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Interroge a répondu à la question "A quoi correspond le Mur de Planck par rapport au Big Bang ?"
La réponse a été mise à jour le 26 juillet 2022.
Bonjour,
Nous vous remercions d'avoir fait appel au service Interroge, voici le résultat de nos recherches :
Dans son ouvrage Comprendre l’univers : ce que l’on sait de l’univers, de sa composition et de son histoire, Jean Audouze rappelle qu’« en 1927, à travers son célèbre ″principe d’incertitude″ […] Werner Heisenberg fait en effet apparaître que la constante fondamentale de 10-43 seconde, déterminée préalablement par Max Planck, représente une limite infranchissable dans le cadre de la physique moderne. »
Joseph Silk, dans Une brève histoire de l’Univers, souligne que « le temps de Planck, qui vaut 10-43 seconde, marque le commencement du temps selon nos théories en vigueur. Néanmoins, la théorie de la gravitation d’Einstein, en admettant qu’elle soit valable, prédit l’existence des singularités et l’effondrement des concepts d’espace et de temps comme des lois de la physique. »
Thomas Boisson du site d’actualité scientifique Trust My Science explique, dans l’article Qu’est-ce que l’ère de Planck ?, qu’il s’agit d’« une époque de l’univers prenant place aussitôt après le Big Bang. Les équations d’Einstein, dans le cadre de la relativité générale, aboutissent à une singularité gravitationnelle initiale lorsqu’il s’agit de considérer le commencement de l’univers. Dans ce cadre, l’ère de Planck désigne la période apparaissant juste après la naissance de l’univers à partir de cette singularité. Selon les modèles théoriques, au cours de cette époque, les trois interactions fondamentales du Modèle Standard – électromagnétisme, interactions nucléaires faible et forte – et la gravité, sont unifiées. Les effets gravitationnels quantiques sont dominants durant l’ère de Planck, c’est pourquoi le modèle du Big Bang doit être étendu ou modifié. En effet, le Big Bang est construit sur la théorie de la relativité générale, qui ne décrit l’univers qu’à l’échelle macroscopique, sans prendre en compte les phénomènes quantiques. Une théorie de la gravité quantique est donc nécessaire pour unifier relativité générale et mécanique quantique, ainsi qu’une "théorie du tout" pour décrire l’unification des quatre interactions fondamentales. Il est communément admis que la durée de l’ère de Planck est égale au temps de Planck, soit 10-43 seconde. Cependant, l’enchaînement des événements cosmologiques ayant lieu dans ce laps de temps est extrêmement complexe à déterminer, car les notions de temps et d’espace perdent leurs sens physiques classiques. La géométrie de l’univers est encore en cours de "construction" et celle-ci est décrite différemment selon les théories actuelles. »
Voici encore comment le site Techno-Science.net définit ce concept astrophysique : « Le Mur de Planck (du nom du physicien Max Planck) désigne la période de l'histoire de l'univers où ce dernier avait un âge de l'ordre du temps de Planck, à savoir environ 10-44 secondes. Avant ce temps, période appelée l'ère de Planck, toutes les lois actuelles de la physique classique comme de la physique quantique trouvent leur limitation dans la mesure où il devient nécessaire d'avoir une description microscopique de la gravitation (on appelle une telle théorie gravité quantique) qui reste encore mystérieuse à ce jour. Notre connaissance se heurte donc à un mur conceptuel. […] Le temps et l'espace tels que nous nous les représentons habituellement deviennent des concepts sans doute beaucoup plus compliqués au-delà du mur de Planck, c'est-à-dire pendant l'ère de Planck. »
Olivier Esslinger fournit également quelques éléments explicatifs sur le temps et l’ère de Planck dans l’article L’ère de Planck, consultable sur son site de vulgarisation Astronomie et Astrophysique : « Notre description de la naissance de l’Univers ne va pas commencer exactement au temps zéro. Si nous repassons le film du Big Bang à l’envers, plus nous nous rapprochons de la naissance de l’Univers, plus sa température et sa densité sont élevées. Ainsi, les conditions deviennent de plus en plus extrêmes et les lois de la physique doivent être extrapolées dans des domaines que nos accélérateurs de particules ne sont pas capables de reproduire. […] L’extrapolation de la physique connue montre que ces conditions extrêmes ont régné lorsque l’Univers était âgé de moins de 10-43 seconde, le temps de Planck. Toute la période qui précède, baptisée l’ère de Planck, nous est donc inaccessible. L’absence de théorie confirmée ne nous empêche pas d’avoir quelques idées d’ordre général sur la physique de l’Univers à cette époque. Il est ainsi clair que pendant l’ère de Planck notre conception habituelle de l’espace-temps est complètement dépassée. »
Etienne Klein, dans le chapitre Comment escalader le mur de Planck, de son ouvrage intitulé Discours sur l’origine de l’Univers disponible sur Cairn.info, précise ce qui suit à propos du temps de Planck : « Pour exprimer ce résultat, on a pris la malheureuse habitude de dire que le mur de Planck correspond à l’univers tel qu’il était ″10-43 seconde après le big bang″. Or cela constitue un double abus de langage : d’une part, cette façon de parler admet implicitement l’existence d’un temps zéro alors que celui-ci est fictif […] ; d’autre part, avant le mur de Planck, le concept de temps devient lui-même aussi problématique que celui d’espace, au point qu’il n’est plus possible de donner le moindre sens à la notion de durée, en l’occurrence à celle qui se serait écoulée entre le big bang et le mur de Planck. Résumons-nous : au temps de Planck, c’est-à-dire lors de la période de l’univers la plus ancienne que nos équations (et nos seules équations) parviennent à concevoir, l’univers était nerveux et sec, minuscule et gorgé d’énergie, et son espace-temps avait une structure ″bizarre″. »
Robert Clarke dans Les nouvelles énigmes de l’univers, écrit au sujet de la notion d’instant zéro qu’« il n’appartient pas au temps, il n’est pas sur la flèche du temps, […] il ne fait pas partie du passé de l’univers. C’est un infini inaccessible. A la limite, il ne peut pas être pensé, et certains n’hésitent pas à ajouter, non sans humour, qu’on pourrait admettre, puisque son origine temporelle n’existe pas, que l’univers n’a jamais commencé, que le big-bang n’a jamais eu lieu. ″La question de l’origine est un mythe″, dit Hubert Reeves. Il est vrai que si l’on commence à chercher une réponse à la question ″qu’y avait-il avant ?″, il n’y a aucune raison pour qu’on ne demande pas ensuite ″et encore avant ?″ - et l’on en finirait jamais. »
L’Univers en 100 questions de Jean-Pierre Luminet tente de répondre à la question « Y a-t-il eu un ″avant Big Bang″ ? » : « Traditionnellement, on considère le Big Bang comme le début de toute chose et l’on s’interdit de penser à ce qui a pu se passer avant. Si l’on s’en tient en effet à la relativité générale, la question d’un ″avant Big Bang″ n’a tout simplement pas de sens. Dans cette théorie, le Big Bang implique que le temps lui-même a commencé simultanément avec l’espace, la matière et l’énergie voici 13,8 milliards d’années. Cette façon de voir s’est modifiée au cours des dernières années. Le scénario du Big Bang ″classique″ cesse d’être correct lorsque le très jeune Univers était soumis aux lois de la physique quantique. Les nouvelles approches dites ″de gravitation quantique″ font disparaître la singularité originelle ; rien n’empêche alors de concevoir que l’Univers existait avant le Big Bang, ce dernier n’étant plus qu’une transition violente entre deux états de l’Univers. »
Dans son livre Aux premiers instants de l’Univers : le mystère de la matière et de l’énergie noires, Dan Hooper relativise ainsi : « Force est de constater que bien des mystères demeurent : nous en savons encore peu sur les premiers instants de l’Univers. Les découvertes les plus récentes ont même soulevés plus de questions qu’elles n’ont apporté de réponses. […] Dans le cas de l’Univers et de son origine, il est légitime de se demander jusqu’à quel point nos connaissances progresseront. L’horizon de l’Univers limite ce qu’il est possible d’observer et d’étudier, et par conséquent la quantité d’informations accessibles, du moins en principe. […] Si l’on remonte plus en amont encore pour s’approcher du Big Bang, nous parvenons à une époque où l’Univers était véritablement méconnaissable. Pendant ses premiers instants – sa 10-43 première seconde – la nature même de l’espace et du temps différait complètement de ce qu’elle est aujourd’hui. […] Durant cette ère de gravitation quantique, rien – pas même l’espace et le temps – ne nous aurait été familier ou identifiable. Tout était totalement différent de tout ce que l’on pourrait imaginer. »
Afin d’en connaître davantage sur ce sujet passionnant, voici quelques ressources supplémentaires qui pourraient vous intéresser :
La vidéo de la conférence Etienne Klein : L'origine de l'univers et le mur de Planck publiée par l’association CentraleSupélec Alumni le 16 mai 2013
La vidéo Planck et les mystères du Big Bang publiée le 26 avr. 2013 sur la chaîne CEA Sciences
La réponse de notre service à la question « Quelle est l'explication scientifique de la formation du cosmos ? » en 2016
L’Univers ne commence pas avec le Big Bang , entretien avec Etienne Klein le 11 novembre 2012 sur TV5 Monde
Le podcast Ere de Planck : la physique droit dans le mur diffusé le 9 février 2021 dans l'émission La méthode scientifique sur France culture
L’article L’Univers avant le Big Bang de Gabriele Veneziano, paru le 1er juin 2004 dans la revue Pour la Science
Nous espérons que ces éléments vous aideront dans votre recherche. N'hésitez pas à nous recontacter pour tout complément d'information ou toute autre question.
Cordialement,
La Bibliothèque du Musée d'histoire des sciences
Pour www.interroge.ch