Dans quoi l'Univers est-il en expansion ? [La FAQ de l'Univers]

On nous dit que l’Univers est en expansion. Bon, ok, mais en expansion dans quoi ? Cette

question là revient régulièrement chaque fois que je parle d’expansion de l’Univers

ou du Big-Bang en général. On me demande aussi : où est le centre de l’Univers ? où

a eu lieu le Big-Bang ? dans quoi l’espace-temps est-il courbé ? Est-ce que notre corps aussi

on est en expansion ?

Pour répondre à toutes ces questions que vous me posez souvent, j’ai décidé de

faire une sorte de petite FAQ de l’expansion de l’Univers, et dans cette vidéo je vais

donc essayer de clarifier tout ces points.

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Commençons par les observations astronomiques. Si on parle d’expansion de l’Univers,

c’est parce qu’on peut l’observer et la mesurer. Si on regarde un grand nombre

de galaxies autour de nous, on se rend compte que quasiment toutes les galaxies s’éloignent

de la nôtre.

Et à première vue ça parait assez improbable comme situation. Si on vivait dans un simple

univers fixe rempli de galaxies qui bougent, on s’attendrait à en avoir certaines qui

s’éloignent mais d’autres qui se rapprochent. Or, on observe que presque toutes s’éloignent

de nous, à plus ou moins grande vitesse.

Une façon de l’expliquer ce serait de dire que notre galaxie a un truc très particulier,

pour que toutes les autres s’en éloignent. Comme si on était une sorte de point central

de l’Univers que toutes les galaxies fuiraient. Ca parait assez peu convaincant comme idée,

il y a des de milliards de galaxies observables, pourquoi la nôtre en particulier serait spéciale.

D’autant plus qu’il y a un autre élément troublant : la vitesse à laquelle les autres

galaxies semblent s’éloigner de nous.

[HUBBLE Si on trace un graphique qui donne la vitesse d’éloignement de différentes

galaxies en fonction de leur distance à nous, voici ce qu’on obtient. Ici la distance

est en abscisses, on exprime ça en millions d’années-lumières. Et en ordonnées c’est

la vitesse d’éloignement de chaque galaxie, en km par seconde.

Et vous voyez que les galaxies les plus lointaines s’éloignent le plus vite, mais surtout

que la vitesse d’éloignement semble proportionnelle à la distance. Cette relation de proportionnalité

c’est ce qu’on appelle la loi de Hubble-Lemaître.]

On aurait beaucoup de mal à justifier une observation de ce genre dans un Univers fixe

rempli de galaxies qui bougent. Il faudrait vraiment que tout soit parfaitement réglé

pour que ça se produise, et que notre position dans l’Univers soit vraiment très très

spéciale. Alors qu’au contraire, cette observation colle parfaitement avec l’idée

d’un univers en train de se dilater.

Si c’est l’Univers qui globalement se dilate, eh bien ce serait logique que toutes

les galaxies s’éloignent les unes des autres. La nôtre n’aurait dans ce cas rien de particulier.

Et en plus de ça, un phénomène de dilatation globale donnerait précisément une relation

de proportionnalité comme celle qu’on a vu : deux galaxies auraient l’air de s’éloigner

d’autant plus vite qu’elles sont distantes.

Cette idée de dilatation globale de l’Univers peut sembler étrange, mais en plus de coller

parfaitement aux observations, elle découle aussi des modèles cosmologiques de l’évolution

de l’Univers, qui nous viennent de la théorie de la relativité générale.

Si on applique la théorie de la relativité générale à l’Univers dans son ensemble,

on trouve qu’il est tout à fait plausible qu’il puisse être en train de se dilater.

On a donc d’un côté une observation qui semble dire qu’il se dilate, de l’autre

côté une théorie qui prédit que c’est normal qu’il se dilate; c’est que ça

doit être vrai, même si on a du mal à l’appréhender.

Parce que qu’est-ce que ça veut dire que l’Univers dans son ensemble se dilate ? Une