Des résultats contradictoires compliquent la détermination de l'âge de l'univers. La réponse pourrait être la clé de nombreux mystères du cosmos.
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00:00 [Musique]
00:07 Il y a un mystère au cœur même de l'univers.
00:10 Nous ne savons pas quel âge a le cosmos.
00:14 Il est fondamental de connaître l'âge de l'univers si on veut pouvoir comprendre l'univers.
00:19 C'est au centre de tout.
00:22 Ça représente plus qu'un simple anniversaire.
00:25 On veut savoir quelle est sa masse, son énergie, comment elle se comporte.
00:29 Il nous faut le chiffre exact.
00:31 L'âge de l'univers nous permet non seulement de comprendre d'où on vient,
00:35 mais peut-être aussi de prédire le destin de l'univers.
00:39 Que se passera-t-il dans des millions et des milliards d'années ?
00:43 Mais notre quête des origines de l'univers a déclenché une guerre.
00:47 D'habitude, la nature chuchote.
00:50 Mais là, elle nous hurle dans les oreilles que nous nous trompons quelque part.
00:54 Et c'est passionnant.
00:56 [Musique]
01:07 On pense que l'univers a commencé par un bang.
01:12 Tout ce qui a toujours existé est concentré dans un espace plus petit qu'une tête d'épingle.
01:18 Et brusquement, l'espace commence à se dilater partout à la fois.
01:24 S'il est difficile de concevoir que l'univers ait pu se développer à partir d'une boule de la taille d'une tête d'épingle,
01:30 découvrir à quel moment c'est arrivé ne devrait cependant pas poser de problème.
01:35 A priori, ce n'est pas compliqué, mais la question de l'âge de l'univers est plus épineuse qu'il n'y paraît.
01:42 La seule donnée dont disposent les scientifiques au départ, c'est que l'univers grandit.
01:49 Et puis quand on a compris que l'univers était en expansion, on a cru qu'on avait un moyen d'estimer son âge.
01:54 Il n'y a qu'à prendre l'univers actuel et à remonter le temps.
01:57 Les choses se resserrent petit à petit jusqu'à devenir un unique point.
02:01 Ce moment-là correspond à l'âge de l'univers.
02:05 La vitesse d'expansion est tellement importante qu'elle a son propre nom, la constante de Hubble.
02:12 La constante de Hubble, c'est la vitesse d'expansion actuelle de l'univers.
02:18 C'est un paramètre clé pour comprendre toute l'histoire de l'expansion de notre univers et son âge.
02:25 Les chercheurs ont découvert un étrange signal radio qui baigne tout le cosmos.
02:32 C'est un vestige de la lumière fossile de l'univers primitif.
02:36 On l'appelle le fond diffus cosmologique, ou CMB.
02:42 Le rayonnement du fond diffus cosmologique n'est que la rémanence de notre Big Bang.
02:48 C'est à quoi ressemblait l'univers quand il avait 400 ans.
02:52 L'Agence spatiale européenne a lancé la mission Planck,
02:58 un satellite qui utilise des récepteurs radios ultrasensibles pour étudier le ciel dans toutes les directions
03:04 et mesurer les changements infimes de température et de polarisation du rayonnement.
03:09 Le CMB présente des variations de température qui ne sont pas générées de façon aléatoire.
03:15 Elles proviennent de processus physiques qui se sont produits à l'époque de la boule de feu primordiale.
03:21 Les régions rouges sont celles où la matière était la plus chaude,
03:25 et les zones bleues celles où elle était plus froide.
03:28 Dans les amas rouges les plus petits, la matière chaude était particulièrement compacte.
03:33 La matière de l'univers devait y être plus dense, et c'est là que se formaient de préférence les galaxies.
03:39 C'est très cool de pouvoir observer et étudier ces plans
03:44 pour découvrir comment ce bébé univers est devenu l'univers qu'on voit aujourd'hui autour de nous.
03:50 Cette image n'a l'air de rien.
03:53 Pourtant, elle renferme presque tout ce qu'il y a à savoir au sujet de l'univers.
03:59 Grâce à des calculs complexes basés sur différents modèles mathématiques,
04:02 les cosmologues ont compris comment le cosmos primitif, figé dans le CMB,
04:06 était devenu l'univers observable aujourd'hui.
04:10 Ils savent comment l'univers est passé de petit à grand,
04:14 et quelle a été la vitesse de son expansion.
04:17 Les données du Fonds Diffus Cosmologique sont la référence absolue en matière de cosmologie.
04:25 Elles sont magnifiquement propres, on les comprend très bien,
04:29 et on a un niveau de confiance élevé dans la fiabilité des enseignements qu'on peut en tirer.
04:34 En rembobinant le film de l'expansion, on obtient un âge.
04:39 13,8 milliards d'années.
04:43 Mission accomplie.
04:47 Mais pour transformer l'essai, il faut vérifier ce résultat.
04:52 On n'a pas une mesure obtenue avec une technique,
04:55 mais de multiples mesures avec de multiples techniques.
04:58 Un autre groupe de scientifiques entreprend de calculer l'âge du cosmos avec une toute autre méthode.
05:04 Ils mesurent des objets visibles dans notre univers pour déterminer à quelle distance ils se trouvent
05:10 et à quelle vitesse ils s'éloignent de nous sous l'effet de l'expansion de l'univers.
05:14 Les mesures les plus directes et précises sont obtenues à l'aide de ce qu'on appelle la parallaxe.
05:21 La parallaxe, c'est la déviation apparente d'un objet par rapport à l'arrière-plan
05:26 quand il est observé de deux endroits différents.
05:29 Si je regarde mon pouce d'un oeil, puis que je le regarde de l'autre oeil, on dirait qu'il bouge.
05:36 Si je rapproche mon pouce de mon visage, la distance qu'il parcourt d'un côté à l'autre change.
05:44 On dirait qu'elle augmente.
05:46 On utilise cette différence de parallaxe quand on rapproche et qu'on éloigne le pouce du visage
05:51 pour évaluer la distance des objets lointains.
05:53 Avec la parallaxe, on peut mesurer la distance d'étoiles lumineuses appelées des céphéides dans la Voie lactée.
06:01 Les céphéides sont des étoiles qui brûlent avec cent mille fois plus d'intensité que notre Soleil.
06:06 Elles sont donc très lumineuses et elles pulsent,
06:09 c'est-à-dire que leur luminosité fluctue à un rythme régulier.
06:13 Les céphéides, avec la même période de pulsation, ont la même luminosité.
06:17 On parle alors de chandelle standard.
06:20 Une chandelle standard, c'est un objet qui sert de référence parce qu'on connaît sa luminosité intrinsèque.
06:27 Il nous suffit donc de mesurer la luminosité apparemment perçue sur la Terre pour obtenir la distance.
06:33 Imaginons que vous soyez dans la rue.
06:38 Si vous regardez au bout de la rue, vous verrez l'éclat des lampes d'air décroître avec la distance.
06:43 Mais leur luminosité intrinsèque, elle reste la même.
06:48 Si bien que l'atténuation de leur éclat vous permet d'évaluer leur distance.
06:53 On peut utiliser les chandelles standards pour mesurer la distance qui nous sépare des étoiles plus lointaines.
07:01 Cependant, il y a un gros problème.
07:04 Partout dans l'univers, l'expansion qui éloigne les objets est en concurrence avec la gravitation qui les rapproche.
07:11 Dans la Voie lactée, il y a tellement de matière que la gravitation l'emporte.
07:18 Même dans les galaxies voisines, l'expansion reste modique.
07:22 Mais à l'échelle cosmique des galaxies très lointaines, la matière est plus dispersée.
07:27 Et c'est l'expansion qui prend le dessus.
07:29 On ne peut donc mesurer l'expansion que sur des distances considérables.
07:34 Pour mesurer notre distance aux objets de plus en plus lointains, on utilise ce qu'on appelle l'échelle de distance.
07:41 Chaque catégorie d'objets observés est sur un échelon distinct de cette échelle.
07:48 Une fois qu'on sait à quelle distance se trouve le premier échelon, on peut en déduire la distance du deuxième, puis du troisième.
07:57 Chaque échelon dépend donc du précédent.
08:00 Et c'est en les additionnant tous qu'on peut commencer à mesurer des objets très très lointains.
08:07 La distance des étoiles céphéides de la Voie lactée mesurée par la parallaxe sert d'étalon.
08:14 On utilise alors leur luminosité standard pour évaluer notre distance aux céphéides d'autres galaxies.
08:21 L'échelon suivant est une chandelle standard plus lumineuse, les supernovae de type 1a.
08:26 Elles sont visibles dans des galaxies plus reculées.
08:29 Enfin, on peut observer la lumière de galaxies elliptiques très distantes.
08:34 Le décalage de cette lumière vers le rouge nous renseigne sur la vitesse à laquelle elle s'éloigne de nous.
08:40 Ces trois choses nous donnent l'univers proche, l'univers plus ou moins distant et l'univers très lointain, un échelon après l'autre.
08:49 Mars 2021
08:54 Des scientifiques mesurent la lumière émanant de 63 galaxies elliptiques géantes, le dernier échelon de l'échelle de distance.
09:02 Ils espèrent obtenir ainsi la valeur la plus précise de la constante de Hubble à ce jour, et l'âge exact de l'univers.
09:12 D'après leurs calculs, l'univers aurait 13,3 milliards d'années.
09:17 Si l'on rapporte ce résultat aux 13,8 milliards d'années révélées par le Fonds Diffus Cosmologique, on a un écart d'environ 6%.
09:27 Ça a l'air insignifiant, mais ça fait plusieurs centaines de millions d'années d'histoire cosmique qui ont eu lieu ou qui n'ont pas eu lieu.
09:36 Il y a 50 ans, quand on ne savait pas aussi bien mesurer tout ce qu'il y a dans l'univers, on se serait réjoui d'avoir des résultats si proches.
09:44 Mais de nos jours, un tel écart est inacceptable.
09:47 Les deux techniques sont manifestement en désaccord.
09:51 Les cosmologues se scindent en deux camps.
09:54 On espérait que ces deux méthodes bâtiraient un pont en se rejoignant à mi-chemin, mais ce n'est pas le cas.
10:02 Nous savons maintenant qu'il y a quelque chose qui nous échappe.
10:05 Même si ces résultats sont sensiblement identiques, il serait vraiment dangereux de ne pas chercher plus loin.
10:13 Parce qu'en science, les grandes découvertes procèdent souvent de ces petites différences.
10:18 On tire sur le fil et il en émerge quelque chose de merveilleux.
10:23 Cette question basique, quel âge a l'univers, aurait-elle ébranlé tout le reste ?
10:30 L'univers se dilate.
10:39 Et pour calculer son âge, il faut d'abord mesurer sa vitesse d'expansion, ce qu'on appelle la constante de Hubble.
10:46 On pourrait penser que la constante de Hubble n'est qu'une valeur théorique sans grande signification.
10:53 Mais cette valeur détient des informations sur la composition, l'évolution et le destin de l'univers.
11:02 C'est un nombre important.
11:05 Le seul problème, c'est que nos meilleures méthodes de mesure ne concordent pas.
11:10 C'est terriblement frustrant de ne pas connaître l'âge de l'univers.
11:14 Et ce qui est encore plus frustrant, c'est qu'on a deux expériences tout à fait excellentes et dignes de confiance, qui ne sont pas du tout d'accord entre elles.
11:22 Ça fait longtemps que j'en ai perdu mes cheveux.
11:26 C'est la question que tout le monde se pose depuis plus d'une demi-décennie.
11:33 Le débat est si tranché qu'on lui a même donné un nom, la tension de Hubble.
11:38 Cette tension de Hubble, c'est le nom qu'on donne au fait que différentes observations, différentes mesures de la constante de Hubble donnent des résultats différents.
11:49 Avec le temps, ces résultats se sont de plus en plus définis en deux camps distincts.
11:55 Chacun tire de son côté.
11:58 Il y a cette lutte constante dans nos mesures.
12:02 Cette tension dans nos observations.
12:04 Les données nous disent quelque chose, mais on ne sait pas quoi.
12:11 Il y a forcément une erreur quelque part.
12:15 Quel que soit le camp dans lequel il se situe, les scientifiques ont tous le sentiment que le problème vient d'en face.
12:23 Si vous travaillez avec le fond diffus cosmologique, vous pensez sûrement qu'il y a quelque chose qui cloche dans l'échelle de distance.
12:31 Si le problème vient de l'échelle de distance, le suspect est outrouvé.
12:35 L'échelle repose sur des étoiles dont la luminosité est prévisible.
12:40 Les chandelles standards.
12:42 Mais il a été prouvé que ces étoiles n'ont pas toujours la même luminosité.
12:48 Si vous vous attendez à ce qu'un objet ait une certaine luminosité et qu'il en a une autre,
12:54 les conclusions que vous tirerez de la luminosité de cet objet seront en partie faussées.
13:00 Pour reprendre la métaphore des lampadaires, s'il y en a un qui est cassé et qui brille moins fort que les autres, vous pourriez croire qu'il est plus loin.
13:09 Le problème avec l'échelle de distance, c'est qu'il suffit qu'un seul échelon ne soit pas parfait pour que le sommet de l'échelle soit entièrement faussé.
13:19 Ce qu'il nous faut, c'est une nouvelle façon de mesurer l'âge de l'univers.
13:25 On cherche un arbitre pour les départager, une toute nouvelle méthode qui ne penche ni d'un côté ni de l'autre,
13:33 et qui nous donne la valeur exacte de la constante de Hubble.
13:37 On l'a peut-être trouvé.
13:39 Cet observatoire n'a pas de télescope.
13:42 Il cherche une onde invisible.
13:45 Une déformation de l'espace-temps lui-même causée par l'accélération ou la collision d'objets massifs.
13:54 On l'appelle LIGO.
13:56 LIGO, acronyme anglais d'Observatoire d'ondes gravitationnelles à interféromètre laser, est un détecteur terrestre d'ondes gravitationnelles.
14:06 Un faisceau de lumière laser parfaitement stabilisé se réfléchit dans un tunnel en ailes long de 8 km.
14:13 Lorsqu'une onde gravitationnelle passe à travers le détecteur, l'espace s'étire et force la lumière à voyager un peu plus loin.
14:22 On réfléchit un laser sur une très grande distance pour essayer de mesurer, alors que l'espace-temps lui-même s'étire et se déforme,
14:29 si ce faisceau a voyagé un peu plus loin ou un peu moins loin.
14:34 Et un peu ici, c'est l'épaisseur d'un atome sur des kilomètres et des kilomètres de distance.
14:41 LIGO a déjà détecté une collision de trous noirs.
14:47 Mais il a aussi capté un signal émis par un objet moins massif.
14:52 Les étoiles à neutrons sont les objets les plus denses de l'Univers après les trous noirs.
14:59 C'est la dernière étape avant l'effondrement définitif en trous noirs.
15:04 Elles font la taille d'une grande ville, mais peuvent avoir jusqu'à deux fois la masse du Soleil.
15:09 Une collision entre étoiles à neutrons est extraordinairement puissante.
15:15 C'est un des événements les plus énergétiques de l'Univers.
15:18 Leur gravitation est si forte qu'elle déforme sérieusement le tissu de l'espace-temps.
15:23 Mais contrairement aux fusions de trous noirs, les collisions d'étoiles à neutrons peuvent aussi émettre de la lumière.
15:30 En 2017, LIGO lance une alerte.
15:34 Plus de 70 télescopes, sur la Terre et dans l'espace, passent à l'action.
15:39 Cette fusion d'un couple d'étoiles à neutrons nous a permis d'observer pour la première fois des ondes gravitationnelles et lumineuses provenant du même événement.
15:48 C'était une révolution.
15:51 C'est l'événement qu'attendaient les chasseurs de la constante de Hubble.
15:56 La lumière nous révèle à quelle vitesse les étoiles en collision s'éloignent de nous.
16:00 Les ondes gravitationnelles nous donnent la distance.
16:05 Si on sait à quelle distance elles sont et à quelle vitesse elles se déplacent, on a la constante de Hubble.
16:10 L'ajout des fusions d'étoiles à neutrons à notre arsenal d'instruments de mesure de l'expansion de l'Univers est une chose formidable.
16:19 Parce que c'est une méthode qui repose sur des propriétés physiques totalement indépendantes des deux méthodes concurrentes qu'on avait jusque-là.
16:26 C'est prometteur.
16:28 Le résultat ?
16:30 Cette toute nouvelle mesure qui devait nous départager.
16:34 Et finalement pile au milieu des deux.
16:37 Tu parles d'une aide.
16:40 Mais c'est peut-être moins grave que ça en a l'air.
16:44 Combien a-t-on repéré de collisions d'étoiles à neutrons dont on a détecté les ondes gravitationnelles et la lumière ?
16:50 Une seule.
16:52 Il n'y a aucune raison de se décourager parce que ça n'a pas résolu le problème.
16:57 La marge d'erreur est énorme contre notre système.
17:02 La valeur est énorme quand on n'a qu'un seul objet.
17:04 Il nous faudrait une bonne centaine d'événements comme cette fusion d'étoiles à neutrons.
17:09 Ça a l'air énorme, mais en réalité, on peut tout à fait y parvenir dans la prochaine décennie.
17:15 Les ondes gravitationnelles révéleront peut-être l'âge exact de l'Univers.
17:21 Mais elles pourraient aussi montrer que le problème ne vient pas tant de nos mesures que de notre compréhension du cosmos.
17:29 Si on continue à obtenir des valeurs différentes pour la constante de Hubble,
17:32 surtout en fonction de la méthode utilisée,
17:34 c'est signe qu'il y a quelque chose d'essentiel qui nous échappe concernant l'évolution et la composition de l'Univers.
17:40 Notre quête de l'âge de l'Univers pourrait bien pulvériser notre modèle du fonctionnement du cosmos
17:48 et plonger la physique dans le chaos.
17:53 L'univers est un peu comme un pont
17:57 Nous ne connaissons pas l'âge de l'Univers.
18:01 On espérait que les résultats de nos expériences permettraient de bâtir un pont en partant de deux rives opposées et en se rejoignant au milieu.
18:09 Plus le temps passe et plus il apparaît que les deux parties du pont, ils ne se rejoindront pas.
18:18 Quelque chose doit changer.
18:22 Certains pensent que le problème vient de la façon dont on a interprété l'image de l'Univers primordial,
18:28 le schéma dissimulé dans le fond diffus cosmologique.
18:32 On ne remet pas en cause les données du CMB, mais c'est une mesure indirecte de l'âge de l'Univers.
18:39 Elle implique que notre modèle de l'Univers soit juste.
18:43 Il se pourrait tout à fait que notre modèle cosmologique fondamental,
18:48 celui qu'on a utilisé pour décrire avec succès l'Univers, soit faussé.
18:53 Peut-être qu'il y a quelque chose qui ne va pas et que ce moteur est cassé.
18:58 Ce moteur, c'est le modèle cosmologique standard.
19:03 Basé sur notre connaissance de la physique des particules et de la relativité générale,
19:08 c'est une sorte de notice technique du fonctionnement de l'Univers.
19:12 Le réécrire est une proposition radicale.
19:16 Dans l'ensemble, il correspond à ce qu'on voit.
19:18 Il y a pourtant un point sur lequel il achoppe.
19:21 Alors que l'Univers se dilate en s'éloignant du Big Bang,
19:25 on s'attendrait intuitivement à ce que la gravitation commence à le recontracter.
19:30 Avec le temps, la gravitation inverserait le processus et contracterait tout en un seul point.
19:37 Mais les données disent tout l'inverse.
19:42 Elles disent non seulement que l'Univers continue à se dilater,
19:46 mais aussi qu'il le fait à un rythme toujours plus rapide.
19:49 Pour expliquer ce curieux phénomène,
19:52 le modèle cosmologique s'appuie sur l'existence d'une force inconnue et étrange.
19:56 L'énergie noire.
19:58 L'énergie noire est la chose la plus déroutante et mystérieuse à laquelle j'ai jamais été confronté.
20:04 L'énergie noire, c'est l'étiquette qu'on a donnée à cette idée que l'expansion de l'Univers s'accélère.
20:11 C'est à peu près toute l'étendue de nos connaissances.
20:13 On ne sait pas d'où elle vient, comment elle se comporte, à quoi elle ressemblait autrefois,
20:17 ni à quoi elle ressemblera plus tard.
20:19 Alors on appelle ça l'énergie noire.
20:21 Elle est invisible, remplit tout l'Univers et éloigne les galaxies les unes des autres.
20:28 C'est un peu comme un ressort comprimé.
20:32 Si vous le lâchez, il va vous repousser vers l'extérieur.
20:35 Et ce n'est pas tout.
20:39 L'énergie noire ne se dilue pas avec l'expansion de l'Univers.
20:42 Lorsque du vide se crée ou se dilate, l'énergie noire qui lui est associée reste la même.
20:49 En gros, elle occupe tout ce vide.
20:52 Imaginez que je vide un seau d'eau et que de l'eau surgisse de nulle part comme par magie.
20:58 C'est ce que fait l'énergie noire tandis que l'Univers se dilate.
21:01 Étant donné que l'énergie noire augmente à mesure que l'Univers s'étend,
21:07 elle constitue une part croissante de l'énergie totale de notre cosmos au fil du temps.
21:11 Dans les débuts de l'Univers, disons les cinq premiers milliards d'années,
21:16 les éléments exerçant une force gravitationnelle attractive,
21:19 comme la matière, la matière noire et la lumière, dominaient l'énergie noire.
21:23 Mais depuis 7 ou 8 milliards d'années, le taux d'expansion de l'Univers n'a cessé de s'accroître.
21:30 On dit désormais que l'Univers est dominé par l'énergie noire.
21:36 D'après le modèle standard, elle constitue aujourd'hui 68% de toute l'énergie dans l'Univers.
21:42 L'énergie noire joue un rôle central dans le modèle cosmologique standard.
21:48 Si la compréhension qu'on en a est erronée, tout le modèle est faux.
21:52 Et l'âge de l'Univers donné par le fond diffus cosmologique est donc faux aussi.
21:57 Personne ne sait ce qu'est l'énergie noire et il existe donc toutes sortes de théories.
22:04 Mais la grande question, c'est de savoir si elle est constante.
22:07 Notre hypothèse standard au sujet de l'énergie noire,
22:12 c'est qu'elle dilate l'Univers avec la même force depuis que l'Univers existe.
22:16 Aujourd'hui, les physiciens remettent en cause cette idée.
22:20 Peut-être que dans l'Univers primordial, l'énergie noire se comportait différemment.
22:25 Vous savez, cette histoire d'énergie noire interférant avec l'Univers actuel,
22:33 et si elle interférait déjà avec l'Univers primitif ?
22:36 L'énergie noire pourrait bien avoir affecté le taux d'expansion beaucoup plus qu'on ne le pensait.
22:42 Ça va complètement chambouler notre façon d'envisager l'âge de l'Univers
22:46 et ce à quoi elle ressemblait aux différentes époques.
22:49 C'est la théorie dite de l'énergie noire précoce.
22:53 L'énergie noire précoce, c'est cette idée que l'énergie noire était présente dans les premiers instants de l'Univers.
23:02 Mais sous une forme très différente.
23:04 De la même manière que l'eau peut être présente sous deux formes distinctes,
23:09 ça peut être de l'eau liquide, si l'environnement est plutôt chaud,
23:14 ou ça peut être de la glace, s'il est plus froid.
23:18 Ça s'appelle un changement d'état.
23:21 Peut-être que dans l'Univers primordial, l'énergie noire aussi a changé d'état,
23:26 et qu'elle se comporte désormais différemment.
23:29 Selon la théorie, cet état plus énergétique de l'énergie noire précoce
23:33 aurait dilaté l'Univers primordial beaucoup plus vite qu'on ne le pensait.
23:37 Ça accélère les choses dans les premiers instants de notre Univers,
23:43 ce qui nous permet de trouver un terrain d'entente dans l'interprétation des mesures
23:48 à la fois du fond diffus cosmologique et de l'échelle de distance.
23:53 On voit bien dans l'Univers que tout change avec le temps.
23:58 La densité, la matière, l'énergie, pourquoi pas l'énergie noire ?
24:02 Lorsqu'on ajoute de l'énergie noire précoce à l'Univers primitif,
24:07 ça modifie le modèle standard.
24:09 Le CMB donne un taux d'expansion plus élevé,
24:12 et enfin un âge qui correspond à celui obtenu par la méthode de l'échelle de distance.
24:17 Pour reprendre la métaphore du pont, avec les deux parties qui ne se touchent pas,
24:26 disons que l'énergie noire précoce ajuste l'angle de la partie Univers primordial du pont
24:31 et lui permet de rejoindre l'autre à mi-chemin.
24:34 L'hypothèse reste controversée,
24:37 mais cette énergie noire précoce pourrait être détectable
24:40 dans des mesures détaillées du fond diffus cosmologique.
24:43 On peut se demander s'il est vraiment nécessaire de compliquer ainsi l'Univers.
24:48 Mais vous savez quoi ?
24:51 Rien n'oblige l'Univers à être simple.
24:54 Il y a quand même une chose qui met tout le monde d'accord.
24:56 L'énergie noire, c'est la boîte de Pandore.
25:00 Il va y avoir de grands changements.
25:02 Il existe une autre possibilité plus radicale.
25:06 Peut-être faut-il complètement oublier l'énergie noire
25:09 et remettre en cause la plus célèbre de toutes les théories,
25:12 la relativité générale.
25:14 Est-ce possible ?
25:17 Einstein aurait-il commis une erreur colossale ?
25:19 Au fondement de toute la cosmologie,
25:21 il y a la relativité générale.
25:23 Mais peut-être avons-nous besoin d'une toute nouvelle approche de la gravitation.
25:28 La gravitation est une force étrange.
25:34 Sa pression est toujours positive.
25:37 C'est l'attraction de la Terre qui nous donne notre poids.
25:41 La force de gravitation s'exerce à des distances énormes.
25:44 Elle est toujours plus forte que la gravitation.
25:48 Elle a des distances énormes.
25:49 Le Soleil attire des objets à travers tout le système solaire.
25:52 La voie lactée attire d'autres galaxies.
25:55 D'un côté, la gravitation est une force extraordinairement familière.
25:59 La pomme qui tombe de l'arbre, et ainsi de suite.
26:02 On sait aussi qu'elle se comporte de façon très prévisible
26:06 à travers notre système solaire,
26:08 grâce à tous les engins qu'on a envoyés dans l'espace.
26:11 Mais, d'un autre côté,
26:13 s'agissant de ce comportement à des échelles incroyablement petites,
26:17 ou encore à des échelles qui couvrent tout l'univers,
26:20 on ne sait pas encore très précisément ce qu'il se passe.
26:24 Le modèle de gravitation d'Einstein n'a pratiquement pas évolué pendant un siècle.
26:30 La physique moderne repose principalement sur les épaules d'Einstein.
26:34 Mais en même temps,
26:36 il ne faut jamais rien prendre pour acquis.
26:39 Claudia de Rames travaille sur une théorie dite de gravité massive.
26:43 Elle se base sur un élément clé de la théorie de gravitation.
26:46 C'est l'élément clé de la théorie d'Einstein,
26:48 qui dit que la gravitation n'a pas de masse.
26:50 Une fois qu'on a compris que la relativité générale est la théorie d'une particule sans masse,
26:56 on devrait aussitôt se demander, et si elle était massive ?
26:59 La particule théorique qui porte la gravité s'appelle le graviton.
27:04 Si les gravitons n'ont pas de masse,
27:07 alors il n'y a rien pour les ralentir lorsqu'ils foncent à travers l'univers.
27:10 Ils peuvent agir sur des distances infinies,
27:14 tout comme des photons de lumière.
27:16 Une galaxie de ce côté de l'univers
27:21 peut donc attirer une galaxie qui se trouve de l'autre côté de l'univers.
27:25 Mais si la gravitation a une masse,
27:28 cela change tout.
27:29 C'est un peu comme si on mettait un petit pactage sur le dos de notre graviton.
27:34 Ça va le ralentir lentement,
27:37 de telle sorte que son effet sur de très grandes distances
27:42 devient un tout petit peu plus faible.
27:44 Ce qui permet d'annuler l'effet de la gravitation
27:49 sur des distances cosmologiques énormes.
27:52 Si la gravitation est un peu plus faible,
27:56 deux galaxies situées chacune à un bout du cosmos
27:59 ne peuvent pas s'attirer l'une l'autre.
28:01 Les conséquences sur l'expansion de l'univers sont considérables.
28:08 Si la force de gravitation s'arrête à très grandes distances,
28:12 on n'a plus besoin de compenser la traction
28:15 qu'exercent tous les objets entre eux,
28:17 parce qu'elle n'existe plus.
28:20 Ça expliquerait tout naturellement
28:22 pourquoi l'expansion de notre univers s'accélère.
28:25 C'est cette accélération qu'on constate aujourd'hui dans l'univers.
28:30 À l'heure actuelle, on utilise l'énergie noire pour l'expliquer.
28:37 Si le graviton a une masse,
28:39 alors on peut sortir de l'univers, l'univers visible,
28:42 sans avoir besoin d'énergie noire.
28:45 Et si ce que l'on observait,
28:48 ce n'étaient que les premiers signes
28:50 de l'arrêt de la gravitation à de très grandes distances ?
28:53 Peut-être qu'on observe les premiers effets
28:57 de la masse du graviton.
28:59 Une fois débarrassé de l'énergie noire,
29:03 l'univers devient beaucoup plus facile à expliquer.
29:06 La physique n'a pas forcément besoin d'être si compliquée.
29:09 Ce sont peut-être simplement les composants normaux de l'univers,
29:13 mais régis par des règles différentes.
29:16 Claudia Doraam espère bientôt mettre sa théorie à l'épreuve.
29:20 Vers 2037, nous aurons un nouveau détecteur d'ondes gravitationnelles,
29:26 l'antenne spatiale à interféromètre laser, ou LISA.
29:33 Il sera plus grand que l'aiguaux et gravitera autour de la Terre.
29:37 Quand LISA sera dans l'espace,
29:40 on maîtrisera mieux les ondes gravitationnelles
29:42 qui se propagent à travers tout l'univers.
29:45 Ça nous permettra d'approfondir beaucoup
29:47 notre compréhension de la gravitation.
29:49 LISA est un système constitué de trois satellites
29:53 qui forment un gigantesque triangle équilatéral
29:56 de 2,5 millions de kilomètres de côté.
30:01 Il devrait capter des ondes gravitationnelles de très basse intensité
30:04 émises par des événements plus anciens.
30:07 Peut-être même les ondes de choc de la naissance de l'univers.
30:11 Si la gravitation a une masse,
30:16 alors les ondes arriveront plus lentement que prévu.
30:19 Mais en attendant de recevoir ces signaux,
30:21 les paris sont ouverts.
30:23 Ce n'est pas rien de soumettre un nouveau modèle de gravitation.
30:27 Mais après tout, qui sait ?
30:29 Je ne me prononce pas.
30:31 L'univers a prouvé à quel point il pouvait être trompeur.
30:34 Je vais attendre qu'il me dise lui-même ce qu'il en est.
30:37 La question de l'âge de l'univers a ouvert la boîte de Pandore.
30:43 Mais la vitesse à laquelle il s'étend
30:47 recèle aussi un autre secret.
30:49 Celui de notre ultime destinée.
30:51 Comment l'univers finira-t-il ?
30:55 Nous savons exactement ce qui attend la Terre.
30:58 D'ici environ 5,4 milliards d'années,
31:04 le Soleil se transformera en géante rouge
31:07 et se dilatera jusqu'à atteindre 1000 fois son volume actuel.
31:11 La Terre sera détruite.
31:14 Les êtres humains, s'ils existent encore,
31:17 auront depuis longtemps une vie de vie.
31:21 Les êtres humains, s'ils existent encore,
31:23 auront depuis longtemps déserté notre planète.
31:26 Mais quelle sera la fin de l'univers ?
31:31 L'âge de l'univers nous permet non seulement de comprendre d'où on vient,
31:36 mais peut-être aussi de prédire le destin de l'univers.
31:39 Que se passera-t-il dans des millions et des milliards d'années ?
31:43 Si les chercheurs confirment la valeur de la constante de Hubble,
31:47 ce nombre insaisissable
31:49 qui nous dit exactement à quelle vitesse l'univers se dilate,
31:52 on saura quel âge a l'univers.
31:54 Et ça nous aidera à prédire sa fin.
31:57 Mesurer la constante de Hubble,
32:00 c'est mesurer le taux d'expansion à l'instant T.
32:03 De la même manière, le compteur de vitesse de votre voiture
32:06 ne vous dit pas à quelle vitesse vous rouliez quand vous êtes partis de chez vous,
32:10 ni à quelle vitesse vous roulerez une fois sur l'autoroute.
32:13 L'évolution de l'expansion avec le temps déterminera le destin du cosmos.
32:18 En fonction de la constante de Hubble,
32:20 l'univers pourrait continuer à se dilater,
32:23 son taux d'expansion pourrait accélérer,
32:25 ou au contraire, il pourrait décélérer.
32:28 Pour le moment, les galaxies s'éloignent rapidement.
32:32 Un univers en expansion continuelle
32:35 se refroidira au fur et à mesure qu'il se dilate.
32:38 On appelle aussi cette expansion éternelle le « big freeze »,
32:44 parce que quand tout s'éloigne, la densité diminue
32:48 et il n'y a plus d'opportunités pour les différences de température.
32:52 Tout refroidit de plus en plus en se rapprochant lentement,
32:56 indéfiniment, du zéro absolu.
32:59 Plus la matière est dispersée, et moins il y a d'étoiles qui se forment.
33:05 L'expansion continue de l'univers signifie que notre ciel nocturne
33:10 et tous les autres ciels nocturnes dans l'univers
33:13 continueront inévitablement à s'assombrir au fur et à mesure
33:16 que les objets s'éloigneront et que les étoiles mourront.
33:20 Au bout du compte, toutes les étoiles s'éteindront.
33:24 Il ne restera plus que les résidus,
33:27 ce qu'on appelle les étoiles dégénérées,
33:29 des trous noirs, des naines blanches, des planètes errantes.
33:33 Ce sera un endroit très triste.
33:36 Les derniers refuges de la matière seront les trous noirs.
33:41 Au milieu de chaque galaxie, on a un grand trou noir
33:44 dans lequel tout finit par tomber après plusieurs milliers de milliards d'années.
33:48 Il ne reste plus alors que de grands trous noirs,
33:51 séparés par de vastes distances, presque des univers entiers.
33:54 À l'approche du Big Freeze,
33:58 les trous noirs eux-mêmes commenceront à s'évaporer.
34:01 Ce ne seront même plus des trous noirs
34:04 à la fin de cet univers en accélération.
34:08 Il ne reste plus que des photons de très basse énergie
34:11 et un peu de matière dispersée à travers l'univers.
34:14 Et c'est tout, il n'y a plus rien d'autre.
34:17 On appelle ça la mort thermique de l'univers.
34:20 Il n'y a plus aucune variation d'énergie ni de chaleur.
34:23 Plus que des photons très fins, à peine perceptibles.
34:27 Scientifiquement, c'est fascinant.
34:29 Mais du point de vue humain, ce n'est pas très rigolo.
34:32 Qu'adviendra-t-il des humains au moment de la mort thermique ?
34:37 Si on a réussi à évoluer sous forme de nuages de gaz
34:40 ou encore à intégrer nos cerveaux au tissu de l'espace-temps,
34:43 on ne trouvera pas ça ennuyeux.
34:45 On ne verra pas la différence
34:47 parce qu'on continuera à bouger lentement avec le reste.
34:50 Pas de panique, la mort thermique de l'univers est presque infiniment lointaine.
34:56 On n'a même pas de mots pour quantifier un tel nombre d'années.
35:00 Même pour les astronomes qui travaillent régulièrement avec ce genre d'échelle,
35:05 la véritable échelle du temps cosmique est une chose impossible à concevoir.
35:10 C'est quelque chose comme 1 avec 10 000 zéros derrière.
35:15 On peut se détendre, ce n'est pas pour tout de suite.
35:18 La bonne nouvelle, c'est que c'est encore très loin.
35:21 La mauvaise nouvelle, c'est que ça a déjà commencé.
35:25 Si notre univers s'achemine vers un Big Freeze,
35:28 une période d'expansion et de refroidissement infini,
35:31 on est peut-être déjà dans la phase de transition.
35:34 Parce que la formation stellaire a atteint son apogée et semble désormais décroître.
35:39 On est peut-être entré dans le long et lent déclin.
35:43 À mesure qu'il se dilate, l'univers commence déjà à s'assombrir.
35:48 L'univers s'étend de plus en plus vite avec le temps.
35:52 Et on se rend compte que c'est encore plus rapide que la vitesse de la lumière.
35:56 Certains objets s'éloignent si vite qu'on a déjà reçu toute la lumière qu'ils ont émise.
36:04 Il n'y a plus qu'un point noir dans le ciel à l'endroit où ils étaient.
36:08 On ne peut pas voir toutes les étoiles dans le ciel.
36:12 Mais si c'était possible, on en verrait 20 000 disparaître à chaque seconde.
36:17 Mais si la constante de Hubble, le taux d'expansion de l'univers, continue à s'accroître,
36:24 alors la fin de l'univers pourrait être beaucoup plus effrayante.
36:28 Et se produire beaucoup plus tôt.
36:32 C'est une des possibilités.
36:34 L'expansion de l'univers s'accélère et continue indéfiniment à s'accélérer de plus en plus.
36:40 C'est ce qu'on appelle le scénario du Big Rip.
36:44 Le grand déchirement.
36:46 L'espace tout entier finit par être déchiré en lambeaux.
36:50 Le système solaire se déchire.
36:53 Puis le Soleil et les planètes se déchirent à leur tour.
36:56 Ça continue comme ça jusqu'aux atomes, qui finissent par se déchirer aussi.
37:01 Et ça se répercute sur l'espace et le temps.
37:05 L'espace se déchire.
37:08 Le temps s'arrête.
37:10 Dans ce scénario, le temps et l'espace n'ont aucune signification.
37:16 Si tout est infiniment éloigné, alors l'espace n'existe pas vraiment.
37:23 C'est en quelque sorte au-delà de notre compréhension.
37:27 Si on connaissait la valeur exacte du taux d'expansion, on saurait à quel scénario s'attendre.
37:33 Mais pour l'instant, la durée de vie de l'univers est inconnue.
37:37 Peut-être devrions-nous explorer l'autre extrémité de la chronologie.
37:42 Comment être fixé sur l'âge de l'univers sans comprendre d'abord ses origines ?
37:51 Quand on remonte le temps vers le Big Bang, notre connaissance de la physique devient caduque.
37:56 Les températures étaient démesurées, la pression aussi.
38:01 Tout se comportait alors si différemment que les lois actuelles de la physique ne s'appliquent pas.
38:06 Et la question que tout le monde se pose, qui y avait-il juste avant le Big Bang ?
38:12 La théorie de la relativité générale d'Einstein prédit que toute la matière et l'énergie de l'univers étaient concentrées en un seul point.
38:21 Une singularité.
38:23 Cette singularité, c'est le territoire inexploré où on indiquait autrefois "ici sont des dragons".
38:29 Les singularités sont problématiques, on ne les aime pas.
38:33 On a une quantité limitée de matière dans l'univers, mais elle est concentrée dans un volume nul, et donc infiniment dense.
38:41 Les densités infinies n'existent pas dans la nature.
38:45 Ça veut dire que nos calculs ne fonctionnent pas, et donc qu'il faut remplacer ça par une nouvelle approche.
38:52 Beaucoup pensent désormais qu'Einstein s'est trompé, et qu'il n'y a pas eu de singularité.
38:59 Mais alors, l'âge de l'univers pourrait-il être infini ?
39:03 Considérant qu'on vit et qu'on meurt, on projette ça sur l'univers, mais ce n'est pas forcément le cas.
39:09 Cette idée d'un univers infini n'est pas plus étrange que celle d'une singularité.
39:14 D'ailleurs, pendant la plus grande partie de notre histoire, les astronomes pensaient que l'univers devait être infini.
39:21 Notre compréhension mathématique de l'univers se fonde sur la Relativité Générale d'Einstein.
39:27 Le problème, c'est qu'elle ne se transpose pas au monde de l'infiniment petit, si bien que ses lois se détraquent à proximité du Big Bang.
39:36 La Relativité Générale excelle à décrire les choses à des échelles qui nous sont familières.
39:43 Le mouvement des planètes, l'évolution des galaxies, toutes les grandes choses.
39:47 La mécanique quantique, de son côté, décrit le monde de l'infiniment petit, le monde des atomes.
39:53 Le problème, c'est que ces deux théories ne s'entendent pas bien du tout.
39:58 Il existe pourtant une nouvelle théorie, la gravitation quantique à boucle, qui combine physique quantique et relativité.
40:07 Et elle fait une prédiction stupéfiante.
40:11 L'une des possibilités, c'est que la fin de l'univers coïncide avec le début d'un nouvel univers,
40:17 créant ainsi des univers qui se suivent de façon cyclique.
40:21 C'est le Big Bounce, le grand rebond.
40:25 Il prédit un univers qui cesse de s'étendre et inverse le mouvement.
40:30 L'idée, c'est que l'univers peut se dilater pendant un certain temps avant de cesser de se dilater et de recommencer à se contracter.
40:38 Certains envisagent l'existence d'un cycle d'expansion et de contraction.
40:42 L'univers rebondit sur lui-même.
40:44 L'intérêt de ce modèle, c'est qu'il nous permet d'aller au-delà de la singularité.
40:49 C'est un peu le principe de notre recyclage.
40:52 Tous les composants sont broyés, puis réutilisés.
40:56 Le cosmos n'a alors ni début, ni fin.
40:59 Si l'univers est cyclique, l'âge a-t-il encore un sens ?
41:06 L'âge est une construction humaine, parce qu'on a besoin de mesurer le temps.
41:10 Mais si l'univers est infini, ça n'a peut-être aucune importance dans l'absolu.
41:14 Un univers qui se contracte et se dilate ébranle le concept d'âge.
41:19 Mais la notion même d'un univers en expansion pose une nouvelle colle cosmique.
41:24 Et s'il n'était pas seul ?
41:27 Si ce n'était qu'un univers sans âge, parmi tant d'autres ?
41:33 L'idée est ancrée dans le modèle mathématique du Big Bang.
41:36 La théorie la plus populaire en astrophysique, le bang de notre Big Bang, c'est l'inflation.
41:43 Une sorte d'énergie noire dopée au stéroïde qui fait doubler notre univers de volume, non pas tous les 7 milliards d'années, mais toutes les secondes.
41:52 Passant ainsi de presque rien au Big Bang.
41:57 Alors qu'il n'avait qu'un centième de milliardième de millième de milliardième de millième de milliardième de seconde,
42:03 l'univers a connu une période d'expansion rapide appelée inflation.
42:08 Il a alors doublé de volume au moins 90 fois, passant ainsi de la taille d'une particule subatomique à celle d'une balle de golf.
42:16 Le problème, c'est que cette inflation ne s'arrête pas vraiment.
42:20 Elle crée un espace toujours plus grand.
42:24 Il y a une partie de l'espace où cette folle multiplication s'est arrêtée et où des galaxies se sont formées.
42:29 C'est nous.
42:31 Mais il y a aussi de vastes régions là-haut où elle continue.
42:34 Partout où l'inflation s'arrête, des univers parallèles se forment.
42:39 Cette inflation éternelle signifie que de nouveaux univers surgissent en permanence, mais ils sont totalement isolés les uns des autres.
42:50 J'ai beaucoup de collègues qui détestent les univers parallèles.
42:53 Ils n'aiment pas l'idée que notre univers soit si grand et presque entièrement inaccessible.
42:58 Mais si vous êtes un peu plus humble, et si vous acceptez que la réalité est beaucoup plus vaste que tout ce qu'on pourra jamais voir,
43:06 alors les univers parallèles semblent très naturels.
43:10 C'est fascinant de voir à quel point tout ce qu'il y a dans l'univers est lié.
43:16 On se pose simplement la question de son âge, et voilà qu'on se retrouve à remettre en cause presque tout ce qu'on sait sur l'univers.
43:23 Cette quête séculaire de l'âge de l'univers nous oblige à questionner notre modèle cosmologique,
43:30 la nature de la gravitation,
43:33 et la notion même de temps.
43:36 L'âge de l'univers fait surgir des questions philosophiques profondes sur la façon même dont un univers peut commencer.
43:45 Comment crée-t-on quelque chose à partir de rien ?
43:49 La plus grande partie de ce qui constitue l'univers nous est éternellement invisible.
43:56 Alors on s'interroge sur sa taille, son âge,
44:00 et les réponses qu'on obtient nous montrent qu'on ne sait même pas si on se pose les bonnes questions.
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