Le Big Bang est une histoire séculaire sur l'origine de l'univers. Il a
été conçu pour expliquer l'origine des étoiles, des planètes, des galaxies,
voire de l'univers tout entier, sans faire appel à Dieu. Cependant, le big bang
n'est pas compatible avec l'histoire rapportée dans la Genèse. Mais si nous
n'avions pas la Genèse, serait-il raisonnable de croire au big bang ? Le big
bang a-t-il une valeur scientifique ? Pour répondre à ces questions, nous
devons comprendre exactement ce qu'est l'histoire du Big Bang.
Résumé du
Modèle Standard de la Cosmologie
Le Big Bang
est également appelé « modèle standard », car il s'agit du paradigme de travail
dans lequel la plupart des scientifiques tentent de comprendre comment
l'Univers est devenu ce qu'il est aujourd'hui. Beaucoup de personnes ont des
idées fausses à son sujet. Nous commencerons donc par un bref résumé, puis nous
expliquerons chacune des étapes plus en détail.
- L'univers entier est
contenu dans un point sans dimension et à température infinie.
- Ce point se dilate
rapidement et l'énergie se refroidit.
- Une partie de l'énergie
se transforme en matière : hydrogène et hélium.
- Une partie de la matière
se condense en étoiles et en galaxies.
- Les étoiles produisent
tous les éléments plus lourds qui se transforment en poussière.
- La poussière se condense
pour former des planètes.
- À l'avenir, l'univers
continuera de s'étendre indéfiniment et connaîtra une « mort thermique ».
Le modèle
standard commence ainsi il y a 13,8 milliards d'années, avec l'univers entier
contenu dans un point de taille nulle appelé singularité. L'énergie qui allait
plus tard devenir tout le reste était contenue dans ce point, et il n'y avait
littéralement rien qui n'y soit pas contenu. La densité d'énergie y était
infinie, et donc la température également.[1]
Les
physiciens et les mathématiciens connaissent bien les singularités. Les
découvertes d'Einstein en physique ont démontré que les trous noirs possèdent
une singularité en leur centre exact, qui concentre toute la masse du trou
noir. Cependant, cet espace environnant entoure la singularité du trou noir. Il
est possible d'orbiter autour d'un trou noir dans cet espace environnant.
Chaque trou noir est entouré d'un horizon des événements, une sphère
conceptuelle marquant le « point de non-retour ». Tout ce qui pénètre dans
l'horizon des événements d'un trou noir ne peut plus en sortir et finit par
atteindre la singularité.
Cependant, la
singularité du Big Bang est un type de singularité entièrement différent. Elle
n'est entourée d'aucun horizon des événements ni d'aucune autre structure à
l'extérieur. Il est donc impossible d'orbiter autour de la singularité du Big
Bang, car il n'y a pas d'espace à l'extérieur de celle-ci. La singularité du
Big Bang n'est pas entourée d'un horizon des événements (ni de quoi que ce soit
d'autre). On l'appelle « singularité nue », car elle n'est pas « recouverte »
d'un horizon des événements, comme le sont les trous noirs. Beaucoup de gens se
demandent : « Où le Big Bang est-il censé avoir eu lieu ? » Cependant, comme
tout l'espace est contenu dans la singularité, la seule réponse que le modèle
standard peut apporter est « partout ».
Cette
singularité s'est alors rapidement étendue pour devenir un espace
tridimensionnel rempli d'énergie. On appelle cela le « big bang », même si ce
terme peut également désigner le modèle standard dans son ensemble. Nous
observons alors des explosions de matière dans l'espace environnant. Cependant,
le Big Bang correspond à une expansion rapide de l'espace lui-même. À ce stade,
il n'y a pas encore de matière, car la température est trop élevée pour que des
atomes se forment. À mesure que l'univers s'étend, la densité diminue en raison
de l'augmentation du volume. Cela entraîne une baisse de la température.
En quelques
minutes, la température chute à plusieurs milliards de degrés, et une partie de
l'énergie se transforme en particules telles que des protons, des neutrons et
des électrons. Certains protons et neutrons se combinent pour former des noyaux
atomiques, mais uniquement pour les trois éléments les plus légers :
l'hydrogène, l'hélium et le lithium. La température est encore trop élevée pour
les atomes neutres ordinaires ; les électrons ont en effet beaucoup trop
d'énergie pour rester liés. Environ 380 000 ans après le Big Bang, la
température est suffisamment basse pour que les électrons se lient aux noyaux
et forment des atomes neutres, mais uniquement de l'hydrogène, de l'hélium et
du lithium. Aucun autre élément n'existe à ce stade. Avec l'apparition des
atomes neutres, l'univers devient transparent pour la première fois.
Environ 400
millions d'années plus tard, une partie de l'hydrogène gazeux s'effondre pour
former des étoiles qui composent les galaxies. Étant donné que les seuls
éléments disponibles à ce stade sont l'hydrogène, l'hélium et le lithium, les
premières étoiles ne seraient composées que de ces éléments. On les appelle les
étoiles de population III (« population trois »).
Les étoiles
fusionnent l'hydrogène en hélium dans leur noyau. Une fois l'hydrogène
entièrement converti, les astronomes croient que les étoiles peuvent brièvement
fusionner l'hélium pour former des éléments tels que l'oxygène et le carbone.
Cependant, certaines étoiles sont exceptionnellement massives. Bien qu'elles
soient rares, ces étoiles sont si massives que, lorsqu'elles épuisent le
combustible de leur noyau, elles peuvent exploser de manière catastrophique
dans un processus appelé supernova. Ce processus est si énergétique qu'il peut
permettre la fusion d'éléments plus lourds à partir d'éléments plus légers.
L'explosion propulse certains de ces éléments dans l'espace. Selon le modèle
standard, tous les éléments lourds de l'Univers auraient été produits de cette
manière.
Les éléments
lourds sont dispersés dans l'espace, mais certains atomes peuvent s'agglomérer
pour former des grains de poussière en suspension dans des nuages d'hydrogène
et d'hélium gazeux. Certains de ces nuages se condensent sous l'effet de la
gravité pour former de nouvelles étoiles. Comme ces nuages contiennent des
traces d'éléments lourds, les étoiles qui s'y forment en contiennent également.
On les appelle les étoiles de population II. Un faible pourcentage d'entre
elles sont ultra-massives et épuisent donc rapidement leur combustible, ce qui
provoque leur explosion en supernova. Cela augmente encore la quantité
d'éléments lourds dans le cosmos. Les étoiles qui se forment à partir de ces
supernovas secondaires contiennent encore plus d'éléments lourds que les
précédentes ; on les appelle étoiles de population I.
Lorsqu'une
étoile de population I ou II se forme à partir d'un nuage de gaz, une partie de
la poussière s'agglomère pour former des objets plus volumineux qui orbitent
autour de la protoétoile, au sein du disque qui l'entoure. Ces masses
constituent les germes gravitationnels des planètes. À mesure que le gaz et la
poussière continuent de s'accumuler autour de ces germes, ceux-ci grossissent
jusqu'à ce que le matériau en accrétion soit épuisé, formant ainsi des
planètes. Toutes ces planètes seraient entourées d'une atmosphère épaisse
d'hydrogène gazeux, car les atomes d'hydrogène sont beaucoup plus nombreux que
tous les autres. Finalement, la protoétoile a accumulé suffisamment de masse
pour que la fusion de l'hydrogène se produise dans son noyau, ce qui fait
d'elle une étoile à part entière. L'énergie des vents stellaires disperse les
atmosphères d'hydrogène des planètes qui orbitent près de l'étoile, ne laissant
que leurs noyaux rocheux solides. Cependant, l'intensité des vents stellaires
diminue à mesure que la distance augmente. Ainsi, plus les planètes sont
éloignées, plus elles restent des géantes gazeuses composées d'hydrogène. Ce
modèle explique pourquoi les planètes intérieures de notre système solaire
(Mercure, Vénus, la Terre et Mars) sont petites et rocheuses, tandis que les
planètes extérieures sont de grandes géantes gazeuses (Jupiter, Saturne, Uranus
et Neptune).
Le modèle
standard prédit également l'état de l'univers dans un avenir lointain. À mesure
que l'univers continue de s'étendre indéfiniment, l'énergie continuera de
passer d'une forme utilisable à une forme inutilisable. L'énergie est
utilisable lorsqu'il existe des différences de température entre différents
endroits ; le flux d'énergie thermique (chaleur) peut alors être utilisé pour
effectuer un travail utile. Cependant, dans le modèle standard, l'énergie finit
par atteindre un équilibre et il ne reste alors plus d'énergie utilisable. On
appelle cela la « mort thermique ». À ce stade, toutes les étoiles auront
depuis longtemps cessé d'exister, car leur combustible sera épuisé. Des trous
noirs se formeront et grandiront, et un rayonnement électromagnétique faible
envahira tout l'espace. Plus tard encore, les trous noirs pourraient eux-mêmes
émettre du rayonnement de Hawking et « s'évaporer », ne laissant que du
rayonnement en équilibre. Aucune vie ne sera alors possible.
S'agit-il de Science
?
Le scénario
ci-dessus explique bon nombre des caractéristiques de l'univers observé. Mais
bien sûr, c'est pour cela qu'il a été inventé. La question demeure : le Big
Bang est-il une science ? Comme toujours, il sera nécessaire de définir nos
termes afin de répondre à cette question de manière rationnelle. Par « science
», j'entends la méthode consistant à tester des hypothèses par l'observation et
l'expérimentation, ou l'ensemble des connaissances acquises par une telle
méthode. Nous devons donc nous demander, parmi les sept hypothèses centrales du
modèle standard ci-dessus, lesquelles ont été démontrées par l'observation ou
l'expérimentation ? Examinons-les une par une.
L'étape 1
a-t-elle été scientifiquement démontrée ? Avons-nous observé une singularité ?
Avons-nous observé un univers dans lequel toute l'énergie, et même l'espace
lui-même, sont contenus dans un point sans dimension ? Avons-nous observé quoi
que ce soit avec une densité d'énergie infinie et une température infinie ?
Aucune de ces choses n'a été observée. Aucune de ces choses n'a été démontrée
expérimentalement. Personne n'a créé de singularité en laboratoire. Aucune
singularité n'a été observée directement. Les seules singularités pour
lesquelles nous disposons de preuves observationnelles indirectes sont celles
qui se trouvent au cœur d'un trou noir, et elles sont d'une nature entièrement
différente. Elles sont en effet entourées d'un horizon des événements. Il
n'existe aucune preuve scientifique de l'existence d'une singularité nue.
En fait, il
existe un principe en physique qui semble interdire l'existence d'une
singularité nue. Appelé « hypothèse de censure cosmique », ce principe stipule
que toutes les singularités doivent être entourées d'un horizon des événements.
Généralement, le Big Bang est arbitrairement exempté de ce principe (car il le
violerait). L'hypothèse n'est pas prouvée, mais il n'existe aucun
contre-exemple observationnel. Quoi qu'il en soit, il n'existe aucune preuve
observationnelle ou expérimentale d'une singularité du Big Bang, ni d'aucune
des conditions qui y sont associées. Elle n'est donc pas scientifique. Cela ne
rend pas automatiquement l'idée fausse, bien sûr. Cela signifie simplement
qu'elle se situe en dehors du champ de la science.
Dans la
deuxième étape, l'univers tridimensionnel s'étend à partir de cette
singularité. Certaines observations permettent de conclure que l'univers est en
expansion. Nous ne pouvons pas observer directement cette expansion, mais les
décalages vers le rouge qui augmentent avec la distance seraient une
conséquence naturelle de l'expansion, et ces décalages sont observés. Il existe
donc des preuves scientifiques en faveur de l'expansion. De plus, lorsque la
densité d'énergie diminue, l'énergie se refroidit. Nous savons que cela se
produit grâce à des expériences en laboratoire.
Cependant, le
Big Bang prétend que l'expansion a commencé à partir d'un point de taille
nulle. Il s'agit d'un élément essentiel du modèle du Big Bang, mais cela n'a
jamais été observé. Si nous n'avons jamais observé de singularité, nous n'avons
donc pas observé d'univers en expansion à partir d'une singularité. Aucune
expérience en laboratoire n'a non plus démontré qu'un univers pouvait s'étendre
à partir d'une telle singularité. Cette étape ne relève donc pas non plus de la
science, même si certains de ses aspects (l'expansion et le refroidissement)
sont cohérents avec ce que nous observons scientifiquement.
La troisième
étape semble, à première vue, correspondre à la définition de la science. Les
physiciens peuvent faire entrer en collision des particules à une vitesse
extrêmement élevée. Et des particules de matière peuvent se former à partir de
l'énergie de la collision. Dans les accélérateurs de particules, nous pouvons
créer des électrons, des protons et des neutrons à partir d'énergie. Il s'agit
d'une science de laboratoire vérifiable et reproductible.
Cependant, la
théorie du Big Bang ne prétend pas simplement que la matière peut être créée à
partir de l'énergie. Elle affirme plutôt que toute la matière de l'univers
s'est effectivement formée à partir de l'énergie. Il s'agit là d'une
affirmation très différente. Dire que les moteurs de voiture peuvent produire
du monoxyde de carbone est une chose, cela peut être démontré scientifiquement.
Prétendre que tout le monoxyde de carbone de l'univers provient des voitures en
est une autre. L'affirmation selon laquelle toute la matière de l'univers
provient de l'énergie n'a pas été observée et ne peut être observée. Il ne
s'agit donc pas d'une affirmation scientifique.
L'idée selon
laquelle toute la matière de l'univers proviendrait de l'énergie du Big Bang
soulève en effet d'importants problèmes scientifiques. Des expériences en
laboratoire ont en effet montré qu'il est possible de créer de la matière à
partir d'énergie. Cependant, dans tous les cas, la réaction produit également
une quantité égale d'antimatière. L'antimatière possède les mêmes propriétés
que la matière ordinaire, à l'exception des charges électriques des particules,
qui sont inversées. Ainsi, un antiélectron, ou positron, est identique à un
électron, à ceci près qu'un électron a une charge négative et un positron, une
charge positive. Chaque fois que nous produisons un électron, nous obtenons
également un positron. La science a démontré que, chaque fois que l'énergie se
transforme en matière, une quantité exactement égale d'antimatière est
également produite. Il n'y a aucune exception.
Ceci est
important, car l'univers est essentiellement constitué de matière.[2]
Si la matière de l'univers provenait de l'énergie, le processus aurait dû
produire une quantité égale d'antimatière. Autrement dit, si l'étape 3 du
modèle standard s'était vraiment produite, l'univers serait composé à 50 % de
matière et à 50 % d'antimatière. Or, les observations montrent que l'univers
est pratiquement composé à 100 % de matière. Par conséquent, non seulement
l'étape 3 n'est pas scientifique (elle n'est ni observable ni reproductible),
mais elle semble également contraire aux observations scientifiques.
À l'étape 4
du modèle standard, une partie de l'hydrogène et de l'hélium gazeux se condense
pour former des étoiles. Ce processus pourrait se produire si le nuage de gaz
avait une masse suffisante et s'était refroidi au point que la pression interne
vers l'extérieur soit inférieure à la force de gravité vers l'intérieur.[3]
Au vu de toutes les affirmations concernant les « régions de formation
stellaire », on pourrait penser que cela a été observé. Or, ce n'est pas le
cas. Personne n'a jamais vu une étoile se former. Personne n'a jamais vu de gaz
s'effondrer pour former une étoile. Nous observons des nuages d'hydrogène
gazeux et des étoiles. Nous n'observons pas de nuages de gaz en train de se
contracter pour former des étoiles. Or, il y a plus de 100 milliards d'étoiles
dans notre seule galaxie. Il est donc vraiment remarquable que nous n'en
voyions même pas une seule en cours de formation. Cela ne rend pas pour autant
l'affirmation selon laquelle des étoiles se forment automatiquement fausse.
Mais cela n'est pas scientifique, car ce n'est pas observable à l'heure
actuelle.
À l'étape 5,
nous avons d'abord ce qui semble être une affirmation scientifique. Le soleil
fusionnerait apparemment de l'hydrogène en hélium dans son noyau. Ce processus
produit des neutrinos qui s'échappent du noyau du soleil. Nous disposons
d'instruments capables d'observer ces neutrinos lorsqu'ils atteignent la Terre.
Ces observations vérifiables et reproductibles sont de la bonne science et
semblent confirmer la fusion de l'hydrogène en hélium dans le noyau du soleil.
Mais qu'en
est-il de l'affirmation selon laquelle les éléments plus lourds sont produits
lors d'explosions de supernovæ ? Cette affirmation est beaucoup plus difficile
à vérifier, même si elle bénéficie d'un soutien théorique. En théorie,
l'énergie d'une supernova est suffisante pour produire certains des éléments
les plus lourds. Lorsqu'une supernova s'est produite en 1987, des détecteurs de
neutrinos ont pu observer certains de ces neutrinos provenant de l'événement.
Nous disposons donc au moins d'un soutien observationnel indirect à cette
théorie.
L'affirmation
de l'étape 5 ne se limite toutefois pas à dire que des éléments lourds peuvent
être produits dans une supernova. Elle affirme que tous les éléments
lourds de l'univers ont été produits de cette manière. Cela n'a évidemment pas
été observé, car il est impossible d'observer scientifiquement l'origine de la
plupart des éléments. Bien que plausible, cette étape ne relève pas de la
science. L'origine de la plupart des éléments lourds n'a pas été observée et ne
peut pas être reproduite en laboratoire.
À l'étape 6,
les éléments lourds se sont agglomérés en grains de poussière qui ont continué
à grossir jusqu'à former des planètes. S'agit-il d'une réalité scientifique ?
Les astronomes ont-ils observé des planètes se former à mesure qu'elles
accumulaient des grains de poussière ? Nous connaissons aujourd'hui plusieurs
milliers de planètes en orbite autour d'étoiles différentes dans notre galaxie.
Cependant, nous n'avons observé aucune planète en cours de formation. Il existe
toutefois des preuves de l'existence de disques de matière en orbite autour
d'étoiles. Certains astronomes ont émis l'hypothèse que des planètes se
formaient dans ces disques. Cependant, cette hypothèse n'a pas été confirmée.
Il s'agit simplement d'une conjecture.
Qu'en est-il
de l'observation des planètes de notre système solaire ? L'hypothèse selon
laquelle les planètes se formeraient à partir de poussières, puis que le vent
solaire emporterait l'hydrogène restant des planètes intérieures mais pas des
planètes extérieures, permettrait d'expliquer leur présence dans notre système
solaire. Le problème est que la plupart des autres systèmes stellaires explorés
jusqu'à présent ne fonctionnent pas de cette manière. De nombreux systèmes
stellaires possèdent en effet des planètes géantes gazeuses plus grandes que
Jupiter, qui orbitent autour de leur étoile à une distance supérieure à celle
de Mercure par rapport au Soleil. Non seulement nous ne disposons pas
d'observations de la formation des planètes, mais les observations dont nous
disposons ne correspondent pas aux prévisions de ce modèle.
Il est
évident que l'étape 7 ne peut être observée ni expérimentée, car elle se situe
dans le futur. Nous ne pouvons observer que ce que l'univers fait
actuellement, et non ce qu'il fera. Quelle que soit la pertinence de
cette conjecture, elle ne relève pas de la science par
définition.
Conclusions
En réalité,
aucune des étapes du modèle standard ne correspond à la définition de la
science. Aucune d'entre elles n'a été démontrée scientifiquement. Elles ne sont
ni vérifiables ni reproductibles pour le moment. Seule une partie de l'étape 2
bénéficie d'un soutien observationnel réel : les observations de décalages vers
le rouge sont compatibles avec l'expansion universelle. En revanche, l'idée
qu'une telle expansion ait commencé par une singularité n'a pas été observée et
n'a pas été démontrée comme possible par l'expérimentation. En tant que telle,
elle ne peut être qualifiée de science. Le modèle du Big Bang n'est donc pas
une science.
Cela ne
signifie toutefois pas que ce soit faux. Beaucoup de choses qui ne relèvent pas
du domaine scientifique sont vraies. Les vérités historiques ne peuvent pas
être vérifiées par l'observation et l'expérimentation, car le passé est révolu
et ne peut pas être observé. Il est toutefois raisonnable de croire en des
vérités historiques bien documentées. Certaines vérités logiques ne peuvent pas
être démontrées par les méthodes scientifiques, mais il est tout de même
raisonnable d'y croire. Ainsi, même si le modèle du Big Bang n'est pas
scientifique, nous pouvons nous demander : « Est-il raisonnable d'y croire
quand même ? »
Toutes les
affirmations relatives à la vérité ne peuvent pas être vérifiées par la méthode
scientifique. C'est évidemment le cas des affirmations concernant le passé ou
l'avenir lointain. Nous ne pouvons pas non plus observer ou expérimenter le
passé, car il est révolu. Nous ne pouvons pas non plus observer ou expérimenter
le futur lointain, car il n'a pas encore eu lieu. Pourtant, nous avons des
croyances sur le passé et sur le futur. Le big bang est une théorie à la fois
sur le passé et sur le futur. Et même si ce n'est pas de la science, certains
pourraient soutenir qu'il y a de bonnes raisons de croire au big bang. Nous
explorerons cette question dans le prochain article. D'ici là, nous avons déjà
vu que le big bang est contraire à l'histoire rapportée dans la Bible. Les
chrétiens devraient donc rejeter le big bang comme étant faux, et être
désormais en mesure de réfuter l'affirmation selon laquelle il serait en
quelque sorte scientifique. Ce n'est pas le cas.
[1] Cette explication simplifiée omet toutefois les effets quantiques qui
pourraient empêcher la singularité d'avoir une taille mathématiquement nulle,
même si elle est plus petite qu'un proton. Cependant, la relativité permet une
taille nulle.
[2] Il n'y a que des traces infinitésimales
d'antimatière dans l'univers, mais celles-ci sont produites par des sources
locales à haute énergie et sont presque immédiatement détruites lorsque les
antiparticules entrent en contact avec la matière ordinaire.
[3] Cette condition est appelée la masse de Jean.
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