La singularité cosmologique est une construction théorique d’un certain état dans lequel se trouvait l’Univers au moment initial du Big Bang. La particularité de cet état est qu’il est caractérisé par une densité infinie et simultanément une température infinie.
Table des matières
L’origine du concept
La singularité cosmologique est un cas particulier de la singularité gravitationnelle. Si nous avons l’habitude de considérer la matière comme un espace lisse et illimité (manifold), alors dans la région de la singularité gravitationnelle, l’espace-temps est courbe. En 1915-1916, le grand physicien Albert Einstein a publié sa théorie générale de la relativité, selon laquelle les effets gravitationnels n’existent pas en tant que conséquence du travail de forces quelconques entre les corps ou dans les champs, mais en raison de la distorsion de l’espace-temps lui-même. Grâce à ses équations, Einstein a pu décrire la relation entre la courbure de l’espace-temps et la matière qui y réside.
Plus tard, en 1967, Stephen Hawking a utilisé les équations d’Einstein pour la théorie générale de la relativité, qui décrivent la dynamique de l’Univers, afin d’obtenir leurs solutions pour le temps écoulé. En d’autres termes, il a déterminé l’état de l’Univers à l’instant originel de son existence et a prouvé que cet instant existe réellement.
La singularité gravitationnelle
Position de la singularité dans un trou noir.
Il n’est pas encore possible de décrire avec précision la singularité gravitationnelle, car de nombreuses quantités connues à l’intérieur de ses limites se précipitent vers l’infini ou deviennent incertaines. Par exemple, la densité d’énergie du cadre de référence choisi pour cette région ou la courbure scalaire.
Grâce aux travaux des physiciens théoriciens, nous disposons de preuves strictes qu’au cœur des trous noirs, c’est-à-dire derrière l’horizon des événements, il doit y avoir une telle singularité gravitationnelle, sinon le trou noir ne se formerait tout simplement pas. Malheureusement, il est en principe impossible d’observer quoi que ce soit au-delà de l’horizon des événements, bien que certains suggèrent qu’il existe des trous noirs dont la singularité dépasse légèrement cet horizon et peut être observée. La singularité cosmologique, en revanche, est appelée «nue» parce qu’elle pourrait théoriquement être observée.
Propriétés, paradoxes et implications de la singularité cosmologique
La première image visuelle directe d’un trou noir supermassif et de son ombre au centre de la galaxie M87.
Les principales caractéristiques d’une singularité sont une température et une densité de matière simultanément infinies. On peut tenter de visualiser un tel phénomène comme la concentration d’une masse infiniment grande dans un volume infinitésimal. Cependant, d’après les calculs physiques, ces deux quantités ne peuvent pas tendre simultanément vers l’infini. Comme on le sait, la température est étroitement liée à l’entropie, une mesure du chaos, qui ne peut que diminuer avec l’augmentation de la densité, tout comme la température elle-même.
La singularité dans la conception de l’artiste
On sait avec certitude qu’il existe un moment précis dans le temps où l’univers est né d’une singularité. Mais les calculs et les observations ne permettent pas de savoir ce qu’il y avait avant la singularité. Nous ne pouvons pas non plus trouver le point central, le noyau à l’origine du Big Bang. Et surtout, comment la singularité cosmologique a généré les réserves inimaginables de matière et d’énergie de notre univers.
Malheureusement, les constructions physiques développées aujourd’hui ne peuvent pas expliquer l’existence d’un phénomène tel que la singularité, car dans ce domaine, toutes les lois de la physique ne sont pas applicables. Comme l’a dit le célèbre physicien Michio Kaku, «nous appelons singularité ce que nous ne pouvons pas comprendre».
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Date de publication: 12-26-2023
Mettre à jour la date: 12-26-2023