a pas d'unités de vitesse. En d'autres termes, la constante de Hubble nous donne un taux d'expansion de l'Univers et pas exactement une vitesse d'expansion.
Le taux d'expansion nous donne des informations sur l'augmentation des distances entre deux points différents de l'Univers. Ce taux est dans l'espace entre les deux points et non dans les deux points.
Pour faciliter les choses, une analogie consiste à imaginer qu'un ballon est gonflé. Si vous peignez deux points sur le ballon, vous remarquerez que ces points s'éloignent l'un de l'autre, non pas parce que la vitesse des points change, mais parce que le matériau du ballon entre les deux points s'étire.
Ce qui s'étend, c'est l'espace-temps - le tissu qui compose l'Univers - entre deux points. L'espace-temps fonctionnerait comme le tissu du ballon dans ce cas, en s'étendant et en s'étirant.
Nous ne connaissons pas encore la forme de l'Univers
Nous ne savons pas quelle est la forme de l'Univers et même pas s'il est infini ou fini. La cosmologie, domaine qui étudie l'Univers lui-même, a tendance à supposer que le format serait plat, contrairement au cas du ballon.
Comme l'espace semble se créer entre deux points, il est naturel que lorsque nous observons quelque chose de loin, il semble s'éloigner de plus en plus. Et plus il s'éloigne, plus il tient à l'intérieur, donc plus il semble s'éloigner rapidement.
Qu'est-ce qui cause l'expansion?
Cette expansion est causée par ce qu'on appelle l'énergie noire. L'énergie noire reste toujours un mystère pour la physique bien qu'elle s'intègre bien dans les équations de la cosmologie, comme la propre relativité générale d'Einstein.
Les effets de l'énergie noire sont à l'opposé de la gravité et à grande échelle, elle domine. C'est pourquoi les galaxies voisines comme la Voie lactée et Andromède se rapprochent et entreront en collision un jour. A petite échelle, la gravité domine toujours.
Big Bang et mort par la chaleur
Si tout est en expansion, à un moment donné, tout était au même endroit. C'est la prémisse du début de l'univers qui est devenu connu sous le nom de Big Bang. Le Big Bang a donné le coup d'envoi à cette expansion qui se poursuit aujourd'hui, avec quelques variations dans le temps.
La mort thermique surviendrait lorsque l'énergie noire atteindrait sa limite et que rien d'autre ne pourrait se produire dans l'Univers. En d'autres termes, c'est le seuil physique de tout événement.
Où l'Univers s'étend-il ?
L'Univers s'étend en lui-même. C'est l'espace surgissant dans le tissu même de l'espace-temps. Il ne s'étend pas vers l'extérieur comme l'exemple du ballon, il s'étend vers l'intérieur.
C'est quelque chose d'abstrait auquel il faut penser lorsque nous parlons de quelque chose qui est à quatre dimensions et que nous ne pouvons l'observer que de manière tridimensionnelle. Mais l'espace-temps ne fait que s'étendre sur lui-même, et nous le voyons lorsque nous voyons les galaxies s'éloigner.