« Big Bang » : tapez ces mots dans un moteur de recherche et vous tomberez probablement sur le mot « explosion » dans les résultats. Le dictionnaire Larousse assimile aussi cet événement à « une gigantesque explosion, qui serait à l’origine de l’expansion de l’univers ».
Sur Google, la première définition proposée pour cette expression présente le Big Bang comme une « explosion de matière » à l’origine de la formation de l’univers que nous connaissons. Dans cette théorie, ce dernier serait né de façon soudaine, il y a environ 13,7 milliards d’années.
D’où vient le nom « Big Bang » ?
Pourtant, le Big Bang n’est pas une explosion. Alors pourquoi cet événement porte-t-il un nom qui prête autant à confusion ? Il a été inventé en 1949 par Fred Hoyle, un astronome britannique… qui ne croyait guère à cette théorie. Alors qu’il s’exprime sur les ondes de la BBC, il la qualifie de « Big Bang » pour s’en moquer et tenter de souligner son irrationalité. Il était loin d’imaginer que l’appellation, qu’il n’a presque plus employée par la suite, finirait par devenir populaire et qu’elle serait utilisée dans plus d’un millier d’articles scientifiques des décennies plus tard.
L’expression Big Bang pourrait laisser penser, à tort, qu’il s’agit d’un événement localisé dans l’espace (qui se serait produit à un endroit d’où la matière de l’espace aurait été éjectée) et le temps (qu’il serait le tout premier moment dans l’histoire de notre univers). « Aujourd’hui l’univers est en expansion : les galaxies s’éloignent les unes des autres. Plus on remonte dans le passé, plus les galaxies sont proches les unes des autres, jusqu’à un moment où toute la matière se concentrait dans un même point. Le Big Bang est cette singularité initiale : ce moment où l’espace temps est créé », nous explique Sandrine Codis, astrophysicienne et chercheuse à l’Institut d’astrophysique de Paris.
L'évolution d'un morceau de l'espace, représentée de façon simplifiée.
Source : Wikimedia/CC/Waterced (image recadrée)Comme un gâteau dans un four
Comprendre ce qu’est le Big Bang nécessite de rappeler la relativité générale, la théorie de la gravitation développée par Albert Einstein. Sandrine Codis propose une comparaison simple pour comprendre cette théorie ainsi que l’expansion de l’univers. « On peut imaginer un gâteau aux pépites de chocolat en train de cuire dans un four. La surface du gâteau, qui est en train de lever, est en expansion. Les pépites sont semblables aux galaxies, elles s’écartent les unes des autres. La trame est en expansion et les galaxies s’éloignent toutes les unes des autres », résume l’astrophysicienne.
Quelles solutions s’offrent aux scientifiques pour tenter d’étudier le Big Bang ? « On remonte dans le passé jusqu’à un moment où toute la matière de l’univers tient dans un volume minuscule », nous répond Sandrine Codis. Cependant, les astrophysiciens se heurtent à une limite. « On a besoin de décrire des phénomènes micro et macro, à l’aide de la théorie quantique et de la relativité générale. Or, on ne sait plus décrire la physique à ce stade, car on n’a pas de théorie quantique de la gravitation », poursuit l’experte.
Grâce aux données du satellite Planck développé par l’ESA, les scientifiques ont obtenu des informations sur le fond diffus cosmologique (la plus ancienne lumière encore présente dans l’univers). Ce dernier peut-il renseigner sur le Big Bang ? Sandrine Codis nous explique pourquoi cela est compliqué : « Quand on regarde dans le fond diffus cosmologique, on regarde l’univers tel qu’il était il y a 380 000 ans après le Big Bang, ce qui est bien plus récent que le temps de Planck. Notre théorie actuelle de la gravitation (la relativité générale) permet de retracer l’histoire de l’univers jusqu’au temps de Planck, temps auquel une théorie quantique de la gravitation est nécessaire. »
L’hypothèse d’un univers à rebond et le « Big Bounce »
Bien qu’ils se heurtent à cette limite, les scientifiques développent des hypothèses sur le Big Bang. L’une d’elles postule que la singularité initiale ne se serait en fait jamais produite. « On pourrait imaginer l’existence d’un univers à rebond, qui serait une succession de contractions et d’extensions, précise Sandrine Codis. Dans ce cas, le Big Bang ne serait pas l’origine, puisqu’il y aurait un avant. » À nouveau, le fonds cosmologique ne permet pas de vérifier cela, car « toute l’information de ce qui s’est produit avant le rebond est probablement effacée par le rebond lui-même. »
La perspective de « voir avant le Big Bang » a par exemple été envisagée par l’astrophysicien Aurélien Barrau. Puisque la relativité générale n’est pas conciliable avec la théorie quantique, il estime que nous pourrions très bien avoir affaire à un « Big Bounce » (rebond, en anglais) plutôt qu’un Big Bang, qui serait alors précédé d’une phase de contraction. « Mais soyons clairs, c’est assez exotique », conclut Sandrine Codis.
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