Big Bang: Le Début du Temps

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1 Big Bang: Le Début du Temps
David A. Smith Centre d’Études Nucléaires de Bordeaux-Gradignan (CENBG / IN2P3 / CNRS) Société Astronomique de Bordeaux le 21 janvier 2015

2 LE TEMPS Avec un petit “t” Calendriers Chronométries précises
Avec un grand “T” Rélativité, cosmologie, cosmogénie, éternité Le Big Bang et l’origine du Monde

3 LE TEMPS Avec un petit “t”
Physicien expérimentateur de particules élémentaires, je suis devenu un astronome des rayons gamma, spécialiste des pulsars. Pulsars: les meilleures horloges naturelles qui soient. Avec un grand “T” Rélativité, cosmologie, cosmogénie, éternité Le Big Bang et l’origine du Monde

4 Elle « pulse » comme un phare marin.
Un de ‘mes’ pulsars. Vu en rayons gamma (noir, bleu), avec le satellite Fermi de la NASA. Vu en radio à Nançay (rouge) 3.1 ms par rotation. Rotations du pulsar Un pulsar: Une étoile dense comme un noyau d’atome, grand comme Bordeaux, qui tourne comme une toupie. Elle « pulse » comme un phare marin. Vestige de l’explosion en supernova d’étoiles massives.

5 Formerly "GLAST" June 11, 2008 5

6 Spectre électromagnétique
‘Lumière’ : ondulaire et corpusculaire (‘photons’). Radiotélescope de Nançay, Sologne (3ème de taille sur Terre) Fermi, lancement 2008. CELESTE (Thémis)

7 (Deux sur le satellite.)
Une des deux antennes redondantes. Une antenne de chaque coté, pour voir le ciel entier, ç.à.d., autant de satellites GPS que possible.

8 GPS = Global Positioning System
24 (32) horloges atomiques en orbite « demi » géostationnaire km. Deux orbites par jour sidéral. Chaque satellite émet continuellement : « je suis le satellite No. 3, je me trouve à (lat, long), et au 4ième top il sera précisément telle seconde*. » Chaque satellite écoute les autres et garde ses pendules à l’heure. Le récepteur au sol calcul l’intersection de sphères de rayon c*(temps de réception – temps d’émission) 1 mètre = 3 nanosecondes Corrections relativistes, atmosphériques. *PPS = Pulse Per Second Fréquence de communication: MHz Observations Nançay: 1400 MHz

9 « espace » et « temps » sont inséparables.
Nous comptons des milliards de tours des étoiles à neutrons sur des décennies sans en rater un seul. Maîtrise du milliardième de la seconde. Dans le monde moderne, l’horloge de référence est le système GPS. « espace » et « temps » sont inséparables.

10 LE TEMPS Avec un petit “t” Calendriers Chronométries précises
Avec un grand “T” Espace et temps Le Big Bang et l’origine du Monde: Des observations qui soutiennent la théorie. Cela finira-t-il? L’énergie noire. Concevoir l’avant Big Bang? Plus facile si on rejette le matérialisme…

11 Espace et temps Le temps: cette chose qui s’écoule pendant que les objets changent de place. Galilée comptait ses battements de cœur Newton, Descartes: L’espace est. Les objets l’occupent. Le temps, absolue et indépendant, marque les cadences. Einstein: Relativité restreinte – Temps, simultanéité dépendent du mouvement des observateurs. Relativité générale – Si les masses inertielle et gravitationnelle sont les mêmes, c’est que la masse déforme (définit!) l’espace-temps. Les processus microscopiques sont (presque tous) réversibles. Les processus macroscopiques ne le sont pas. (croissance d’entropie en thermodynamique) Rovelli – ‘Et si le temps n’existait pas?’

12 Une brève histoire de l’âge du Monde
1800: tous acceptaient l’âge Biblique de ~5000 ans. 1822: Champollion -- l’Egypte est plus ancien. Tout au long du siècle: géologie, fossiles (Darwin)… plusieurs centaines de millions d’années. 1897: Kelvin – la Terre a moins de 40 millions d’années. 1903: Rutherford, Curie – la radioactivité chauffe. 1927: Lemaître « invente » le Big Bang (interprétation des observations de retrait des galaxies de Hubble). 1964: Découverte du « fond micro-onde » -- on y croit. 2001: Consensus autour de 13,8 milliards d’années. C’est une connaissance récente! Le préjugé d’un Univers statique est profond. William Thomson, 1st Baron Kelvin (1824 – 1907)

13 Le Big Bang: Il y a 13,8 mille millions d’années, L’Univers était densément rempli d’énergie sous forme de rayonnements. En expansion, cela se refroidit. (en retrait, cela se décale vers le rouge.) La plupart de l’énergie est devenue matière (E = mc²). Atomes  gaz  étoiles  galaxies  planètes et vie. (Cela n’était pas « une boule de feu au milieu d’un espace vide ».) Trois observations principales soutiennent la théorie. Expansion de l’Univers La réverbération à 3° K L’abondance des éléments

14 Plus loin se trouve une galaxie de la notre, plus vite elle s’éloigne
Plus loin se trouve une galaxie de la notre, plus vite elle s’éloigne. (E. Hubble, 1929) Ici: des galaxies lointaines déformées par effet de « lentille gravitationnelle » prédit par la Relativité Générale d’Einstein.

15 ‘Décalage spectral’: la lumière des galaxies lointaines est décalée vers le rouge. Plus elles sont loin, plus grande est la vitesse à laquelle elles s’éloignent de nous. Effet ‘Doppler’, pour le son (↓)et pour la lumière (↑).

16 Découverte (1964) de « l’écho » du Big Bang:
l’Univers rayonne en « lumière » micro-onde,comme un « corps noir » de température 3° K au-dessus du zéro absolu.

17 Image du ciel en « lumière » micro-onde,
prise par le satellite Planck, , et après soustraction des avant-plans. Variations spatiales de la température de l’espace, ans après le Big Bang. Décalage au-delà du rouge.

18 V. Hess, 1912 Crée dans le big bang
« Nucléosynthèse » -- nous sommes poussière d’étoiles. Crée dans le big bang V. Hess, 1912 Crées dans les étoiles comme le soleil Etoiles >5x la masse du soleil Tout ce qui est plus lourd que le fer (nickel, cobalt) est crée dans les explosions en supernova d’étoiles massives

19 Quel est le destin ultime de l’Univers? Y a-t-il une fin du temps?
Un seul Big-Bang, suivi d’une expansion éternelle ? Ou un cycle infini de Big-BangBig-CrunchBig-Bang … ? Découverte que l’expansion s’accélère. « Energie noire* ». (Einstein l’a prédit, malgré lui.) Il semble qu’il n’y aura qu’un seul Big-Bang. * À ne pas confondre avec la matière noire.

20 L’Univers retombera? Ou ne retombera pas?
Vitesse d’échappement (ou de libération ou d’évasion) Pour une masse M à l’intérieur d’un rayon R, la vitesse v tel que la gravitation ne fera pas retomber l’objet. Pour qu’une fusée quitte la Terre: km/h Pour repartir de la lune: km/h Un trou noir, avec M grand et/ou R petit: v > c, la vitesse de la lumière. c = km/s = 1 milliard km/h L’Univers retombera? Ou ne retombera pas? Ça dépend de la densité Ω de matière dans l’Univers. Mesurer la vitesse des galaxies en fonction de leurs distances.

21 Prix Nobel 2011: découverte de l’énergie noire
Supernovae: éclat intrinsèque connu. L’éclat apparent donne la distance. En chercher dans les galaxies lointaines. Grosse surprise: l’Univers ne ralentit pas. Il s’accélère!! Energie noire: la qualité du vide qui crée cette accélération.  Éclat apparent décalage spectrale  (vitesse de retrait de la Terre)

22 Les physiciens broient-ils du noir?
Corps noirs – tout objet rayonne selon sa température. Trous noirs – vitesse d’échappement supérieure à celle de la lumière. Matière noire – on ne voit que sa gravité. Energie noire – le vide accélère l’expansion de l’Univers. Des choses très différentes. L’humour des physiciens amène à des noms qui embrouillent… On dit aussi ‘sombre’ à la place de ‘noir’.

23 Un peu d’aide pour mieux visualiser « avant le big-bang »
Le vide ne l’est pas. (Principe d’incertitude de Heisenberg  fluctuations quantiques) La matière n’est presque que du vide*. (découverte du noyau de Rutherford) Donc, ‘avant’ et ‘après’ se ressemblent. Un jour, une fluctuation heureuse du vide quantique, infini et éternel, a eu la bonne combinaison de paramètres pour que l’Univers croît. * En sanscrit: « maya » = « illusion » décrit le monde matériel.

24 Un analemme à Colmar Meridiem ad quattuordecim horas quaere .
et puis je vous poserai une dévinette… Meridiem ad quattuordecim horas quaere .

25 Des analemmes à Gradignan

26 21 juin Maxi: jour ~310, 6 novembre. Noël

27 La Grosse Cloche sonne. 11h11, le 11/11/2014.

28 L’autre coté. La lune était décroissante ce jour là.

29 Savez-vous ce que cela indique?
15 10 5 Savez-vous ce que cela indique?

30 Club des samedis,12 à 25 ans. Aller plus loin, en sciences et techno.

31 F I N