Aussi loin que l'on peut remonter le temps, l'Univers
était âgé de 10-43 seconde. Toute la matière aujourd'hui
contenue dans l'Univers était comprimée dans une sphère d'un centième de millimètre
de rayon. Et la totalité de ce qui nous serait visible avec les plus puissants
instruments concevables ne dépassait pas 10-32 millimètre,
soit bien moins que les dimensions d'un atome. La densité de cette matière était de 1090
kilogramme par centimètre cube et sa température atteignait 1032
degrés Kelvin.
Une seconde plus tard, la densité était tombée à 10 kilogrammes par centimètre cube
et 10 milliards de degrés Kelvin.
Qu'a-t-il pu se passer en si peu de temps ? La théorie de l'inflation apporte une
réponse à cette interrogation : 10-35 seconde après ses
débuts, l'Univers serait entrée dans une phase de dilatation prodigieusement rapide,
multipliant son volume par 1030 avant de s'arrêter à 10-33
seconde. Une des conséquences de cette inflation fut d'étirer tellement toutes les
dimensions de l'espace qu'il nous apparaît aujourd'hui aussi plat que s'il était
parfaitement Euclidien.
Les photons et les neutrinos primordiaux étaient si énergétiques qu'ils pouvaient
créer des paires de particules et d'antiparticules. Elles mêmes se détruisaient en ré
émettant des photons et des neutrinos énergétiques et ce, jusqu'à ce que la
température eut suffisamment diminué pour que la création des paires s'interrompe et
que l'annihilation des particules et antiparticules se déroule jusqu'au bout. A cet
instant, restait un très léger excédent de matière d'une partie pour un milliard par
rapport à l'antimatière entièrement annihilée. C'est ce qui constitue aujourd'hui
toute la matière de l'Univers.
Après les trois premières minutes
La matière subsistant, principalement constituée de protons, de neutrons et
d'électrons commença à s'assembler pour former des noyaux atomiques. Les neutrons, six
fois moins nombreux que les protons s'assemblèrent avec eux pour former des noyaux de
deutérium (un proton + un neutron), de tritium (un proton + deux neutrons) et enfin
d'hélium (deux protons + deux neutrons). Les protons restés seuls formèrent des noyaux
d'hydrogène (90% des atomes de l'Univers contre environ 10% d'hélium). Ce phénomène se
déroula pendant une trentaine de minutes environ, puis il ne se passa plus grand chose
pendant les 300.000 années qui suivirent.
L'Univers continua de se dilater et sa température de s'abaisser jusqu'au point où les
électrons purent se lier avec les noyaux pour former des atomes électriquement neutres.
Cette neutralité électrique de la matière la rendit transparente au rayonnement et
permit l'évasion des photons qui étaient jusque là restés couplés avec elle. C'est la
première lumière que nous pouvons observer depuis le début de l'Univers
Les traces de ce début sont toujours visibles. C'est ce qu'on appelle le rayonnement
fossile : Tout notre Univers baigne dans un océan de photons depuis sa naissance et son
expansion a réduit la température de ceux-ci à 2,7 degrés Kelvin. On les observe dans
toutes les directions et leur rayonnement nous apparaît d'une homogénéité remarquable.
Ci-contre une image en fausses
couleurs du rayonnement de fond cosmologique réalisée par le satellite COBE.
Les zones roses sont légèrement plus lumineuses que les zones bleues, la différence
d'intensité mesurée s'inscrit dans un rapport de 6 pour un million.
La présence de ces photons primordiaux est une des preuves les plus
importantes en faveur de la théorie du Big Bang car :
Leur énergie explique parfaitement la proportion observée d'hélium et d'hydrogène.
Leur longueur d'onde fortement décalée vers le rouge (allongée) est une indication
difficilement contestable de l'expansion de l'Univers.
Leur homogénéité indique qu'au tout début, les différentes parties de l'Univers
actuel ont dû être en contact causal les unes avec les autres.
Le spectre de leur rayonnement est en parfaite coïncidence avec celui d'un corps noir. (Max
Plank a défini la notion de corps noir comme un objet en parfait équilibre
thermodynamique, c'est à dire qui n'émet et ne reçoit de l'extérieur aucune énergie).
Cependant, cette homogénéité n'est pas sans poser des problèmes théoriques
importants car elle est en contradiction avec l'observation que nous faisons de l'Univers.
En effet celui-ci est constitué de 'grumeaux' de matière très éloignés les uns des
autres et dont l'agglomération n'a pu se faire que sous l'effet des forces de
gravitation. Or le temps nécessaire à la constitution de ces structures, tel qu'il
ressort du calcul théorique, est trop important en regard des observations qui sont
faites sur l'âge des galaxies.
