Aux premiers instants de l’Univers

Le livre de Dan Hooper, sous-titré Le mystère de la matière et de l’énergie noires, compte une douzaine de chapitres. Ils sont précédés des remerciements et d’un schéma sur le Big Bang.

Destiné au grand public, l’exposé est limpide et les notions scientifiques sont illustrées par des exemples concrets.

Aperçu

1. – Aux frontières du temps. – L’auteur rappelle que notre connaissance de la cosmologie est récente, à peine un siècle. Nos connaissances actuelles sur l’origine et l’évolution de l’Univers sont prometteuses, mais limitées et incomplètes.

2. – Un monde de temps et d’espace. – Un changement de paradigme : de la mécanique newtonienne à la théorie générale de la relativité d’Albert Einstein, de l’espace euclidien à l’espace-temps de la relativité générale.

3. – Un Univers qui n’aurait jamais commencé? – La géométrie de l’Univers se transforme : le débat entre un Univers statique et un Univers en évolution (expansion ou contraction). Les observations effectuées avec de puissants télescopes ont permis de trancher le débat : l’espace lui-même s’agrandit à mesure que le temps s’écoule. Le cosmos a une histoire.

4. – Aperçus du Big Bang. – Le contenu de ce chapitre est très dense. Il aborde notamment les découvertes de Edwin Hubble (expansion des galaxies) et de Georges Lemaître (événement primordial), la reconstitution de l’histoire de l’Univers, la découverte du fond diffus cosmologique par Arno Penzias et Robert Wilson, et deux questions ouvertes, la matière et l’énergie noires.

Citations :

«L’Univers n’a pas commencé dans un état de matière, mais de rayonnement.» (p. 67)

«Pour la cosmologie d’observation, la formation des premiers atomes constitue l’événement clé de l’histoire du cosmos.» (p. 71)

5. – L’Univers et l’accélérateur. – Le chapitre présente le Grand collisionneur de hadrons et la physique des particules. Il affiche un tableau des 17 formes de matière et d’énergie qui constituent le modèle standard de la physique des particules.

Citation :

«L’accélérateur de particules le plus puissant, le Grand collisionneur de hadrons – ou LHC – est certainement la dernière merveille du monde. […] Il s’agit tout simplement de la machine la plus grande et la plus complexe que l’humanité ait jamais construite. […] Aucune région de l’Univers n’est à la fois aussi froide et aussi vaste; le vide interstellaire lui-même est plus chaud en comparaison.» (p. 81, 81, 82)

6. – À l’origine de toute chose. – L’exposé se concentre sur une minuscule asymétrie primordiale entre la matière et l’antimatière dans l’Univers. Pour expliquer cet écart, les trois hypothèses d’Andrei Sakharov sont longuement exposées. Mais le mystère reste entier.

7. – Noir profond. – L’existence de la matière noire est généralement reconnue par les astronomes. Par contre, sa nature et sa composition restent inconnues. Le chapitre présente aussi l’hypothèse de la dynamique newtonienne modifiée (MOND), l’hypothèse des particules surnommées WIMPs, et le diagramme de Venn.

8. – Une lueur dans les ténèbres ? – L’auteur présente sa découverte personnelle d’«un étrange signal de rayons gamma en provenance du centre de la galaxie». (p. 145) Les articles sur cette découverte portant éventuellement sur la matière noire ont fait l’objet de plusieurs articles. Dans ce contexte, la mission du télescope Fermi est expliquée. Le chapitre est complété par une étude des pulsars (étoiles à neutrons).

9. – Une réinterprétation radicale de la matière noire. – Suite aux insuccès des recherches précédentes, de nouvelles études sont entreprises, en particulier sur le problème de la hiérarchie et les théories de la supersymétrie. Un grand nombre d’autres questions sont formulées sur la nature et la composition de la matière noire.

10. – Un éclair dans le temps. – Le chapitre porte sur l’épisode de l’inflation cosmique : sa découverte récente, la question de la courbure de l’Univers, l’uniformité du rayonnement cosmique, les modèles explicatifs / alternatifs, les ondes gravitationnelles, le projet LULA, l’expansion de l’Univers et l’énergie noire.

11. – Un cosmos de mondes infinis. – À partir d’indices et de spéculations, l’auteur élabore l’hypothèse de multivers. Dans ce contexte, selon la proposition de Steven Weinberg, le problème de l’énergie noire serait résolu. Par la suite, l’auteur cherche à démontrer que l’explication anthropique de l’énergie noire est vraie.

12. – À l’approche des frontières du temps. – Ce chapitre présente un bilan des récentes découvertes astrophysiques. Des perspectives circonscrites, mais encourageantes pour les prochaines recherches sont ensuite évoquées et discutées.

Liste des illustrations (chapitre, page)

Le Big Bang (11)
Exemples de surfaces (3, 41)
Expansion de l’espace : analogie (3, 56)
Temps depuis le Big Bang (4, 66)
Le LHC (5, 84)
Les 17 formes de matière et d’énergie (5, 90)
Diagramme de Venn (7, 127)
Vue d’artiste du télescope Fermi (8, 147)
Pulsar : étoile à neutrons (8, 159)
Horizon cosmique (10, 186)
Inflation et courbure de l’Univers (10, 188)

Complément

Ce livre de vulgarisation scientifique ne contient pas de bibliographie ni d’index. Toutefois, les crédits des citations insérées en début de chapitre complètent le volume.

Références

Livre

Hooper, Dan. – Aux premiers instants de l’Univers. Le mystère de la matière et de l’énergie noires. – Traduction par François Rothen. – Paris : Quanto, 2024. – 252 p. – ISBN 978-2-88915-619-1. – BAnQ : 523.1 H785a 2024.

Auteur (biographies)

Dan Hooper (Wikipedia)
Dan Hooper (University of Wisconsin-Madison)

Image

Tunnel du LHC avec le tube contenant les électroaimants supraconducteurs (Julian Herzog, Wikipédia – CC BY-SA 3.0)

Livres numériques

Astronomie et astrophysique – Ce livre contient deux types de ressources : un répertoire de sites documentaires et un recueil de recensions de livres scientifiques. – [Format ePub]

Astronomie et astrophysique – Ce livre contient deux types de ressources : un répertoire de sites documentaires et un recueil de recensions de livres scientifiques. – [Format PDF]

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