La saga du Big Bang
  Gravité et grande unification






 

 

 

 

 

 

 

 

La première vraie date inscrite sur le carnet de naissance de l’Univers est : un dix-millionième de milliardième de milliardième de milliardième de milliardième, ou 10-43 seconde. Le cosmos entre en croissance. Il subit la transition de phase qui brise la symétrie originelle. La gravité devient libre et autonome. Elle régnera en maître sur les étoiles, galaxies, amas, ou grandes structures… Parallèlement naît l’interaction électronucléaire qui assujettit les particules. De cette époque proviendrait un grondement sourd. Les ondes de gravité n’ont encore jamais été décelées. Mais elles investissent l’espace.

Après l’indiscernabilité initiale, l’Univers prend son élan. Il évolue. Il subit un premier changement d’état, transition de phase, qui va l’amener à se structurer. À se charpenter. Cette étape libère la force de gravité, la plus évidente des quatre interactions fondamentales de la nature. La gravitation est aujourd’hui perçue comme une lointaine et puissante sœur aînée de la pesanteur terrestre. C’est aussi l’entité qui va sculpter tout l’Univers à grande échelle. Sans elle, l’espace-temps n’aurait enfanté aucune étoile, galaxie ou amas. Même notre bonne vieille Terre en est le fruit. À 10-43 seconde - 0,000…, avec 42 zéros derrière la virgule puis 1 - coup de théâtre : la gravité s’affranchit du flou des fluctuations quantiques. Cet instant a été baptisé "temps de Planck" en hommage à Max Planck, prix Nobel 1918, père fondateur de la théorie moderne de l’infiniment petit.

Zoom : La gravitation, force universelle. Newton, Einstein et les supercordes

Zoom : Temps et longueur de Planck

Essor de la gravitation
La gravitation se sépare de la superforce unique qui régnait jusque-là. Le cosmos subit sa première "brisure de symétrie". Un changement intime qui affecte toute son architecture. À cette époque, l’espace observable s’étend sur environ 10-35 mètre ; un cent-millionième de milliardième de milliardième de milliardième de la taille typique d’un être humain. Il est utopique de vouloir sonder de telles échelles au laboratoire. C’est 1020 fois plus petit que le diamètre d’un noyau d’atome. De même, les énergies, 1019 milliards d’électronvolts, sont hors de portée. La densité atteint 1094 fois celle de l’eau !
La force de gravité divorce du monde microscopique. Elle n’agit plus à l’échelle des minces particules de matière. Très vite, cette interaction de faible intensité ne se manifestera plus que par un effet cumulatif sur d’énormes masses. Son attraction s’exerce à distance entre : les planètes et le Soleil ; les étoiles de la Galaxie ; les galaxies des amas; les étoiles compactes infernales qui spiralent l’une vers l’autre… Surtout, cette force à longue portée expliquerait les trous noirs cadavres d’étoiles et les trous noirs géants qui hantent le cœur des galaxies, dont notre Voie lactée. Enfin, le Big Bang lui-même serait aussi à l’origine d’un immense brouhaha primordial : les ondes gravitationnelles (En savoir plus : Virgo et Lisa). Émises par les masses en mouvement, elles n’ont encore jamais été décelées. Les grandes antennes souterraines en construction aux États-Unis et en Italie n’y suffiront probablement pas dans les prochaines années. Non. Pour capter ce murmure fossile, signature de l’ère de Planck, il faudra une constellation de satellites qui voleront en formation. Leur mouvement sera contrôlé avec une précision extrême par faisceau laser.

Force électronucléaire et particules
À l’autre extrémité des échelles de dimensions, le monde infinitésimal des particules accouche de la force électronucléaire. Cette digne descendante de la superforce obéit aux lois un peu curieuses de la mécanique quantique. Les interactions s’effectuent par l’échange de «messagers». La force électronucléaire, elle, incarne l’ancêtre commun de l’interaction électromagnétique et de ses cousines nucléaires, forte et faible. Mais les trois ne sont pas encore différenciées. Si bien que les photons (porteurs de lumière et de l’électromagnétisme) correspondent avec les gluons (médiateurs de la force forte) et les vecteurs intermédiaires W et Z (de la force faible). À ce stade, les particules ont une masse nulle. Elles se comportent comme des rayonnements et voyagent à la vitesse de la lumière.
Une autre étape est franchie. Pendant l’ère de Planck, règne de la superforce et des supercordes, la distinction entre espace et énergie était abolie. Le volume du "contenant" et la substance du "contenu" se confondaient. Pour retrouver les notions usuelles, il faudra attendre 10-43 seconde et l’ère de « Grande unification ». Les particules forment alors une sorte d’hybride entre les futurs quarks, électrons et neutrinos. Elles interagissent par les forces électromagnétiques et nucléaires. Ces lepto-quarks présenteraient les symétries qui expliqueront les trois générations des douze particules fondamentales actuelles.