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Accueil > Fin de l'univers

Fin de l'univers

par stephie, le 04/11/2019 à 14:51 - 97 visites

Bonjour,
je dois rédiger un dossier sur la fin de l'univers pour mon baccalauréat de sciences. Pouvez-vous me guider dans mes recherches afin de commencer à lire quelque chose de plus simple ? Avez-vous une bibliographie à me proposer ?
Merci
Stéphanie

Réponse du Guichet du savoir

par gds_ctp, le 05/11/2019 à 16:44

Bonjour,

Voici une question passionnante, mais rappelons tout de même que le Guichet du savoir est un service généraliste et qu'il se peut que vos connaissances scientifiques dépassent déjà les nôtres !

Pour autant, voici quelques éléments et sources documentaires.

Tout d’abord, sur l’avenir et l’éventuelle fin de l’univers personne n’a aucune certitude, mais plusieurs hypothèses s’affrontent. Parmi celles-ci, trois principales :

La mort thermique de l’univers, aussi appelée Big freeze, expliquée sur futura-sciences.com :

« Cette image composite révèle l'apparence d'une galaxie typique du sondage Gama à différentes longueurs d'onde. Ce vaste projet a mesuré l'énergie produite par plus de 200.000 galaxies. Le résultat obtenu offre l'estimation la plus précise à ce jour de l'énergie produite au sein de l'univers proche. Il confirme que la quantité d'énergie produite à l'heure actuelle dans une portion de l'univers représente la moitié environ de ce qu'elle était voici deux milliards d'années, et révèle que cette chute de production affecte l'ensemble des longueurs d'onde comprises entre l'ultraviolet et l'infrarouge lointain.

Un article récemment déposé sur arxiv rencontre actuellement un certain écho médiatique puisqu'il annonce qu'une équipe internationale d'astronomes a observé que l'univers est en train d'agoniser lentement. En fait, nous dit-on, le phénomène était connu dès les années 1990. On vient seulement de le mesurer de façon plus précise et plus complète dans le cadre du projet Galaxies et assemblage des masses (Gama), le sondage multi-longueurs d'onde le plus étendu jamais réalisé. Comme l'explique le leader du projet, l'astronome Simon Driver de l'International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR), en Australie : « nous avons utilisé autant de télescopes terrestres et spatiaux que possible pour mesurer, sur une bande spectrale aussi étendue que possible, l'énergie libérée par un échantillon de 200.000 galaxies ».

La conclusion des chercheurs est sans appel, le taux de quantité d'énergie libérée par ces galaxies, déduit des observations à 21 longueurs d'onde différentes, depuis l'ultraviolet jusqu'à l'infrarouge lointain, a été divisé par deux au cours des deux derniers milliards d'années. En d'autres termes, la luminosité des galaxies de l'univers est en train de baisser parce que les étoiles sont en train d'épuiser sans retour le carburant nucléaire disponible dans ces galaxies. Tôt ou tard, ces étoiles vont toutes mourir entraînant dans leur perte les civilisations technologiques E.T et les biosphères qui auraient pu se développer autour d'elles sur des exoplanètes.

Bien que la preuve de ce phénomène ait été donnée il y a une vingtaine d'années et qu'il est observé avec une grande précision pour la première fois, l'annonce n'aurait pas surpris les physiciens et les astronomes de la fin du XIXe siècle qui savaient déjà que l'univers devait s'acheminer vers ce que l'on appelle la mort thermique (le nom est dû à Helmholtz mais l'idée remonte en fait à Kelvin qui avait des vues étonnamment modernes sur la question).

En effet, dès 1865, le physicien allemand Rudolph Clausius, à qui l'on doit la notion d'entropie et la première formulation du second principe de la thermodynamique qui l'accompagne, avait énoncé les deux lois suivantes :

• l'énergie de l'univers est constante,
• l'entropie de l'univers tend vers un maximum.

Rappelons que l'entropie peut se voir comme la disponibilité de l'énergie (laquelle ne peut être ni créée ni détruite) pour effectuer un travail, par exemple maintenir vivant un organisme. Selon le second principe de la thermodynamique, l'entropie d'un système isolé croît toujours, de sorte que l'énergie se dégrade et devient de moins en moins utilisable. Nous savons aussi que la théorie moderne de l'entropie indique qu'elle est également une mesure du degré de désordre d'un système. Son inexorable augmentation implique donc que l'univers entier doit un jour finir dans la décrépitude.

Cette conclusion tragique semble inévitable puisque, par définition, l'univers est tout ce qui est, donc un système isolé. Un jour donc, toute l'énergie de l'univers sera inutilisable. Elle ne pourra alors plus servir à faire briller des étoiles ni fonctionner les cellules vivantes. L'univers semble, d'après les observations actuelles, en expansion éternellement accélérée, se refroidissant sans cesse. Il devrait ainsi terminer son histoire dans un état de vide presque parfait, froid et dépourvu de structures complexes qui finiront par disparaître puisque entropie croissante implique désordre croissant tendant vers le maximum possible. »

Big crunch:

“Dans cette phase finale de l'univers, la température et la densité augmenteront à nouveau, détruisant les structures matérielles comme les galaxies, les planètes, les atomes et même les nucléons. Le cosmos retournera donc à un état de plasma de quarks et de gluons. Dans le cadre de ce modèle, si l'on n'emploie que les équations classiques de la relativité générale pour décrire l'espace-temps, une singularité gravitationnelle sera atteinte : l'espace et le temps disparaîtront avec la matière qu'ils contiennent. Toutefois, des effets quantiques, comme ceux que l'on retrouve dans la théorie des supercordes ou la théorie de la gravitation quantique à boucles, pourraient empêcher la formation de cette singularité. L'univers atteindrait une taille minimale avant de rebondir pour une prochaine phase d'expansion. La découverte de l'expansion accélérée de l'univers suggère qu'elle ne prendra jamais fin, et donc que le Big Crunch ne se produira pas. »

La troisième grande théorie est celle du Big rip (grande déchirure) :

« Ce modèle suppose que la constante cosmologique peut en fait varier dans le temps, de telle sorte que sa densité se mettra à augmenter, malgré le fait que l'univers soit en expansion, pour atteindre une valeur infinie en un temps fini. Le cosmos finira ainsi terminant son existence par une singularité gravitationnelle où toutes les structures, des amas de galaxies aux atomes, seront détruites. Avec un modèle d'énergie noire plus classique, l'expansion reste à une échelle supérieure à celle des amas de galaxies et ne peut se manifester à l'échelle des planètes et des atomes, au contraire de l'énergie fantôme. Ce modèle a été proposé pour la première fois en 1999 par Robert R. Caldwell, le nom de Big Rip ayant été introduit par lui et ses collaborateurs Marc Kamionkowski et Nevin N. Weinberg en 2003.
On peut établir la chronologie suivante pour le Big Rip :
• quelques centaines de millions d'années avant le Big Rip : dislocation des super amas ;
• plusieurs dizaines de millions d'années avant le Big Rip : dislocation de la Voie lactée ;
• quelques années avant le Big Rip : arrachage de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune du Système solaire ;
• quelques mois avant le Big Rip : arrachage de la Terre de son orbite ;
• quelques dizaines de minutes avant le Big Rip : dislocation de la Terre ;
• quelques minutes avant le Big Rip : dislocation du Soleil ;
• 10-17 seconde avant le Big Rip : dislocation des atomes. »

Pour aller plus loin :

- Petite histoire de l'Univers [Livre] : du Big Bang à la fin du monde / Stephen W. Hawking ; traduit de l'anglais par Carole Benton

- 3 minutes pour comprendre les grandes théories de Hawking [Livre] : sa vie, ses théories et son influence en un rien de temps / Paul Parsons et Gail Dixon ; traduit de l'anglais par Julie Lavallée ...

- Les grandes lois de l'univers [Livre] : les origines des lois de la nature / Peter Atkins ; traduction de l'anglais par André Pousse

- Les mystères de l'Univers [Livre] : du big bang à la fin des temps / Ben Gilliland ; traduction et adaptation Mativox (Eric Mathivet, Aurélie Gianfermi), Science & co

- Œuvres de Stephen Hawking et Hubert Reeves.

- Ressources numériques de la Cité des sciences

- « L'univers a-t-il une fin ? », podcast d’Usbek et Rica

Bonne journée.
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