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  • Quelle est la forme de l’Univers ?

    Posté le 9 septembre 2010

    Le modèle du Big Bang repose sur 2 idées clé qui remontent au début du XXe siècle : la Relativité Générale et le Principe Cosmologique. En supposant que sur de grandes échelles la matière est répartie uniformément dans l’Univers, on peut utiliser la Relativité Générale pour calculer  les effets gravitationnels correspondants de cette matière. Etant donné que la gravitation est une propriété de l’Espace-temps selon la Relativité Générale, c’est équivalent à calculer la dynamique de l’Espace-temps lui-même.

    Etant donné l’hypothèse selon laquelle la matière est répartie de manière homogène et isotrope dans l’Univers (Principe Cosmologique), on peut démontrer que la distorsion correspondante de l’Espace-temps (due aux effets gravitationnels de cette matière) peut avoir seulement 3 formes comme montré schématiquement sur l’image ci-dessus.

    – Il peut avoir une courbure positive comme la surface d’un ballon et être fini
    – Il peut avoir une courbure négative comme une selle de cheval et s’étendre à l’infini
    – Il peut avoir une courbure nulle (être plat) et s’étendre à l’infini

    Une des limitations de cette image est qu’elle essaye de représenter en 2 dimensions un espace qui est en 3 dimensions.

    Avant d’aller plus loin, il est bon de faire quelques avertissements :

    – Parce que l’Univers a un âge fini (environ 13,7 milliards d’années) nous pouvons seulement voir à une distance finie dans l’Espace : environ 13,7 milliards d’années lumière. Le modèle du Big Bang ne tente pas de décrire la région de l’Espace au-delà de notre horizon où l’Espace-temps pourrait être différent.

    – Il est possible que l’Univers ait une topologie globale plus complexe que celle décrite ici, tout en ayant la même courbure locale. Par exemple, il pourrait avoir la forme d’un tore (Donut).

    La matière joue un rôle central dans la cosmologie. Il s’avère que la densité moyenne de la matière détermine la géométrie de l’Univers (jusqu’aux limites mentionnées plus haut).

    – Si la densité de la matière est inférieure à la densité dite critique, l’Univers est ouvert et infini
    – Si la densité est supérieure à la densité critique, l’Univers est fermé et fini.
    – Si la densité égale la densité critique, l’Univers est plat et sans doute infini.

    La valeur de la densité critique est très faible : elle correspond approximativement à 6 atomes d’hydrogènes par mètres cube (un bon vide selon les standards terrestres). Une des questions clé de la cosmologie d’aujourd’hui est : quelle est la densité moyenne de matière dans notre Univers ? Alors que la réponse n’est pas encore connue avec certitude, elle apparaît être extrêmement proche de la densité critique.

    D’après Univers 101


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