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Une Brève Histoire de l' Univers

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Une Brève Histoire de l' Univers

مُساهمة من طرف ILYAS في الثلاثاء يناير 18, 2011 10:40 am

Une Brève Histoire de l' Univers



Le Big-Bang et les 380 000 premières années de l'Univers d'après le modèle standart de la cosmologie
et le livre "Les voies de la lumière" de Mr. Trinh Xuan Thuan

Note : La description des premiers instants de l'Univers ne peut bien évidemment être vérifiée, elle resulte d 'extrapolations de la Physique Théorique et des théories et connaissances contemporaines sur les champs et les particules.





De l'origine de l'Univers on ne sait rien , à partir du temps de Planck t = 10 - 43 s voici le scénario le plus consensuel chez les physiciens et astronomes :



T = 0 environ - 14 milliards d' années

note : 14 milliards d'années => environ 10 puissance 17 secondes




Age de Planck

10 - 43 s = Temps de Planck
Taille de l' Univers 10 - 35 m (longueur de Planck)
Température = 10 puissance 32 ° K

Densité = 10 puissance 95 kg /m3
= 100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 kg/m3


Pas de matière pas de lumière mais un vide quantique remplit d' un champs de Higgs

Celui ci est dant un état "super refroidi" ce qui entraine une gravité répulsive.

La pression négative serait due à des fluctuations violentes du champs de Higgs bloqué à une énergie positive alors qu'il tend à avoir une énergie nulle.

L'Univers est dans un état de vide quantique.
La gravitation, qui était jusque là unifiée aux trois autres interactions, se dissocie.
Agité par de très fortes fluctuations, d'une énergie fabuleuse, ce vide quantique provoque d 'inonbrable successions de créations et de disparitions de particules et d'antiparticules virtuelles éphémères (d'une durée de vie qui se mesure en milliardième de milliardième de seconde )




Age de la Grande Unification ( de 10 -43 s à 10 - 35 s)

Taille 10 puissance -24 cm
Température = 10 puissance 27 ° K
Energie des particules = 10 puissance 15 GeV
Densité =10 puissance 75 kg/m3



Naissance de particules très massives => masse noire de l Univers ?

A la fin de cette période, l'interaction (ou force ) électronucléaire se sépare en une interaction forte et une interaction électrofaible (interaction faible + interaction élétromagnétique )

Formations de très nombreuses paires de particules matière - antimatière qui s'anhilent quasi instantanément.





Brisure de symétrie matière antimatière (Sakharov) .
Pour 1 milliard d'antiquarks formés il y a 1 milliard +1 quarks .
Pareil pour les électrons







Entre 10 - 35s et 10 -32s : Période de l' Inflation :



L' Univers s'agrandit au minimum de 10 puissance 50 fois dans toute les directions.
(cela correspond à taille qui sépare le noyau d'un atome de celle d'un super amas de galaxie)

Le volume de l'Univers est multiplié par 10 puissance 150 en une fration infinitésimale de temps .
Note : cet agrandissement de l'espace se fait à une vitesse très très supérieure à celle de la la lumière

A la fin de la phase inflationnaire les différentes régions de l'Univers ne sont plus en contact les une avec les autres.

Ensuite l'Univers se dilatera encore de 10 puissance 27 fois jusqu' aujourdh'ui



Le flou quantique est à l'origine de l'inflation .
Les amplifications des fluctuations quantiques ont une taille qui peut aller jusqu' à 10 milliards de km (100 fois la taille du système solaire).
Elles ont été détectées par les satelites COBE et WMAP.





T= 10 - 11 s

L 'interaction ou force électrofaible se scinde en l' interaction nucléaire faible et l'interaction électromagnétique (transition ou brisure de symétrie électrofaible)

La température s’est abaissée à un million de milliards de degrés.
L’énergie des particules avoisine 200 Gev .

Les constituants de l’Univers se résument essentiellement à des photons , des quarks, des neutrinos et des électrons (ainsi que leurs antiparticules).



A la fin de l'inflation l' énergie du champs libérée en lumière va donner naissance à toute la matière
Photon énergétique => particule + antiparticule





Phase des hadrons (fort) de 10 - 32 à 10 - 4 seconde

Densité= 10 puissance 16 kg/m3
Température = 1000 milliard de ° K = 10 puissance 12 K .
A la fin de cette phase la création des protons et des neutrons n'est plus possible





Age leptonique (léger) de 10 puissance - 4s à 100 s
Energie des particules entre 100 Mev et 1 et Mev

A la première demi seconde
Découplage des neutrinos du reste de la purée universelle
car il n'interagissent avec la matière que par la force faible dont le rayon d'action est de 10 puissance -13 cm
( note : il existe 10 fois moins de neutrinos que de photons)

Destruction quasi totale de l'antimatière



A une seconde


Densité de l'Univers = 10 puissance 8 kg/m3 (100 000 fois la densité de l'eau)

Vers 5 secondes , le milieu n'est plus assez énergétique pour former spontanément des couples électrons- positrons .

Création d'une paire électron - positron nécessite environ 1 MeV

1 Mev => énergie qu'acqiert une particule dans un milieu à 10 000 000 000 ° K

Durée de vie des neutrons libres = 1/4 d'heure mais les neutrons associés à des protons dans des noyaux sont stables










A la centième seconde

Densité = 10 000 kg/m3 (10 fois la densité de l'eau)
Température = 1 milliard de degré K





Age nucléaire = age de la nucléosynthèse primordiale (de 100 s à 2500 ans)

2 mn après le big bang les deutérons deviennent stables
deutéron = noyau d' hélium



A la millième seconde


T = 300 millions de ° K
La composition de l'Univers en matière est quasiment fixé.

Pour 100 000 protons il existe deux noyaux de deutérium
Pour 10 000 milliards de protons deux noyaux de lithium 7 (3 protons et 4 neutrons)

1 noyau d' hélium pour 12 protons

1000 seconde quasi fin de la nucleosynthese primordiale
Quasi utilisation de tous les neutrons libre de l'univers





L'ère de la lumière corespond au 2500 premières années de l'Univers


Au début de l'univers la quasi totalite de l'énergie est sous forme de lumière ,
à partir de 2500 ans la densité d'énergie sous forme de matière est équivalente à la densité de lumière sous forme d'énergie et va depuis prédominer.
Apparition d'une purée de matière (quarks électrons ) en des cycles infernaux de vie et de mort des particules issues de la lumière (photons gamma) qui s'entremèlent avec le bain de lumière

Pour créer une paire proton -antiproton il faut une énergie d 'environ 2 Gev
qui correspond à une température du milieu d'environ 12 milliards de ° K ( E = kT avec k = constante de Boltzmann)









A la fin de l'âge de la lumière

Densité = 10-13 kg/m3
T = 60 000 degré K





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380 000 ans : Découplage lumière - matière due à la formation des atomes .

Les photons n'on plus assez d'énergie pour casser les atomes - les électrons se trouvent confinés dans les atomes.
La formation des atomes d' hydrogène et de l'hélium en capturant les électrons laissent la voie libre à la propagation de la lumière

T = 3000 ° K
Densité = 10-18 kg/m3 (un milliards de fois plus qu'aujourdh'ui)




A partir de cette date , l' Univers devient obervable car les photons extrais de leurs collisions incessantes avec la matière peuvent maintenant voyager librement dans l'espace à la vitesse de 300 000 km/s



Ce sont ces photons qui nous arrivent maintenant sous forme d 'un rayonnement cosmique micro ondes

Leur dernière interaction avec la matière a eu lieu à T = 380 000 ans
Ensuite nous rentrons dans la partie observable de l' histoire de l'Univers.

Depuis cette date , le rayon de l'Univers ayant augmenté d'un facteur 1000
et donc la température a diminuée d' un facteur 1000
les photons sont passés à 3 ° K (-270°C )



L' Univers observable actuellement est de 47 milliards d'année lumière dans toutes les directions.

13,7 Milliards d'années lumière (distance qui correspond au temps qu' a mis la lumière pour nous parvenir) auquel il faut ajouter une estimation de l'expansion de l' espace.





Dans le premier milliard d'années se sont formés la première génération d'étoiles
ainsi que celles des premières galaxies.(se sont elles que l'on détecte actuellement sous forme de quasars)

la suite de cette histoire ce trouve sur la page astronomie -cosmologie





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Note 1 : Aujourdh'ui la densité de matière dans l'Univers = 2,4 10 puissance -27 kg/m3 est 4800 fois plus grande que la densite de lumière 5 .10 puissance -31 kg/m3)

Population actuelle de photons = 10 puissance 89 ( un milliard de fois supérieure à la population de protons + neutrons )





Note 2 : 1 eV = 1électron-volt => énergie cinétique d'un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel d'un volt = énergie qu'acqiert une particule dans un milieu à 10 000 ° (E = kT) = 1,602 176 53×10-19 joule = 1,78 .10 -36 kg (E = mc2)



Note 3 : Plus on remonte tot dans l'histoire de l'Univers plus le vide et les particules sont énergétiques.
Dans le LHC du CERN on espère accélerer les particules jusqu' obtenir des collisions à 14 Tev



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