Toute la matière existante s’est-elle formée lors du Big Bang ou est-ce que de la nouvelle matière est encore en train d’être créée ? | Les scientifiques réagissent | Science

L’une des hypothèses défendues par le modèle du Big Bang est justement que ce que l’on observe aujourd’hui est ce qui existait au départ. Je me souviens encore une fois que le moment précis où l’univers a commencé à s’étendre n’est pas décrit par le Big Bang parce que nous n’avons pas encore de modèle décrivant les interactions gravitationnelles dans ce régime de gravité quantique. Mais un peu plus tard, lorsque le cosmos commencera à s’étendre, le contenu de matière et d’énergie qui était à ce début est ce qu’il existe aujourd’hui et ce qu’il y aura à la fin.

Au début, le volume était très petit, mais l’univers est en expansion et, simplement, ce qui se passe, c’est que la densité, c’est-à-dire l’énergie par unité de volume, se dilue.

Cela provoque également un refroidissement de l’univers. Aujourd’hui, l’espace est un endroit très froid. Le rayonnement cosmologique, non pas celui qui nous parvient directement des étoiles, mais plutôt le rayonnement de fond, a une température très basse de 2,7 kelvins (-270,5 °C). Et pourtant, à l’origine, en remontant dans l’histoire de l’univers, ce rayonnement est bien plus chaud. L’effet de dilatation provoque son refroidissement.

La réponse à votre question est donc que ce que prédit le modèle du Big Bang, qui est actuellement celui qui explique le mieux l’univers, c’est que toute la matière et l’énergie étaient déjà au début. Ce qui a peut-être changé, c’est le caractère de ce que nous appelons la matière et l’énergie. Pour que vous compreniez, ce sur quoi nous nous appuyons pour l’expliquer, c’est le modèle de la physique des particules. Et selon ce modèle, les particules peuvent avoir une masse. Ce qu’il faut comparer, c’est la masse de ces particules à la température de chaque instant de l’évolution de l’univers. Et c’est ce qui a changé. Quelle quantité de rayonnement avons-nous eu et combien en reste-t-il maintenant ?

Mais si l’on calcule l’énergie qu’il y avait au début, elle est la même qu’à la fin. Bien que cette énergie change à mesure que l’univers se dilate et se refroidit. Lorsqu’il y a beaucoup d’agitation thermique, comme nous pensons que cela a dû se produire à l’origine, même si nous n’en sommes pas sûrs non plus, mais nous imaginons que cela a dû être comme ça, à cause de cette agitation thermique, tout doit se comporter comme un rayonnement, comme énergie. Mais à mesure qu’elles refroidissent, une partie de ces particules cessent de se comporter de manière relativiste, l’agitation thermique diminue et elles commencent à se comporter comme notre concept de matière, quelque chose de masse et de petites vitesses, comme la matière noire. Il faut se rappeler qu’en relativité restreinte, la matière et l’énergie sont des concepts interchangeables. C’est la célèbre équation d’Einstein, on peut convertir quelque chose qui a une masse en énergie.

Ce qu’il faut prendre en compte, c’est sa vitesse, si c’est quelque chose qui se déplace à des vitesses proches de celle de la lumière ou si c’est quelque chose qui aurait des vitesses beaucoup plus petites et donc non relativistes. Quand on dit non relativistes, cela signifie qu’il s’agit de vitesses d’agitation thermique bien inférieures à la vitesse de la lumière. Et ce que nous appelons matière, ce sont précisément des particules ayant des vitesses faibles par rapport à la vitesse de la lumière.

Mar Bastero GilElle est professeur et chercheuse au sein du Groupe de physique théorique des hautes énergies (FTAE) de l’Université de Grenade.

Question envoyée par email parDavid Robinson

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