1930, Paul Adrien Dirac et les principes de la mécanique quantique.
Cette théorie a été élaborée en collaboration avec une dizaine de scientifiques américains et européens au début du 20e siècle. Elle a été clarifiée par Dirac qui lui a donné sa forme définitive. Si la théorie de la relativité générale expose le fonctionnement des grands astres dans l’espace, la mécanique quantique traite des phénomènes fondamentaux à l’échelle atomique et subatomique. En bref, ce qui est très petit comme l’atome et ses composantes. Nous savons que tout ce qui existe dans l’univers, y compris nous, est formé d’atomes. Ces atomes sont composés d’un noyau et de particules comme les électrons. On a longtemps cru que les électrons gravitaient autour du noyau des atomes comme les planètes autour du soleil, mais ce n’est pas le cas. Les atomes ne suivent pas les règles ordonnées de la gravitation. Ils apparaissent et disparaissent de façon aléatoire et peuvent se trouver à plus d’un endroit au même moment. La gravitation ne semble jouer aucun rôle dans ce phénomène. La théorie de la relativité générale qui explique les lois de la gravitation auxquelles sont soumis les grands astres célestes semble incompatible avec les principes de la mécanique quantique qui expliquent le fonctionnement des atomes qui pourtant forment ces grands astres. Il faudra attendre plus de trente ans pour avoir une explication à cette apparente contradiction.
1970, Stephen Hawking et la recherche sur les trous noirs.
En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper. De tels objets n’émettent donc pas de lumière et sont alors perçus noir. Pour mieux comprendre ce qu’est un trou noir, revenons à l’exemple du trampoline. Si je place au centre du trampoline un objet trop lourd pour être supporté par la toile, celle-ci va s’étirer vers le bas jusqu’à son point de rupture. La déchirure ainsi obtenue forme un trou dans lequel le lourd objet va tomber. Dans le cosmos c’est ce qu’on appelle un trou noir. Si les boules de quille sont demeurées sur la toile du trampoline, elles seront aussi précipitées dans le trou, comme le seraient les planètes et autres objets célestes se trouvant à proximité du trou noir causé par la déchirure de la toile de l’espace-temps. C’est ce qui se produit lorsqu’une étoile meurt. Elle se contracte et devient plus dense, plus lourde. Elle étire la toile de l’espace-temps jusqu’au point de rupture et disparait dans le trou noir ainsi obtenu. On dit alors que l’étoile s’est effondrée sur elle-même en se contractant jusqu’à disparaitre. Toute la matière à proximité est aussi entrainée dans le trou noir et disparait de la même manière. Au centre du trou noir, il y a un point de gravitation pur nommé singularité de l’espace-temps. Cette singularité est l’endroit où l’espace et le temps prennent fin. Cela signifie que tous les objets qui sont aspirés dans le trou noir quittent l’univers spatiotemporel lorsqu’ils franchissent les limites de la singularité de l’espace et du temps. Le trou noir termine son existence lorsqu’il n’y a plus de matière à absorber dans son environnement. Il s’évapore comme une flaque d’eau exposée au soleil. En rétrécissant il émet plus de radiations et disparait dans une explosion qui libère des particules à haute énergie, les rayons gamma.
Selon la théorie de la relativité générale, rien ne peut exister aux abords d’un trou noir. En revanche la mécanique quantique affirme que l’espace n’est jamais vide. Elle est remplie de particules jumelées par paires. Une positive et l’autre négative. Hawking a découvert que lorsqu’une paire de particules apparait à l’horizon d’un trou noir, la particule chargée négativement est aspirée dans le trou alors que la particule chargée positivement parvient à échapper à la force de gravité exercée par le trou noir. Elle s’échappe sous forme de radiations nommées radiations Hawking .
Stephen Hawking s’est posé la question suivante. Qu'est-ce qui se produit si on inverse le phénomène du trou noir? La contraction devient alors expansion. D’après Hawking la création de l’univers pourrait provenir de l’inversion de ce processus. L’effondrement devient expansion. C’est le Big bang. L’univers serait donc né d’une singularité de l’espace-temps. Cette théorie permettrait d’unifier la relativité générale et la mécanique quantique. À la naissance de ce qui a initié le Big Bang, une énorme quantité de matière est contenue dans un point minuscule, ce qui indique que la gravité a joué un rôle. À l’instant même du Big Bang, les forces gravitationnelles et électromagnétiques sont égales. C’est la stabilité parfaite dans tout ce qui forme la singularité de l’espace-temps puisque théoriquement, le temps et l’espace sont fonctionnels, mais inactifs. Dans l’instant qui suit le déclenchement du Big Bang, la force de gravité s’affaiblit. La force électromagnétique devenue ainsi supérieure permet l’expansion de la matière rejetée par le Big Bang. C’est cette force électromagnétique qui relie les atomes. Cet affaiblissement de la gravité est essentiel à notre existence. Sans elle toute la matière s’effondrerait sur elle-même.
Il reste à trouver pourquoi la gravitation s’est affaiblie juste assez pour permettre l’expansion de la matière. Nous devons aussi trouver ce qui a provoqué cette explosion originelle qu’est le Big Bang. À ce jour ces phénomènes demeurent des mystères et ici se termine ce que nous savons de la création de l’univers.
Ces sujets me passionnent.
RépondreSupprimer