Chaque fois que nous parlons de l'univers en expansion, tout le monde veut savoir comment cela va se terminer. Sûr, ils disent, le fait que la plupart des galaxies que nous pouvons voir s'éloignent de nous dans toutes les directions est vraiment intéressant. Sûr, ils disent, le Big Bang a du sens, en ce que tout était plus proche il y a des milliards d'années.

Mais comment ça se termine ? Est-ce que ça dure éternellement ? Est-ce que les galaxies finissent par ralentir, s'arrêter, et puis repartir ensemble dans un Big Crunch ? Aurons-nous un cycle ininterrompu de Big Bangs, toujours et à jamais?

Nous avons fait un tas d'articles sur de nombreux aspects différents de cette question, et la conclusion actuelle des astronomes est que parce que l'univers est plat, il ne va jamais s'effondrer sur lui-même et déclencher un autre Big Bang.

Mais attendez, qu'est-ce que cela signifie de dire que l'univers est « plat » ? Pourquoi est-ce important, et comment savons-nous même?

Avant de commencer à parler de la planéité de l'univers, nous devons parler de planéité en général. Que signifie dire que quelque chose est plat ?

Si vous êtes dans une pièce carrée et que vous marchez dans les coins, vous reviendrez à votre point de départ après avoir effectué quatre virages à 90 degrés. Vous pouvez dire que votre chambre est plate. C'est la géométrie euclidienne.

mais si vous faites le même voyage à la surface de la Terre. Commencer à l'équateur, faire un virage à 90 degrés, marcher jusqu'au pôle Nord, faire un autre virage à 90 degrés, retour à l'équateur, un autre virage à 90 degrés et revenez à votre point de départ.

Dans une situation, tu as fait quatre tours pour revenir à ton point de départ, dans une autre situation, cela n'a pris que 3. C'est parce que la topologie de la surface sur laquelle vous marchiez a décidé de ce qui se passe lorsque vous faites un virage à 90 degrés.

Vous pouvez imaginer un exemple encore plus extrême, où tu te promènes à l'intérieur d'un cratère, et il faut plus de quatre tours pour revenir à votre point de départ.

Une autre analogie, bien sûr, est l'idée de droites parallèles. Si vous lancez deux lignes parallèles au pôle Nord, ils s'éloignent l'un de l'autre, en suivant la topologie de la Terre et puis revenir ensemble.

C'est compris? Super.

Maintenant, qu'en est-il de l'univers lui-même ? Vous pouvez imaginer la même analogie. Imagerie volant dans l'espace sur une fusée pendant des milliards d'années-lumière, effectuer des manœuvres à 90 degrés et revenir à votre point de départ.

Tu ne peux pas le faire en trois, ou cinq, il en faut quatre, ce qui signifie que la topologie de l'univers est plate. Ce qui est totalement intuitif, droit? Je veux dire, ce serait votre hypothèse.

Mais les astronomes étaient sceptiques et avaient besoin de savoir avec certitude, et donc, ils ont entrepris de tester cette hypothèse.

Afin de prouver la planéité de l'univers, il faudrait faire un long voyage. Et les astronomes utilisent la plus grande observation possible qu'ils peuvent faire. Le rayonnement de fond cosmique micro-ondes, la rémanence du Big Bang, visible dans toutes les directions comme un décalage vers le rouge, moment où l'univers est devenu transparent vers 380, 000 ans après le Big Bang.

Lorsque ce rayonnement a été libéré, l'univers entier était d'environ 2, 700 C. C'était le moment où il faisait assez frais pour que les photons soient enfin libres de parcourir l'univers. L'expansion de l'univers a étiré ces photons au cours de leur voyage de 13,8 milliards d'années, en les déplaçant vers le bas dans le spectre des micro-ondes, à seulement 2,7 degrés au-dessus du zéro absolu.

Avec les télescopes spatiaux les plus sensibles dont ils disposent, les astronomes sont capables de détecter d'infimes variations de température de ce rayonnement de fond.

Et voici la partie qui m'épate à chaque fois que j'y pense. Ces minuscules variations de température correspondent aux structures à plus grande échelle de l'univers observable. Une région qui était une fraction d'un degré plus chaude est devenue un vaste amas de galaxies, des centaines de millions d'années-lumière de diamètre.

Le rayonnement de fond de micro-ondes cosmique donne juste et donne, et quand il s'agit de déterminer la topologie de l'univers, il a la réponse dont nous avons besoin. Si l'univers était courbé de quelque façon que ce soit, ces variations de température apparaîtraient déformées par rapport à la taille réelle que l'on voit aujourd'hui de ces structures.

Mais ils ne le sont pas. Au mieux de ses capacités, Le télescope spatial Planck de l'ESA, ne peut détecter aucune distorsion du tout. L'univers est plat.

Bien, ce n'est pas tout à fait vrai. Selon les meilleures mesures que les astronomes aient jamais pu faire, la courbure de l'univers se situe dans une plage de barres d'erreur qui indique qu'il est plat. Les futures observations par un télescope super Planck pourraient montrer une légère courbure, mais pour l'instant, les meilleures mesures là-bas disent… plat.

On dit que l'univers est plat, et cela signifie que les lignes parallèles resteront toujours parallèles. Les virages à 90 degrés se comportent comme de vrais virages à 90 degrés, et tout a du sens.

Mais quelles sont les implications pour l'univers entier ? Qu'est-ce que cela nous dit?

Malheureusement, le plus important est ce qu'il ne nous dit pas. Nous ne savons toujours pas si l'univers est fini ou infini. Si nous pouvions mesurer sa courbure, nous pourrions savoir que nous sommes dans un univers fini, et avoir une idée de sa taille réelle, au-delà de l'univers observable que nous pouvons mesurer.

Nous savons que le volume de l'univers est au moins 100 fois supérieur à ce que nous pouvons observer. Au moins. Si les barres d'erreur de planéité sont abaissées, la taille minimale de l'univers augmente.

Et rappelez-vous, un univers infini est toujours sur la table.

Une autre chose que cela fait, c'est que cela pose en fait un problème pour la théorie originale du Big Bang, nécessitant le développement d'une théorie comme l'inflation.

Puisque l'univers est plat maintenant, il devait être plat dans le passé, quand l'univers était une singularité incroyablement dense. Et pour qu'elle maintienne ce niveau de planéité sur 13,8 milliards d'années d'expansion, en quelque sorte incroyable.

En réalité, les astronomes estiment que l'univers doit avoir été plat à 1 partie dans 1 × 10 ⁵⁷ les pièces.

Ce qui semble être une coïncidence folle. L'évolution de l'inflation, cependant, résout cela, en élargissant l'univers d'une quantité incompréhensible quelques instants après le Big Bang. Les univers avant et après l'inflation peuvent avoir des niveaux de courbure très différents.

Dans les temps anciens, les cosmologistes disaient que la platitude de l'univers avait des implications pour son avenir. Si l'univers était courbé où vous pourriez effectuer un voyage complet avec moins de quatre tours, cela signifiait qu'il était fermé et destiné à s'effondrer sur lui-même.

Et c'était plus de quatre tours, il était ouvert et destiné à s'étendre à jamais.

Bien, cela n'a plus vraiment d'importance. En 1998, les astronomes ont découvert l'énergie noire, qui est cette force mystérieuse accélérant l'expansion de l'univers. Que l'univers soit ouvert, fermé ou plat, il va continuer à s'étendre. En réalité, cette expansion va s'accélérer, pour toujours.

J'espère que cela vous donnera un peu plus de compréhension de ce que les cosmologistes veulent dire quand ils disent que l'univers est plat. Et comment sait-on que c'est plat ? Mesures très précises du fond diffus cosmologique.