Certains astronomes pensent que l'univers peut éventuellement agir comme un soufflé infortuné, contrairement à celui-ci, qui a l'air bien élargi et prêt à manger. © iStockphoto.com/robynmac Nous sommes tous inquiets de ce qui arrivera à la fin de notre vie. Nous voyons d'autres êtres vivants mourir, et nous savons que cela nous arrivera. Parce que c'est inévitable, nous nous soucions de quand, où et comment cela se passera. Beaucoup d'entre nous s'interrogent également sur le sort de la Terre. Sera-ce une boule bleue hospitalière pour toujours, ou finira-t-elle par être consommée par le soleil en passant d'une étoile jaune de taille moyenne à une géante rouge ? Ou peut-être allons-nous empoisonner notre planète, et il flottera, froid et désolé, à travers l'espace. Si une telle chose devait arriver, Combien de temps cela prendrait-il? Cent ans? Un millier? Un million?
Certains astronomes - ceux qui se disent cosmologistes - posent des questions similaires sur l'univers. L'échelle à laquelle ces scientifiques travaillent, bien sûr, est bien différent. L'univers est immense comparé à une seule planète, même une seule galaxie, et sa chronologie est beaucoup, beaucoup plus longtemps. À cause de ce, les cosmologistes ne peuvent pas savoir avec certitude comment l'univers a commencé ou comment il finira. Ils peuvent, cependant, recueillir des preuves, faire des suppositions éclairées et établir des théories.
Une telle théorie, concernant l'avenir de l'univers, est connu sous le nom de « gros craquement ». Selon cette théorie, l'univers cessera un jour de s'étendre. Puis, alors que la gravité tire sur la matière, l'univers commencera à se contracter, tombant vers l'intérieur jusqu'à ce qu'il s'effondre dans un super-chaud, singularité super dense. Si la théorie est vraie, l'univers est comme un soufflé géant. Ça commence petit, puis se dilate en se réchauffant. Finalement, cependant, le soufflé refroidit et commence à s'effondrer.
Personne n'aime un soufflé tombé, et nous ne devrions pas aimer un univers qui se comporte comme tel. Il épelle la fin de chaque galaxie, étoile et planète qui existent actuellement. Heureusement, le gros crunch n'est pas une garantie. Les cosmologistes sont actuellement engagés dans un débat brûlant. Un camp dit que le soufflé tombera; l'autre camp dit que le soufflé s'étendra pour toujours. Il faudra des milliards d'années avant que nous sachions avec certitude quel camp est le bon.
En attendant, plongeons plus profondément dans le grand crunch pour comprendre ce que c'est et ce que cela signifie pour l'univers. Parce que le big crunch est en fait une conséquence du big bang, commençons par là.
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Alors que beaucoup de gens pensent que la théorie du big bang fait référence à une explosion, il se réfère en fait à l'expansion de l'univers. 2008 HowStuffWorks Bien que How the Big Bang Theory Works couvre en détail l'origine de l'univers, il sera utile de couvrir les bases ici. La version courte est la suivante :il y a environ 15 milliards d'années, toute la matière et l'énergie étaient embouteillées dans une région incroyablement petite connue sous le nom de singularité . Dans un instant, ce point unique de matériau super-dense a commencé à se développer à une vitesse étonnamment rapide. Les astronomes ne comprennent pas complètement ce qui a provoqué le début de l'expansion, mais ils utilisent le terme « big bang » pour décrire à la fois la singularité et les premiers instants qui ont suivi.
Alors que l'univers nouveau-né s'étendait, il a commencé à se refroidir et à devenir moins dense. Pensez à un jet de vapeur sortant d'une bouilloire. Près du couvercle du bec, la vapeur est assez chaude, et les molécules de vapeur sont concentrées dans un espace confiné. Au fur et à mesure que la vapeur s'éloigne de la bouilloire, cependant, la vapeur se refroidit au fur et à mesure que les molécules se répandent dans votre cuisine. La même chose s'est produite après le big bang. Dans environ 300, 000 ans, tout ce qui était contenu dans la singularité s'était dilaté en bouillonnant, sphère opaque de matière et de rayonnement. Comme il l'a fait, la température est tombée à 5, 432 degrés Fahrenheit (3, 000 degrés Celsius), permettant à des particules plus stables de se former. D'abord les électrons et les protons, qui se sont ensuite combinés pour former des atomes d'hydrogène et d'hélium.
L'univers a continué à s'étendre et à s'éclaircir. Vous pourriez être tenté d'imaginer ce jeune univers comme un ragoût, avec des amas de matière flottant dans une sauce épaisse. Mais les astronomes pensent maintenant que c'était plus comme une soupe, très lisse en densité, à l'exception de quelques minuscules fluctuations. Ces perturbations étaient juste assez importantes pour provoquer la fusion de la matière. D'énormes grappes de protogalaxies a commencé à se former. Les protogalaxies ont mûri en galaxies , de grandes îles de gaz et de poussière qui ont donné naissance à des milliards d'étoiles. Autour de certaines de ces étoiles, la gravité a rassemblé les rochers, glace et autres matériaux pour former des planètes. Sur au moins une de ces planètes, la vie a évolué, quelque 11 milliards d'années après que le big bang a tout déclenché.
Aujourd'hui, l'univers continue de s'étendre, et les astronomes ont des preuves pour le prouver. Suivant, nous allons examiner certaines de ces preuves.
Si la théorie du big bang est correcte, alors les astronomes devraient être capables de détecter l'expansion de l'univers. Edwin Hubble, l'homonyme du télescope spatial Hubble, fut l'un des premiers scientifiques à observer et mesurer cette expansion. En 1929, il étudiait le spectres , ou arcs-en-ciel, des galaxies lointaines en laissant passer la lumière de ces objets à travers un prisme de son télescope. Il a remarqué que la lumière provenant de presque toutes les galaxies était décalée vers l'extrémité rouge du spectre. Pour expliquer l'observation, il s'est tourné vers le effet Doppler , un phénomène que la plupart des gens associent au son. Par exemple, alors qu'une ambulance s'approche de nous dans la rue, le ton de la sirène semble augmenter; en passant, la hauteur diminue. Cela se produit parce que l'ambulance rattrape les ondes sonores qu'elle crée (augmentation de la hauteur) ou s'en éloigne (diminution de la hauteur).
Hubble a estimé que les ondes lumineuses créées par les galaxies se comportaient de la même manière. Si une galaxie lointaine se précipitait vers notre galaxie, il a argumenté, il se rapprocherait des ondes lumineuses qu'il produisait, ce qui diminuerait la distance entre les crêtes des vagues et déplacerait sa couleur vers l'extrémité bleue du spectre. Si une galaxie lointaine s'éloignait de notre galaxie, il s'éloignerait des ondes lumineuses qu'il créait, ce qui augmenterait la distance entre les crêtes des vagues et déplacerait sa couleur vers l'extrémité rouge du spectre. Après avoir constamment observé des décalages vers le rouge, Hubble a développé ce que nous appelons La loi de Hubble :Les galaxies s'éloignent de nous à une vitesse proportionnelle à leur distance de la Terre.
Aujourd'hui, les décalages vers le rouge des objets célestes lointains sont une preuve solide que l'univers est en expansion. Mais tout ce qui s'étend doit finir par s'arrêter, droit? L'univers ne va-t-il pas, comme une balle lancée dans le ciel, atteindre un point d'expansion maximum, s'arrêter puis recommencer à retomber là où il a commencé ? Comme nous le verrons par la suite, c'est l'un des trois scénarios possibles.
Vérification des antécédents
Des preuves solides du big bang proviennent également du rayonnement du fond diffus cosmologique (CMB). Ces micro-ondes sont du même type que vous utilisez pour cuire des aliments dans votre cuisine, sauf qu'ils sont répartis dans tout l'univers. En réalité, ils sont si uniformément diffusés dans l'espace que les astronomes pensent maintenant que le rayonnement CMB est l'écho du big bang, le souffle mourant de l'explosion qui a donné naissance au cosmos que nous connaissons aujourd'hui.
CommentStuffWorks Presque tous les astronomes admettent que l'univers est en expansion. Ce qui se passe ensuite est le vrai mystère. Heureusement, il n'y a que trois possibilités réelles :l'univers peut être ouvert, plat ou fermé.
Univers ouvert. Dans ce scénario, l'univers s'étendra pour toujours, et comme il le fait, la matière qu'il contient s'étalera de plus en plus finement. Finalement, les galaxies manqueront des matières premières dont elles ont besoin pour fabriquer de nouvelles étoiles. Les étoiles qui existent déjà s'éteindront lentement, comme des braises mourantes. Au lieu de berceaux de feu, les galaxies deviendront des cercueils remplis de poussière et d'étoiles mortes. À ce moment, l'univers deviendra sombre, froid et, malheureusement pour nous, sans vie.
Univers plat . Imaginez une bille roulant sur une surface en bois infiniment longue. Il y a juste assez de friction pour ralentir la bille, mais pas assez pour le faire rapidement. Le marbre roulera longtemps, finalement en roue libre jusqu'à un arrêt lent et doux. C'est ce qui arrivera à un univers plat. Il consommera toute l'énergie du big bang et, atteindre l'équilibre, côte à l'arrêt loin dans le futur. De plusieurs façons, c'est juste une variation de l'univers ouvert car il faudra, au sens propre, pour toujours que l'univers atteigne le point d'équilibre.
Univers fermé . Attachez une extrémité d'un élastique à votre jambe, l'autre extrémité au rail d'un pont puis sautez. Vous accélérerez rapidement vers le bas jusqu'à ce que vous commenciez à étirer la corde. Au fur et à mesure que la tension augmente, la corde ralentit progressivement votre descente. Finalement, vous arriverez à un arrêt complet, mais juste pour une seconde comme le cordon, étiré à sa limite, vous ramène vers le pont. Les astronomes pensent qu'un univers fermé se comportera à peu près de la même manière. Son expansion ralentira jusqu'à ce qu'elle atteigne une taille maximale. Ensuite, il reculera, s'effondrer sur lui-même. Comme il le fait, l'univers deviendra plus dense et plus chaud jusqu'à ce qu'il se termine dans un infiniment chaud, singularité infiniment dense.
Un univers fermé conduira à un grand craquement -- l'opposé du big bang. Mais quelles sont les chances qu'un univers fermé soit plus probable qu'un univers ouvert ou plat ? Les astronomes commencent à faire des suppositions éclairées.
Pour déterminer si l'univers s'étendra pour toujours, s'arrêter ou s'effondrer sur lui-même, les astronomes doivent décider laquelle des deux forces opposées gagnera un bras de fer cosmique. L'une de ces forces est la partie bang du big bang - l'explosion qui a catapulté l'univers dans toutes les directions. L'autre force est la gravité, la traction qu'un objet exerce sur un autre. Si la gravité dans l'univers est assez forte, il pourrait régner dans l'expansion et faire se contracter l'univers. Si non, l'univers continuera à s'étendre pour toujours.
Bien que les astronomes sachent que l'univers est en expansion, ils ne peuvent pas évaluer avec précision la force responsable de l'expansion. Au lieu, ils essaient de mesurer la densité de l'univers. Plus la densité est élevée, plus la force gravitationnelle est grande. En appliquant cette logique, il doit y avoir un seuil de densité -- une limite critique -- qui déterminera si la gravité dans l'univers est assez forte pour arrêter l'expansion et tout ramener. Si la densité est supérieure à la limite critique, alors l'univers cessera de s'étendre et commencera à se contracter. S'il est inférieur à la limite critique, alors l'univers s'étendra pour toujours. Les astronomes représentent cela mathématiquement avec l'équation suivante :
Ω =densité moyenne réelle/densité critique
Si oméga (Ω) est supérieur à 1, alors l'univers sera fermé. S'il est inférieur à 1, l'univers sera ouvert. Et s'il est égal à 1, l'univers sera plat. Sur la base de la matière que nous pouvons voir, comme les galaxies, étoiles et planètes, la densité de l'univers semble être inférieure à la valeur critique. Cela suggérerait un univers ouvert qui s'étendra pour toujours. Mais les cosmologistes pensent qu'il existe un autre type de matière qui ne peut pas être vu. Cette matière noire peut représenter beaucoup plus de l'univers que d'ordinaire, matière visible et peut avoir suffisamment de gravité pour s'arrêter, puis inverser, L'expansion.
Récemment, les astronomes ont fait quelques observations qui indiquent qu'il existe un autre matériau invisible dans le cosmos : énergie noire . L'énergie noire pourrait-elle profondément affecter le destin de l'univers ?
Nous sommes grands " Gros "Le terme "big bang" a commencé comme une blague - une remarque désobligeante faite par l'astronome Fred Hoyle. Mais le nom est resté et a engendré une série de contrefaçons de nomenclature. Un univers qui s'étend pour toujours produira un "gros froid" ou un "gros gel". Un univers qui s'effondre dans une singularité et explose à nouveau vers l'extérieur connaîtra un "gros resserrement" suivi d'un "gros rebond". Et un univers qui atteint l'équilibre et ne fait rien deviendra un "gros ennui".
Sur la photo et agrandie ici à gauche, une supernova filmée par Hubble qui a explosé il y a 10 milliards d'années. Appelé 1997ff, cela a considérablement renforcé les arguments en faveur de l'existence d'une énergie noire pénétrant le cosmos. Photo avec l'aimable autorisation de la NASA-GSFC Au moment où les astronomes étaient aux prises avec l'impact de la matière noire, ils ont fait une découverte qui les a fait revenir au tableau une fois de plus. La découverte a eu lieu en 1998, quand les meilleurs télescopes du monde ont révélé ce type je supernovae -- des étoiles mourantes qui ont toutes la même luminosité intrinsèque -- étaient plus éloignées de notre galaxie qu'elles n'auraient dû l'être. Pour expliquer ce constat, les astronomes ont suggéré que l'expansion de l'univers s'accélère ou s'accélère. Mais qu'est-ce qui accélérerait l'expansion ? La gravité inhérente à la matière noire n'est-elle pas assez forte pour empêcher une telle expansion ?
Comme il s'avère, il y a plus à l'histoire cosmique qu'on ne le pensait auparavant. Certains cosmologistes pensent maintenant que quelque chose d'autre - quelque chose d'aussi inexplicable et inobservable que la matière noire - se cache dans l'univers. Ils se réfèrent parfois à ce truc invisible comme énergie noire . Contrairement à la gravité, qui tire sur l'univers et ralentit son expansion, l'énergie noire pousse sur l'univers et travaille pour accélérer l'expansion. Et il y en a beaucoup. Les astronomes estiment que l'univers pourrait contenir 73 % d'énergie noire. Matière noire, ils pensent, représente 23 % supplémentaires, et la matière ordinaire -- la substance que nous pouvons voir -- représente un dérisoire 4 pour cent [source :Brecher]. Avec des chiffres comme ça et étant donné que l'énergie noire est une force inflationniste, il est facile de voir comment le grand craquement pourrait ne jamais se produire du tout.
De façon intéressante, Albert Einstein a prédit l'existence de l'énergie noire en 1917 alors qu'il tentait d'équilibrer les équations de sa théorie de la relativité générale. Il ne l'appelait pas énergie noire à l'époque. Il l'appelait le constante cosmologique et l'a étiqueté lambda dans ses calculs. Bien qu'il ne puisse pas le prouver, Einstein pensait qu'il devait y avoir une force répulsive dans l'univers pour tout répartir aussi uniformément. Finalement, il s'est rétracté, appeler lambda sa plus grande bévue.
Maintenant, les scientifiques se demandent si Einstein avait encore une fois eu raison - à moins que, bien sûr, il a tort. Suivant, nous explorerons pourquoi certains tiennent toujours le grand crunch en haute estime et pourquoi ce n'est peut-être pas la fin de l'univers, mais un deuxième commencement.
Le grand rebond prend le cycle de vie de l'univers HowStuffWorks
Clairement, il n'y a pas de réponse facile quand il s'agit de prédire le destin de l'univers. Mais imaginons un instant que la densité de l'univers soit au-dessus de la valeur critique requise pour arrêter l'expansion. Cela conduirait à la grande crise, ce qui, à bien des égards, reviendrait à appuyer sur le bouton de rembobinage d'un magnétoscope. Alors que la gravité dans l'univers a tout ramené, les amas de galaxies se rapprocheraient. Ensuite, les galaxies individuelles commenceraient à fusionner jusqu'à ce que, après des milliards d'années, une méga-galaxie se formerait.
Dans ce gigantesque chaudron, les étoiles se fondraient, faisant que tout l'espace devient plus chaud que le soleil. Finalement, les étoiles exploseraient et des trous noirs émergeraient, lentement d'abord, puis plus rapidement. Alors que la fin approchait, les trous noirs aspireraient tout autour d'eux. Même eux fusionneraient à un moment donné pour former un trou noir monstrueux qui fermerait l'univers comme un sac à cordon. À la fin, il ne resterait qu'un super-chaud, singularité super-dense -- la graine d'un autre univers. De nombreux astronomes pensent que la graine germerait dans un "gros rebond, " recommencer tout le processus.
Ce n'est pas la seule théorie. Quelques cosmologistes, dirigé par Paul J. Steinhardt de l'Université de Princeton et Neil Turok de l'Université de Cambridge, ont récemment soutenu que le grand froid et le grand resserrement ne s'excluent pas mutuellement. Leur modèle fonctionne comme ceci :l'univers a commencé avec le big bang, qui a été suivie d'une période d'expansion lente et d'accumulation progressive d'énergie noire. C'est là que nous sommes aujourd'hui. Ce qui se passe ensuite est hautement spéculatif, mais Steinhardt et Turok croient que l'énergie noire continuera à s'accumuler et, comme il le fait, stimulera l'accélération cosmique. L'univers ne cessera jamais de s'étendre, mais s'étalera sur des milliards d'années, étirant toute la matière et l'énergie à un tel extrême que notre seul univers sera séparé en plusieurs univers. A l'intérieur de ces univers, la mystérieuse énergie noire se matérialisera en matière et rayonnement normaux. Cela déclenchera un autre big bang - peut-être plusieurs d'entre eux - et un autre cycle d'expansion.
Si vous êtes déconcerté par tous ces discours sur le craquement et l'expansion, vous pouvez être rassuré de savoir que le destin de l'univers ne sera pas déterminé pour des milliards, peut-être même des milliards, d'années. Cela vous donne beaucoup de temps pour vous concentrer sur des choses un peu plus sûres, comme votre propre cycle de vie de naissance, croissance et la mort.
Publié à l'origine :2 mars 2009
