L’ARTICLE
L'univers primordial, extrêmement dense et chaud était en état d'équilibre thermique, où l'énergie moyenne des particules de matière, quelle que soit leur nature, et celle du rayonnement est comparable.
Tant que la température de l'univers était plus élevée que la température d'ionisation de l'hydrogène (soit de l'ordre de la dizaine d'électron-volts), les photons étaient continuellement en interaction avec la matière qui absorbait ou émettait de la lumière, ou la diffusait comme dans un brouillard : l'univers se comportait comme un plasma. Le libre parcours moyen des photons était alors très court et ces photons n'ont pas pu nous parvenir directement.
L'expansion de l'Univers a ensuite considérablement abaissé cette température, si bien que ces réactions sont devenues de plus en plus rares, au point que les photons n'interagissent plus avec les autres particules : c'est le découplage du rayonnement. Les photons ont alors été figés à la température de l'univers à cette époque, en suivant une distribution de corps noir.
L'univers étant toujours en expansion, cette température a continué à diminuer du fait de l'allongement de la longueur d'onde de ces photons provoqué par la dilatation de l'univers, tout en conservant une distribution de corps noir. Les photons sont ainsi passés du domaine des rayons gammas hautement énergétiques vers le domaine des micro-ondes dans lequel ils sont observés aujourd'hui.
Le fond observé aujourd'hui, correspond donc à ce qui est appelé surface de dernière diffusion, au moment où l'Univers s'est suffisamment refroidi pour que la matière sorte de l'état de plasma et que le libre parcours moyen des photons devienne suffisamment grand (ce qui revient à dire que l'Univers devienne transparent), pour qu'ils puissent traverser les distances considérables nécessaires pour être observés de nos jours.
COMMENTAIRES
Nous sommes heureux de savoir que nous avons à portée d’appareil les traces fossiles datant de 13,7 milliards d’Al, ce qui est de nature à rendre jaloux plus d’un paléontologue. Cette conjonction heureuse entre les calculs mathématiques reliant âge de l’univers, constante de Hubble et température de ces rayons souffre cependant d’un léger défaut à savoir sa traduction dans le réel, sa plausibilité phénoménologique.
Que nous est-il dit en effet ? Que matière est rayonnement cohabitaient jusqu’au moment de leur découplage avec la matière, qu’ils sont devenus indépendants pour aller librement leur propre chemin. Pendant ce temps la matière a commencé son expansion qui a eu pour effet d’allonger la longueur d’onde de ces photons, un peu comme ce fameux ballon de baudruche. Ainsi, l’espace-temps en s’étirant a étendu l’onde des photons.
Or, c’est oublier une caractéristique essentielle des photons de lumière à savoir leur vitesse invariable C. Il y a donc un écart considérable entre la vitesse des photons et celle beaucoup plus lente de l’expansion de l’espace.Ces photons surgis DANS LE MEME TEMPS que la matière se sont éloignés de celle-ci à une vitesse considérablement plus vite de sorte qu’ils auront échappés à l’effet d’étirement de l’espace entrainant la seule matière.
Les partisans de la théorie du big-bang appuient leur argumentation sur l'existence des rayonnements dits fossiles qui seraient due à un bain de photons dont la distribution des fréquences correspond exactement à la courbe de rayonnements du corps noir. Le corps noir en question est alors l'Univers entier. Leur existence serait comme un souvenir du big-bang dont on percevrait encore les effets. Ils apportent ainsi la preuve que l'Univers à l'origine possédait un équilibre thermique parfait (présupposé par les théoriciens).
Lorsqu'il est dit que les rayonnements fossiles sont perceptibles dans toutes les directions, que la terre et chaque corps sont baignés par ceux-ci, cela signifie que nous nous trouvons plongés dans un bain de photons continuellement, qui occupent tout l'espace. Nous apprenons cette chose étrange et nouvelle que l'espace de la relativité n'est pas vide mais qu'au contraire il est remplit de photons et d'ondes électromagnétiques. Il deviendrait alors possible de mesurer une vitesse relativement à ce bain de photon et aboutir à une version réussie de l'expérience de Michelson et Morley, lesquelles tentaient de mesurer le déplacement de la terre par rapport à l'éther. C'est d'ailleurs ce qui a été fait puisqu'il a été trouvé une très légère différence de température de ces rayonnements selon qu'on la mesurait dans un sens ou un autre de la direction du mouvement de la terre. L'espace pourrait redevenir un repère absolu à cette différence près que le mouvement d'un corps se mesurerait relativement à ces photons se déplaçant à la vitesse C.
Ce rayonnement témoignerait d'un état plus chaud antérieur, ce qui signifie qu'il a subit un refroidissement. Or tout refroidissement suppose un transfert d'énergie d'un système au profit d'un autre. Puisqu'il s'agit d'un bain de photons d'énergie déclinante situé dans l'espace, le transfert de chaleur ne peut se faire qu'au profit de la matière. La température de la matière aurait dû augmenter à mesure que diminuer celle des photons primordiaux. Or nous savons qu'un transfert d'énergie entre deux systèmes conjoints ne peut aboutir qu'à l'équilibre thermodynamique et nous devrions avoir une température uniforme dans tout l'Univers.
Des physiciens avant Gamow, comme Guillaume en France, Regener ou Nernst en Allemagne, Eddington en Angleterre, Findlay-Freundlich et Born, en Écosse, avaient prédit le rayonnement isotrope de fond de ciel, avec une précision bien meilleure que celle de Gamow, en supposant simplement (comme Einstein) une durée de vie infinie à l'univers. Auquel cas, le rayonnement issu des étoiles les plus lointaines se dilue et arrive à un état d’équilibre unique que l’on peut calculer sans que la théorie admette d'autres paramètres que les données brutes de l’observation du ciel actuel.
Et telle est en effet notre supposition : compte tenu du freinage des photons exercé par la prématière, il existe une limite à l’univers visible. On peut alors interpréter autrement le paradoxe d’Olbers selon lequel si les photons n’étaient pas freinés, le ciel devrait être constamment illuminé dans toutes les directions d’un univers infini comportant une infinité d’étoiles. Les rayonnements fossiles illustrent parfaitement ce qui n’est plus un paradoxe mais une vérité : dans toutes les directions d’un univers infini nous parviennent un rayonnement isotrope affaiblis émis par les étoiles situés au-delà de l’univers visible et qui n’ont rien de « fossiles ».
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