De Copernic à la théorie du big bang

1. De Copernic à la théorie du big bang : un univers statique

C'est Copernic (1473-1543), chanoine polonais, qui va ressusciter le système d'Aristarque de Samos. Il place en effet le Soleil au centre, la Terre, comme les autres planètes, tourne autour. La Lune quant à elle, tourne autour de la Terre qui est en rotation sur elle-même. Copernic conserve néanmoins le dogme platonicien du cercle et de la vitesse uniforme. Les idées de Copernic circulent en sous main pendant des années. Par peur du ridicule, il est très réticent à la publication de ses travaux et c'est seulement sous l'impulsion de Rhéticus ( 1514-1574 ) qui corrigera et imprimera l'ouvrage du maître que ses théories seront exposées au grand jour. Le fougueux étudiant présentera la première édition de "De Revolutionibus Orbium Coelestium" à Copernic sur son lit de mort.

 Ticho Brahé (1546-1601), né au Danemark, peut être considéré comme le premier astronome moderne, ( Hipparque (190-120) avait repéré et catalogué près de 1000 étoiles ). Les données astronomiques amassées par cet observateur hors pair sont sans précédent. Mais Tycho Brahé rejette le système de Copernic. Il penche pour un système intermédiaire où la Terre occupe, immobile, la place centrale, et où les autres planètes tournent autour du Soleil, qui lui-même, comme la Lune, tourne donc autour de la Terre. Impressionné par ses premiers travaux, il fera venir Kepler auprès de lui pour l'aider, pense-t-il, à valider sa thèse. 

Mais Kepler (1571-1630), né en Allemagne, a une autre conception du monde et la méfiance s'installe entre les deux hommes. C'est seulement après sa mort que Kepler pourra utiliser les données astronomiques de Tycho Brahé.

Ce brillant mathématicien et astrologue réputé est persuadé que l'on doit pouvoir rendre compte des phénomènes observés par des formes géométriques simples comme le carré et la sphère. Après des années de recherche où il tente de faire concorder les observations avec la théorie, il finit par se résoudre à l'inéluctable vérité :

les planètes ont des orbites elliptiques et leur vitesse n'est pas uniforme.

Il pub lie en 1609 ses deux premières lois dans l'"Astronomia Nova". Puis, en 1618, il publie sa troisième loi dans son "Harmonie du Monde".

Kepler pressent également que "le Soleil exerce une force sur les planètes", mais il ne pourra pas l'établir scientifiquement.

 Galilée (1564-1642), savant italien reconnu pour ses travaux sur la dynamique et l'inertie, découvre en 1610, quatre satellites de Jupiter, puis les phases de Vénus. Il opte donc ouvertement pour le système copernicien, en conservant également le dogme du cercle ( il combattra toujours Kepler et ses lois... ).

Il clame tellement haut et fort que la Terre tourne autour du Soleil qu'il sera contraint de se rétracter publiquement à l'issue de son procès mené par l'Inquisition, car c'était contraire aux Saintes Ecritures !.

 Giordano Bruno (1548-1600), philosophe italien, a eu moins de chance que Galilée.
Parce qu'il a osé penser l'impensable, l'infinité et la pluralité des mondes en mouvement dans un espace sans limite, parce qu'il véhiculait les idées de Copernic et qu'il pensait que les étoiles étaient d'autres soleils, il a été condamné et brûlé vif par l'Inquisition.

Descartes (1596-1650), ce grand philosophe scientifique français, est parti s'installer en Hollande où régnait une plus grande liberté d'expression. Avec son "Discours de la méthode", il va poser les fondements du rationalisme.

Dans son désir d'ôter de la physique toute force "occulte", il va rejeter et combattre Newton en expliquant que les planètes se meuvent grâce à des " tourbillons de l’étendue " ( l'éther d'Aristote ), et non pas à cause d'une force agissant à distance et dont on ignore la cause.

 Newton (1642-1727), l'alchimiste anglais, est considéré encore de nos jours comme l'un des plus grands génies de l'humanité. Sa découverte de l'attraction universelle est en effet majeure. Ce grand génie s'est opposé aux grands esprits de son époque, de Descartes à Leibniz en passant par Huygens. Il faudra attendre près d'un siècle pour qu'il soit enfin quasi unanimement reconnu. Même si la cause de cette force reste mystérieuse, les applications de sa loi ne connaissent que des succès ( notamment avec la comète de Halley d'une périodicité calculée et observée de 76 ans ). 

Désormais, le monde est régi par des lois mathématiques que tous peuvent éprouver. La Terre n'est plus qu'une planète parmi les autres, orbitant autour du Soleil...

L'univers est "globalement stationnaire" et l'idée de l'infini va faire son chemin.

Hershel (1738-1822), musicien d'origine allemande naturalisé anglais, est le père de l'astronomie stellaire. Alors qu'il travaillait sur les "mouvements des étoiles", ( phénomène mis en évidence par sir Edmund Halley, par comparaison avec les travaux d'Hipparque ), il découvrit la planète Uranus. Pour cela, il fut nommé astronome royal. Hershel, tout comme Messier en France, étudie les nébuleuses et pense que les étoiles sont groupées en univers-îles. Il pense que le Soleil est au centre de l'un d'eux, ( on sait maintenant que le Soleil se trouve en périphérie de notre galaxie, la Voie Lactée ).

Il se consacra ensuite à l'étude des étoiles doubles (80% des étoiles sont des systèmes binaires ).

Fraunhofer (1787-1826), établit le premier spectre solaire en 1814.

(1787-1826), établit le premier spectre solaire en 1814.

En 1842, Doppler (1803-1853) énonce son principe concernant les ondes acoustiques, qui sera étendu aux ondes lumineuses par Fizeau (1819-1896), ( le premier à avoir mesuré la vitesse de la lumière en 1849 ).

En 1868, Huggins sera le premier à appliquer cet effet Doppler-Fizeau pour découvrir que Sirius s'éloigne de nous à 50 km/s.

Ce type d'observation va devenir le pilier central de l'astronomie moderne.

En 1905, un obscur employé de l'Office fédéral des brevets suisses de Berne publie 4 articles. Dans les deux derniers, Albert Einstein, ( 1879-1955 ) va jeter les bases d'une nouvelle révolution scientifique qui va transformer notre vision du monde. Les lois de la physique sont similaires dans tous les repères inertiels, la vitesse de la lumière est invariante et enfin, il y a équivalence entre masse et énergie, le fameux E= mc², la Relativité Restreinte était née.

L'esprit cartésien devient relativiste.

Après avoir montré les lois pour deux observateurs en mouvement non accéléré, Einstein exposera, en 1916, dans sa Relativité Générale les lois pour deux observateurs soumis à des accélérations. 

L'espace-temps est variable ! La gravitation est causée par la courbure de l'espace...
L'éclipse solaire de 1919 apporte la preuve éclatante de la justesse de ses théories.
L'avance du périhélie de la planète Mercure est enfin expliquée

En 1912, Slipher (1875-1969), astronome américain, découvre que la nébuleuse d'Andromède se rapproche de nous à 200 km/s. Poursuivant ses travaux il découvrira que la plupart des galaxies s'éloignent de nous. En 1921, il évoque l'idée d'un univers en expansion.

Des équations fondamentales de sa théorie de la Relativité Générale, Einstein déduira un modèle d'univers stationnaire, homogène et isotrope, illimité mais de "Rayon spatial" fini ( à courbure positive ).

En 1917, De Sitter (1872-1934), l'astronome hollandais, allait en déduire, lui, un espace infini ( à courbure négative ).

En 1922, Friedmann (1888–1925), mathématicien russe, montre que les deux modèles précédents sont instables. Le "Rayon spatial" de l'univers doit évoluer avec le temps

En 1924, Hubble (1889-1953), va découvrir dans les nébuleuses spirales proches, des étoiles particulières, extrêmement importantes pour l'astronomie, les céphéides.
Ces indicateurs de distance vont permettre à Edwin Hubble d'énoncer en 1930 sa fameuse loi, élément central de la théorie de Big Bang : Les galaxies s'éloignent de nous à une vitesse proportionnelle à leur distance

George Le Maître (1894-1966), ecclésiastique belge, avait publié dès 1927, un modèle d'univers en expansion à partir d'un "unique atome primordial", extrêmement dense et chaud. Sa paternité sera reconnue plus tard.

La théorie du Big Bang est née...

La théorie du big bang est définitivement énoncé par Georges Gamov en 1948. Il prédit dans cette théorie la présence d’un rayonnement de fond cosmologique qui fut découvert en 1964 par Arno Penzias et Robert Wilson et qui permet aujourd’hui de connaître les variations de température entre les différents endroits de l’univers vers 300000 ans après le Big Bang.