Astronomie

Quelles sont les abondances limites d'éléments à la fin de l'ère stellifère ?

Quelles sont les abondances limites d'éléments à la fin de l'ère stellifère ?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Existe-t-il une source publiée de bonne réputation sur les abondances élémentaires attendues à la fin de l'ère de la fusion stellaire ? Je m'intéresse ici au contenu des galaxies ; une grande partie du gaz intergalactique sera perdue et restera primordiale.

Adams & Laughlin mentionnent les estimations de Timms selon lesquelles la composition chimique finale sera de $Xsim 0.2, Y sim 0.6, Z sim 0.2$ mais n'analyse pas la composition en détail au-delà de l'évolution chimique des naines blanches (qui se produit principalement dans la dernière ère dégénérée). Fukugita et Peebles utilisent également une estimation très approximative.

Il semble tout à fait faisable d'exécuter un modèle IMF, d'ajouter des hypothèses d'apport de gaz intergalactique, d'ajouter des hypothèses de recyclage pour différentes classes de masse, de générer une composition et d'itérer jusqu'à une valeur limite. Mais cela semble aussi être beaucoup de travail que je soupçonne fortement que quelqu'un a déjà fait quelque part bien mieux que moi.

Une autre approche, très grossière, pourrait être de soutenir que puisque nous connaissons les abondances des éléments cosmiques aujourd'hui après 13,6 milliards d'années d'activité stellaire, nous pouvons les redimensionner à une valeur limite : $A(t)=A(infty)(1-e ^{-t/ au})$ où $ au$ est la constante de temps de la conversion élémentaire stellaire. Cela donnerait le $A(infty)=A(t_mathrm{now})/(1-e^{-t_mathrm{now}/ au})$ souhaité (au moins pour les métaux ; hydrogène et hélium serait épuisé). Cela suppose que le taux de conversion ne change pas (très douteux, car il y aura plus de conversion de naines rouges d'hydrogène en hélium uniquement à l'avenir que dans le passé où beaucoup plus d'étoiles lourdes se sont formées en raison du pic de SFR). Si nous utilisons l'estimation que $Z$ augmentera d'un facteur 10 par rapport au $Zapprox 0.02$ actuel, nous obtenons $ au=1.3097cdot 10^{11}$ ans ce qui semble raisonnable, et bien sûr seulement $ A(infty)=10A(t_mathrm{now})$. Cela ferait par exemple 10% de la masse d'oxygène et 4,6% de carbone. Mais ce serait sous-estimer les éléments r produits dans les collisions d'étoiles à neutrons (puisque celles-ci étaient plus rares dans le passé) et les éléments de spallation des rayons cosmiques.


Andrew McAfee : Bienvenue dans l'ère Hellabyte

Andrew McAfee est le directeur associé du Center for Digital Business de la MIT Sloan School of Management, étudiant la manière dont les technologies de l'information (TI) affectent les entreprises et les entreprises dans leur ensemble. Avec Erik Brynjolfsson, il est l'auteur de Race Against the Machine et The Second Machine Age.

McAfee étudie la manière dont les technologies de l'information (TI) affectent les entreprises et l'entreprise dans son ensemble. Ses recherches examinent comment l'informatique modifie la façon dont les entreprises fonctionnent, s'organisent et rivalisent. À un niveau supérieur, ses travaux étudient également comment l'informatisation affecte la concurrence, la société, l'économie et la main-d'œuvre.

Andrew McAfee : Cette époque est caractérisée par des progrès technologiques tout simplement étonnants. Par l'apparition chaque jour d'exemples de science-fiction devenus réalité - des voitures sans conducteur. Il est important de garder à l'esprit que George Jetson conduisait son véhicule au travail tous les jours. Donc, dans ce cas, nous surpassons en fait certains exemples de science-fiction. Nous avons des smartphones qui nous répondent. C'est un peu comme l'ordinateur de Star Trek qui déterminerait ce que Kirk voulait et le lui donnerait. Nous avons fait que le champion du monde Jeopardy n'est plus un être humain et c'est un ordinateur de nos jours.

Ainsi, région après région, véhicules autonomes, traitement du langage naturel, robotique humanoïde, synthèse vocale, recherche non structurée, nous voyons des exemples de science-fiction devenir réalité après des décennies de progrès progressifs lents, constants et vraiment sans intérêt dans beaucoup de ces domaines. Les réalisations que nous voyons maintenant me rappellent beaucoup la merveilleuse citation d'Hemingway sur la façon dont une personne fait faillite. Il le dit petit à petit puis soudain. Donc, pour moi, le deuxième âge de la machine est la période soudaine dans laquelle nous vivons en ce moment où nous avons obtenu ces exemples continus de science-fiction devenant réalité.

Et de tous les geeks de la technologie à qui j'ai parlé, le message très clair que je continue d'entendre est tout ce que vous voyez aujourd'hui et ce ne sont pas les couronnements du deuxième âge de la machine. Ce sont les numéros d'échauffement et nous n'avons encore rien vu. Et les innovations et les avancées qui vont arriver au cours des prochaines années, au cours de la prochaine décennie, vont continuer à nous époustoufler.

Alors pourquoi voyons-nous tous ces progrès au cours des dernières années. Et il y a trois raisons principales à cela à notre avis. Le premier est l'acharnement et l'accumulation de la loi de Moore. C'est au point où les téléphones intelligents que nous transportons sont honnêtement aussi puissants que les superordinateurs d'il y a une génération. Et ils sont encore plus impressionnants parce qu'ils intègrent des écrans tactiles, des récepteurs GPS, des transpondeurs Wi-Fi, des récepteurs de téléphones portables, des accéléromètres et des boussoles.

Ils sont juste emballés. Ils abritent ces étonnantes collections de technologies numériques qui sont toutes rendues possibles par l'amélioration constante capturée par la loi Moore. Le fait que les appareils numériques ont tendance à être environ deux fois plus intéressants pour le même dollar tous les 18 mois. Après que le doublement ait duré assez longtemps, une différence de degré devient vraiment une différence de nature. Nous nous trouvons dans une nouvelle ère de la machine. La deuxième raison est liée à la première. C'est que beaucoup de ces appareils émettent des quantités massives de données. Nous nous trouvons donc dans un monde de mégadonnées. Ce n'est pas que les quantités de données soient cinq fois plus importantes ou dix fois plus importantes en ordre de grandeur que ce que nous avons l'habitude de voir. Ils sont littéralement des milliers ou des millions de fois plus grands que ce que nous avons vu dans le passé.

Mon exemple mignon préféré est le fait qu'en 2012, Cisco a publié un rapport. Ils ont examiné tout le trafic passant par leurs routeurs dans le monde et l'ont mesuré en zettaoctets. Maintenant, nous n'avons plus qu'un seul préfixe dans le système métrique existant avant de manquer de système métrique pour décrire la quantité de données qu'il y a dans le monde. Nous avons le yottaoctet. Après cela, nous nous sommes épuisés. Alors, bien sûr, les geeks du numérique en sont conscients et ils ont formé un groupe de travail là-dessus. Le candidat qu'ils ont proposé est le hellabyte. Nous allons donc entrer dans l'ère hellabyte avant trop longtemps.

La troisième étape du trépied pour laquelle nous sommes maintenant dans le deuxième âge de la machine est une vision de l'innovation. Et dans cette optique, les innovations ne sont pas des choses qui s'usent et donc nous n'en profitons plus. Chaque innovation devient un élément constitutif des innovations ultérieures. Un excellent exemple là-bas &ndash, le moteur à combustion interne est avec nous depuis plus d'un siècle. Nous en avons retiré une grande partie de l'efficacité. Nous avons des millions et des centaines de millions de voitures dans le monde. Alors vous pensez que d'accord, nous avons la révolution automobile. Eh bien, collez un tas de capteurs là-dessus, combinez-le avec un tas de données cartographiques et d'autres données volumineuses provenant de ces capteurs. Appliquez-y un peu de puissance de calcul assez sérieuse et tout à coup, nous avons maintenant des voitures capables de se conduire elles-mêmes. Et ils peuvent le faire sur les routes, dans la circulation, pas une démonstration en laboratoire, là-bas dans le monde réel.

J'ai eu la chance de rouler dans une voiture Google totalement autonome. C'est une expérience étonnante jusqu'à ce que cela devienne ennuyeux parce que la voiture est un si bon conducteur qu'à la fin du trajet, j'avais l'impression de rouler sur le monorail qui vous emmène de votre porte d'embarquement au terminal de l'aéroport. Nous allons continuer à voir des améliorations dans ce genre de choses et nous allons continuer à convertir la science-fiction en réalité.

Selon McAfee, les avancées technologiques d'aujourd'hui "ne sont pas le couronnement du deuxième âge de la machine". Nos smartphones et autres gadgets ne sont que "les actes d'échauffement - nous n'avons encore rien vu. Et les innovations et les progrès qui vont arriver au cours des prochaines années, au cours de la prochaine décennie, vont continuer à nous époustoufler. un moyen."


Le circuit cérébral de la jalousie a été découvert chez les singes. Voici ce que cela signifie pour nous.

Les résultats de cette étude pourraient avoir des implications pour l'autisme, la toxicomanie et la violence domestique.

Jalousie. Le monstre aux yeux verts. Nous l'avons tous ressenti à un moment ou à un autre. Dans les relations, il est souvent motivé par des émotions sous-jacentes plus puissantes telles que l'envie, l'insécurité, la colère ou la peur de l'abandon ou du rejet. Les psychologues disent que la jalousie, comme toutes les émotions, n'est ni bonne ni mauvaise, c'est juste. C'est la façon dont vous réagissez ou vous comportez qui compte. Certes, cela peut provoquer une catastrophe dans votre vie, laissée incontrôlée. Mais cela peut aussi vous mettre en contact avec vos sentiments les plus profonds et conduire à la réalisation de soi.

Ce que les scientifiques se demandent, c'est d'où émanent les émotions de l'intérieur du cerveau et leur but en termes d'évolution et de survie. Cependant, il est difficile d'étudier la jalousie sur le plan éthique chez les humains. Mais nous pouvons apprendre beaucoup en étudiant nos cousins ​​primates. Après tout, un chimpanzé et un humain sont identiques à 96%, génétiquement parlant. Cela signifie que certains gènes et circuits cérébraux sont susceptibles de se transmettre à travers les espèces.

Dans cette étude de l'Université de Californie, les chercheurs de Davis ont identifié le circuit de la jalousie dans le cerveau des singes titi mâles. Le singe titi cuivré (Callicebus cupreus) est originaire du bassin du fleuve Amazone au Brésil. C'est l'un des rares primates à pratiquer la monogamie tout au long de sa vie. Seulement 3 à 5 % des mammifères le font. Le campagnol des prairies, un rongeur, a fait l'objet de la plupart des études précédentes sur la monogamie. Mais comme ce ne sont pas des primates, de telles découvertes peuvent ne pas se propager à notre espèce.

Ces singes présentent certains traits humains dans leurs relations. Ils forment des liens étroits, se fâchent lorsqu'ils sont séparés et le mâle protégera son partenaire du danger. Des enquêteurs du California National Primate Research Center (CNPRC), à UC Davis, ont mené l'étude. Son auteur principal était le Dr Karen Bales, une scientifique principale là-bas. Elle a dit à propos des singes titi dans un communiqué de presse : "Ils ont un comportement et des émotions que nous reconnaissons comme étant proches de ce que nous ressentons." Alors que les deux sexes de cette espèce présentent une garde de partenaire, les singes titi mâles sont connus pour afficher une réponse de jalousie particulière. Ils échangent leurs histoires et se cambrent lorsqu'ils deviennent jaloux.

Les singes titi cuivrés se lient pour partager les ressources et la garde des enfants. Crédit : Getty Images

Pour induire la « condition de jalousie », le Dr Bales et ses collègues ont placé chaque partenaire féminine avec un étrange singe mâle, à la vue de son compagnon. Les scientifiques y ont laissé chaque femelle pendant une demi-heure à un clip. Ils avaient également un groupe témoin, où ils mettaient une étrange femelle avec un étrange mâle. Les comportements du singe spectateur ont été filmés et son cerveau scanné pour voir quelles zones étaient actives dans chaque condition.

Lorsqu'une condition de jalousie a été introduite, les circuits d'une région connue sous le nom de cortex cingulaire ont connu un pic d'activité spectaculaire. Cette région est connue pour faciliter la liaison par paires chez les primates. Dans notre espèce, elle est associée à l'exclusion sociale ou à la douleur sociale.

"L'augmentation de l'activité dans le cortex cingulaire correspond à la vision de la jalousie en tant que rejet social", a déclaré Bales. Une activité accrue a également été détectée dans le septum latéral, une zone associée à un comportement agressif. "Des études antérieures ont identifié le septum latéral comme étant impliqué dans la formation de liaisons de paires chez les primates", a déclaré le Dr Bales.

"L'idée derrière tout cela est que nous devons d'abord comprendre la façon dont la neurobiologie du lien social fonctionne normalement avant de pouvoir comprendre ce qui se passe dans des situations où le lien social, le comportement social ou la communication sociale sont altérés", a déclaré Bales. "Par exemple, dans des troubles comme l'autisme ou la schizophrénie."

Les chercheurs du CNPRC sont à la recherche des fondements neurobiologiques de la jalousie. Crédit : Geoff B. Hall, Wikimedia Commons.

Les chercheurs ont également testé les niveaux d'hormones du singe mâle. Dans la condition de jalousie, ils ont constaté une augmentation des niveaux de testostérone et de cortisol. Le cortisol est l'hormone du stress. Alors que la testostérone est associée à la compétition et à l'agressivité entre les hommes. "Essayer de garder votre partenaire à l'écart de votre adversaire est axé sur l'évolution vers la préservation de la relation", a déclaré Bales.

La neurobiologie de la liaison par paire est essentielle pour comprendre comment la monogamie a évolué et comment elle est maintenue en tant que système social. La monogamie a probablement évolué plusieurs fois, il n'est donc pas surprenant que sa neurobiologie diffère entre les différentes espèces. Cependant, il semble qu'il y ait eu une évolution convergente en ce qui concerne la neurochimie de la liaison par paire et de la jalousie.

La prochaine étape, pour savoir si les singes titi femelles, qui sont aussi jaloux, ont la même réponse neurobiologique. "Les différences sexuelles dans la neurobiologie du comportement social peuvent en fin de compte expliquer des questions telles que pourquoi plus de garçons que de filles sont autistes et pourquoi les hommes et les femmes agissent différemment dans les relations amoureuses", a déclaré le Dr Bale. "Une meilleure compréhension de cette neurobiologie peut également fournir des indices importants sur la façon d'aborder les problèmes de santé et de bien-être tels que la toxicomanie et la violence conjugale, ainsi que l'autisme." Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue en libre accès, Frontières en écologie et évolution.


Contenu

La théorie du Big Bang offre une explication complète d'un large éventail de phénomènes observés, y compris l'abondance des éléments légers, le CMB, la structure à grande échelle et la loi de Hubble. [10] La théorie repose sur deux hypothèses majeures : l'universalité des lois physiques et le principe cosmologique. L'universalité des lois physiques est l'un des principes sous-jacents de la théorie de la relativité. Le principe cosmologique stipule qu'à grande échelle, l'univers est homogène et isotrope - apparaissant le même dans toutes les directions, quel que soit son emplacement. [11]

Ces idées ont d'abord été considérées comme des postulats, mais des efforts ultérieurs ont été déployés pour tester chacune d'elles. Par exemple, la première hypothèse a été testée par des observations montrant que la plus grande déviation possible de la constante de structure fine sur une grande partie de l'âge de l'univers est de l'ordre de 10 -5 . [12] En outre, la relativité générale a passé des tests rigoureux à l'échelle du système solaire et des étoiles binaires. [13] [14] [note 1]

L'univers à grande échelle apparaît isotrope vu de la Terre. S'il est en effet isotrope, le principe cosmologique peut être dérivé du principe copernicien plus simple, qui stipule qu'il n'y a pas d'observateur ou de point de vue préféré (ou spécial). A cet effet, le principe cosmologique a été confirmé à un niveau de 10 -5 via des observations de la température du CMB. A l'échelle de l'horizon CMB, l'univers a été mesuré comme étant homogène avec une borne supérieure de l'ordre de 10 % d'inhomogénéité, à partir de 1995. [15]

Agrandissement de l'espace

L'expansion de l'Univers a été déduite des observations astronomiques du début du XXe siècle et est un ingrédient essentiel de la théorie du Big Bang. Mathématiquement, la relativité générale décrit l'espace-temps par une métrique, qui détermine les distances qui séparent les points voisins. Les points, qui peuvent être des galaxies, des étoiles ou d'autres objets, sont spécifiés à l'aide d'un tableau de coordonnées ou d'une "grille" qui s'étend sur tout l'espace-temps. Le principe cosmologique implique que la métrique doit être homogène et isotrope à grande échelle, ce qui distingue uniquement la métrique de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW). Cette métrique contient un facteur d'échelle, qui décrit comment la taille de l'univers change avec le temps. Cela permet de faire un choix pratique d'un système de coordonnées, appelé coordonnées comobiles. Dans ce système de coordonnées, la grille s'étend avec l'univers, et les objets qui se déplacent uniquement à cause de l'expansion de l'univers, restent à des points fixes sur la grille. Alors que leur coordonner distance (distance de déplacement) reste constante, la physique la distance entre deux de ces points co-mobiles augmente proportionnellement avec le facteur d'échelle de l'univers. [16]

Le Big Bang n'est pas une explosion de matière se déplaçant vers l'extérieur pour remplir un univers vide. Au lieu de cela, l'espace lui-même s'étend partout avec le temps et augmente les distances physiques entre les points mobiles. En d'autres termes, le Big Bang n'est pas une explosion dans l'espace, mais plutôt une extension de l'espace. [4] Parce que la métrique FLRW suppose une distribution uniforme de masse et d'énergie, elle ne s'applique à notre univers qu'à grande échelle - les concentrations locales de matière telles que notre galaxie ne s'étendent pas nécessairement à la même vitesse que l'ensemble de l'Univers. [17]

Horizons

Une caractéristique importante de l'espace-temps du Big Bang est la présence d'horizons de particules. Puisque l'univers a un âge fini et que la lumière voyage à une vitesse finie, il peut y avoir des événements dans le passé dont la lumière n'a pas encore eu le temps de nous atteindre. Cela place une limite ou un horizon passé sur les objets les plus éloignés pouvant être observés. Inversement, parce que l'espace s'étend et que les objets plus éloignés s'éloignent de plus en plus rapidement, la lumière que nous émettons aujourd'hui peut ne jamais "rattraper" les objets très éloignés. Cela définit un horizon futur, ce qui limite les événements futurs que nous pourrons influencer. La présence de l'un ou l'autre type d'horizon dépend des détails du modèle FLRW qui décrit notre univers. [18]

Notre compréhension de l'univers depuis les temps les plus reculés suggère qu'il existe un horizon passé, bien qu'en pratique notre vision soit également limitée par l'opacité de l'univers aux temps anciens. Notre vue ne peut donc pas remonter plus loin dans le temps, bien que l'horizon s'éloigne dans l'espace. Si l'expansion de l'univers continue de s'accélérer, il y a aussi un horizon futur. [18]

Thermalisation

Certains processus dans l'univers primitif se sont produits trop lentement, par rapport au taux d'expansion de l'univers, pour atteindre un équilibre thermodynamique approximatif. D'autres étaient assez rapides pour atteindre la thermalisation. Le paramètre habituellement utilisé pour savoir si un processus dans le tout premier univers a atteint l'équilibre thermique est le rapport entre le taux du processus (généralement le taux de collisions entre les particules) et le paramètre de Hubble. Plus le rapport est élevé, plus les particules ont du temps pour se thermaliser avant qu'elles ne soient trop éloignées les unes des autres. [19]

Selon la théorie du Big Bang, l'univers au début était très chaud et très compact, et depuis lors, il s'est étendu et s'est refroidi.

Singularité

L'extrapolation de l'expansion de l'univers vers l'arrière dans le temps en utilisant la relativité générale donne une densité et une température infinies à un temps fini dans le passé. [20] Ce comportement irrégulier, connu sous le nom de singularité gravitationnelle, indique que la relativité générale n'est pas une description adéquate des lois de la physique dans ce régime. Les modèles basés sur la seule relativité générale ne peuvent pas extrapoler vers la singularité avant la fin de l'époque dite de Planck. [5]

Cette singularité primordiale est elle-même parfois appelée « le Big Bang », [21] mais le terme peut également désigner une phase précoce, chaude et dense plus générique [22] [notes 2] de l'univers. Dans les deux cas, "le Big Bang" en tant qu'événement est également appelé familièrement la "naissance" de notre univers car il représente le point de l'histoire où l'on peut vérifier que l'univers est entré dans un régime où les lois de la physique comme nous les comprenons (en particulier la relativité générale et le modèle standard de la physique des particules). Sur la base des mesures de l'expansion à l'aide de supernovae de type Ia et des mesures des fluctuations de température dans le fond diffus cosmologique, le temps qui s'est écoulé depuis cet événement - connu sous le nom d'"âge de l'univers" - est de 13,799 ± 0,021 milliard d'années. [23]

En dépit d'être extrêmement dense à cette époque - bien plus dense que ce qui est généralement nécessaire pour former un trou noir - l'univers ne s'est pas effondré à nouveau dans une singularité. Les calculs et les limites couramment utilisés pour expliquer l'effondrement gravitationnel sont généralement basés sur des objets de taille relativement constante, tels que les étoiles, et ne s'appliquent pas à un espace en expansion rapide tel que le Big Bang. Étant donné que l'univers primitif ne s'est pas immédiatement effondré en une multitude de trous noirs, la matière à cette époque devait être très uniformément répartie avec un gradient de densité négligeable. [24]

Inflation et baryogenèse

Les premières phases du Big Bang font l'objet de nombreuses spéculations, car les données astronomiques les concernant ne sont pas disponibles. Dans les modèles les plus courants, l'univers était rempli de manière homogène et isotrope avec une densité d'énergie très élevée et des températures et des pressions énormes, et se développait et se refroidissait très rapidement. La période de 0 à 10 -43 secondes dans l'expansion, l'époque de Planck, était une phase dans laquelle les quatre forces fondamentales - la force électromagnétique, la force nucléaire forte, la force nucléaire faible et la force gravitationnelle, ont été unifiées en une seule. . [25] À ce stade, la longueur d'échelle caractéristique de l'univers était la longueur de Planck, 1,6 × 10 −35 m , et avait par conséquent une température d'environ 10 32 degrés Celsius. Même le concept même de particule s'effondre dans ces conditions. Une bonne compréhension de cette période attend le développement d'une théorie de la gravité quantique. [26] [27] L'époque de Planck a été remplacée par l'époque de la grande unification commençant à 10-43 secondes, où la gravitation s'est séparée des autres forces lorsque la température de l'univers a baissé. [25]

À environ 10-37 secondes après le début de l'expansion, une transition de phase a provoqué une inflation cosmique, au cours de laquelle l'univers a grandi de façon exponentielle, sans contrainte par l'invariance de la vitesse de la lumière, et les températures ont chuté d'un facteur de 100 000. Les fluctuations quantiques microscopiques qui se sont produites en raison du principe d'incertitude de Heisenberg ont été amplifiées dans les graines qui formeraient plus tard la structure à grande échelle de l'univers. [28] À un instant d'environ 10 à 36 secondes, l'époque électrofaible commence lorsque la force nucléaire forte se sépare des autres forces, seules la force électromagnétique et la force nucléaire faible restant unifiées. [29]

L'inflation s'est arrêtée aux alentours de 10 −33 à 10 −32 secondes, le volume de l'univers ayant augmenté d'un facteur d'au moins 10 78 . Le réchauffement s'est produit jusqu'à ce que l'univers obtienne les températures requises pour la production d'un plasma de quarks et de gluons ainsi que toutes les autres particules élémentaires. [30] [31] Les températures étaient si élevées que les mouvements aléatoires des particules étaient à des vitesses relativistes, et des paires particule-antiparticule de toutes sortes étaient continuellement créées et détruites lors de collisions. [4] À un moment donné, une réaction inconnue appelée baryogenèse a violé la conservation du nombre de baryons, conduisant à un très faible excès de quarks et de leptons par rapport aux antiquarks et aux antileptons, de l'ordre d'une partie sur 30 millions. Cela a abouti à la prédominance de la matière sur l'antimatière dans l'univers actuel. [32]

Refroidissement

L'univers a continué à diminuer en densité et en température, d'où la diminution de l'énergie typique de chaque particule. Les transitions de phase à rupture de symétrie mettent les forces fondamentales de la physique et les paramètres des particules élémentaires dans leur forme actuelle, la force électromagnétique et la force nucléaire faible se séparant à environ 10 -12 secondes. [29] [33] Après environ 10 -11 secondes, l'image devient moins spéculative, puisque les énergies des particules chutent à des valeurs qui peuvent être atteintes dans les accélérateurs de particules. À environ 10 -6 secondes, les quarks et les gluons se sont combinés pour former des baryons tels que des protons et des neutrons. Le faible excès de quarks par rapport aux antiquarks a conduit à un faible excès de baryons par rapport aux antibaryons. La température n'était plus assez élevée pour créer de nouvelles paires proton-antiproton (de même pour les neutrons-antineutrons), donc une annihilation de masse a immédiatement suivi, ne laissant qu'une sur 10 8 des particules de matière d'origine et aucune de leurs antiparticules. [34] Un processus similaire s'est produit à environ 1 seconde pour les électrons et les positons. Après ces annihilations, les protons, les neutrons et les électrons restants ne se déplaçaient plus de manière relativiste et la densité d'énergie de l'univers était dominée par les photons (avec une contribution mineure des neutrinos).

Quelques minutes après le début de l'expansion, alors que la température était d'environ un milliard de kelvins et que la densité de matière dans l'univers était comparable à la densité actuelle de l'atmosphère terrestre, les neutrons se sont combinés avec des protons pour former les noyaux de deutérium et d'hélium de l'univers dans un processus appelé Big Bang nucléosynthèse (BBN). [35] La plupart des protons sont restés non combinés en tant que noyaux d'hydrogène. [36]

Au fur et à mesure que l'univers se refroidissait, la densité d'énergie résiduelle de la matière en est venue à dominer gravitationnellement celle du rayonnement photonique. Après environ 379 000 ans, les électrons et les noyaux se sont combinés en atomes (principalement de l'hydrogène), capables d'émettre des radiations. Ce rayonnement relique, qui s'est poursuivi dans l'espace en grande partie sans entrave, est connu sous le nom de fond diffus cosmologique. [36]

Formation de structures

Sur une longue période de temps, les régions légèrement plus denses de la matière uniformément répartie ont attiré gravitationnellement la matière voisine et sont ainsi devenues encore plus denses, formant des nuages ​​de gaz, des étoiles, des galaxies et les autres structures astronomiques observables aujourd'hui. [4] Les détails de ce processus dépendent de la quantité et du type de matière dans l'univers. Les quatre types de matière possibles sont appelés matière noire froide, matière noire chaude, matière noire chaude et matière baryonique. Les meilleures mesures disponibles, de la sonde d'anisotropie micro-onde Wilkinson (WMAP), montrent que les données sont bien ajustées par un modèle Lambda-CDM dans lequel la matière noire est supposée froide (la matière noire chaude est exclue par une réionisation précoce), [38] et est estimé à environ 23% de la matière/énergie de l'univers, tandis que la matière baryonique représente environ 4,6%. [39] Dans un "modèle étendu" qui inclut la matière noire chaude sous forme de neutrinos, [40] alors si la "densité baryonique physique" Ω b h 2 >h^<2>> est estimé à environ 0,023 (ce qui est différent de la 'densité baryonique' Ω b >> exprimé comme une fraction de la densité totale de matière/énergie, qui est d'environ 0,046), et la densité de matière noire froide correspondante Ω c h 2 >h^<2>> est d'environ 0,11, la densité de neutrinos correspondante Ω v h 2 >h^<2>> est estimé à moins de 0,0062. [39]

Accélération cosmique

Des preuves indépendantes des supernovae de type Ia et du CMB impliquent que l'univers est aujourd'hui dominé par une forme mystérieuse d'énergie connue sous le nom d'énergie noire, qui imprègne apparemment tout l'espace. Les observations suggèrent que 73% de la densité énergétique totale de l'univers actuel est sous cette forme. Lorsque l'univers était très jeune, il était probablement imprégné d'énergie sombre, mais avec moins d'espace et tout est plus rapproché, la gravité prédominait et freinait lentement l'expansion. Mais finalement, après plusieurs milliards d'années d'expansion, la diminution de la densité de matière par rapport à la densité de l'énergie noire a provoqué une lente accélération de l'expansion de l'univers. [7]

L'énergie noire dans sa formulation la plus simple prend la forme du terme constant cosmologique dans les équations de champ d'Einstein de la relativité générale, mais sa composition et son mécanisme sont inconnus et, plus généralement, les détails de son équation d'état et sa relation avec le modèle standard de la physique des particules. continuent d'être étudiés à la fois par l'observation et par la théorie. [7]

Toute cette évolution cosmique après l'époque inflationniste peut être rigoureusement décrite et modélisée par le modèle de cosmologie ΛCDM, qui utilise les cadres indépendants de la mécanique quantique et de la relativité générale. Il n'y a pas de modèles facilement testables qui décriraient la situation avant environ 10 à 15 secondes. [41] Comprendre cette première ère de l'histoire de l'univers est actuellement l'un des plus grands problèmes non résolus de la physique.

Étymologie

L'astronome anglais Fred Hoyle est crédité d'avoir inventé le terme « Big Bang » lors d'une conférence pour une émission de la BBC Radio en mars 1949, [42] disant : « Ces théories étaient basées sur l'hypothèse que toute la matière de l'univers a été créée en un seul grand bang à un moment particulier dans le passé lointain." [43] [44]

Il est communément rapporté que Hoyle, qui a favorisé un modèle cosmologique alternatif "à l'état stable", voulait que cela soit péjoratif, [45] mais Hoyle a explicitement nié cela et a déclaré qu'il s'agissait simplement d'une image frappante destinée à souligner la différence entre les deux modèles. . [46] [47]

Développement

La théorie du Big Bang s'est développée à partir d'observations de la structure de l'univers et de considérations théoriques. En 1912, Vesto Slipher mesura le premier décalage Doppler d'une « nébuleuse spirale » (la nébuleuse spirale est le terme obsolète pour les galaxies spirales), et découvrit bientôt que presque toutes ces nébuleuses s'éloignaient de la Terre. Il n'a pas saisi les implications cosmologiques de ce fait, et en effet à l'époque, il était très controversé de savoir si ces nébuleuses étaient ou non des "univers insulaires" en dehors de notre Voie lactée. [49] [50] Dix ans plus tard, Alexander Friedmann, un cosmologiste et mathématicien russe, a dérivé les équations de Friedmann des équations de champ d'Einstein, montrant que l'univers pourrait être en expansion contrairement au modèle d'univers statique préconisé par Albert Einstein à cette époque. [51]

En 1924, la mesure par l'astronome américain Edwin Hubble de la grande distance jusqu'à la nébuleuse spirale la plus proche montra que ces systèmes étaient bien d'autres galaxies. À partir de la même année, Hubble a minutieusement développé une série d'indicateurs de distance, le précurseur de l'échelle de distance cosmique, en utilisant le télescope Hooker de 100 pouces (2,5 m) à l'observatoire du mont Wilson. Cela lui a permis d'estimer les distances aux galaxies dont les décalages vers le rouge avaient déjà été mesurés, principalement par Slipher. En 1929, Hubble a découvert une corrélation entre la distance et la vitesse de récession, maintenant connue sous le nom de loi de Hubble. [52] [53] À cette époque, Lemaître avait déjà montré que cela était attendu, étant donné le principe cosmologique. [7]

Dérivant indépendamment les équations de Friedmann en 1927, Georges Lemaître, physicien belge et prêtre catholique romain, a proposé que la récession inférée des nébuleuses était due à l'expansion de l'univers. [54] En 1931, Lemaître est allé plus loin et a suggéré que l'expansion évidente de l'univers, si elle était projetée dans le temps, signifiait que plus loin dans le passé, plus l'univers était petit, jusqu'à ce qu'à un moment fini dans le passé toute la masse de l'univers était concentré en un seul point, un " atome primitif " où et quand le tissu du temps et de l'espace a vu le jour. [55]

Dans les années 1920 et 1930, presque tous les grands cosmologistes préféraient un univers éternel à l'état stationnaire, et plusieurs se sont plaints que le début des temps impliqué par le Big Bang a importé des concepts religieux dans la physique, cette objection a ensuite été répétée par les partisans de la théorie de l'état stationnaire. [56] Cette perception a été renforcée par le fait que l'initiateur de la théorie du Big Bang, Lemaître, était un prêtre catholique romain. [57] Arthur Eddington était d'accord avec Aristote sur le fait que l'univers n'avait pas de commencement dans le temps, à savoir., cette matière est éternelle. Un commencement dans le temps lui « répugnait ». [58] [59] Lemaître, cependant, n'était pas d'accord :

Si le monde a commencé avec un seul quantum, les notions d'espace et de temps n'auraient aucun sens au début, elles ne commenceraient à avoir un sens sensible que lorsque le quantum originel aurait été divisé en un nombre suffisant de quanta. Si cette suggestion est correcte, le début du monde s'est produit un peu avant le début de l'espace et du temps. [60]

Au cours des années 1930, d'autres idées ont été proposées comme cosmologies non standard pour expliquer les observations de Hubble, y compris le modèle de Milne, [61] l'univers oscillatoire (à l'origine suggéré par Friedmann, mais préconisé par Albert Einstein et Richard C. Tolman) [62] et L'hypothèse de lumière fatiguée de Fritz Zwicky. [63]

Après la Seconde Guerre mondiale, deux possibilités distinctes ont émergé. L'un était le modèle à l'état stationnaire de Fred Hoyle, selon lequel une nouvelle matière serait créée à mesure que l'univers semblait s'étendre. Dans ce modèle, l'univers est à peu près le même à tout moment. [64] L'autre était la théorie du Big Bang de Lemaître, préconisée et développée par George Gamow, qui a introduit BBN [65] et dont les associés, Ralph Alpher et Robert Herman, ont prédit le CMB. [66] Ironiquement, c'est Hoyle qui a inventé l'expression qui s'est appliquée à la théorie de Lemaître, en la qualifiant de « cet Big Bang idée" lors d'une émission de la BBC Radio en mars 1949. [47] [44] [notes 3] Pendant un certain temps, le soutien a été partagé entre ces deux théories. Bang sur état stable. La découverte et la confirmation du CMB en 1964 ont fait du Big Bang la meilleure théorie de l'origine et de l'évolution de l'univers. [67] Une grande partie des travaux actuels en cosmologie comprend la compréhension de la formation des galaxies dans le contexte de le Big Bang, comprendre la physique de l'univers à des époques de plus en plus anciennes, et concilier les observations avec la théorie de base. [ citation requise ]

En 1968 et 1970, Roger Penrose, Stephen Hawking et George F. R. Ellis ont publié des articles où ils ont montré que les singularités mathématiques étaient une condition initiale inévitable des modèles relativistes du Big Bang. [68] [69] Puis, des années 1970 aux années 1990, les cosmologistes ont travaillé à caractériser les caractéristiques de l'univers du Big Bang et à résoudre les problèmes en suspens. En 1981, Alan Guth a fait une percée dans le travail théorique sur la résolution de certains problèmes théoriques en suspens dans la théorie du Big Bang avec l'introduction d'une époque d'expansion rapide dans l'univers primitif qu'il a appelé "l'inflation". [70] Pendant ce temps, au cours de ces décennies, deux questions en cosmologie observationnelle qui ont généré beaucoup de discussions et de désaccords concernaient les valeurs précises de la constante de Hubble [71] et la densité de matière de l'univers (avant la découverte de l'énergie noire, pensée pour être le prédicteur clé du destin éventuel de l'univers). [72]

Au milieu des années 1990, les observations de certains amas globulaires semblaient indiquer qu'ils avaient environ 15 milliards d'années, ce qui était en conflit avec la plupart des estimations alors actuelles de l'âge de l'univers (et en fait avec l'âge mesuré aujourd'hui). Ce problème a ensuite été résolu lorsque de nouvelles simulations informatiques, qui incluaient les effets de la perte de masse due aux vents stellaires, ont indiqué un âge beaucoup plus jeune pour les amas globulaires. [73] Alors qu'il reste encore quelques questions quant à la précision avec laquelle les âges des amas sont mesurés, les amas globulaires présentent un intérêt pour la cosmologie en tant que certains des objets les plus anciens de l'univers. [ citation requise ]

Des progrès significatifs dans la cosmologie du Big Bang ont été réalisés depuis la fin des années 1990 grâce aux progrès de la technologie des télescopes ainsi qu'à l'analyse de données provenant de satellites tels que le Cosmic Background Explorer (COBE), [74] le télescope spatial Hubble et WMAP. [75] Les cosmologistes ont maintenant des mesures assez précises et exactes de plusieurs des paramètres du modèle du Big Bang, et ont fait la découverte inattendue que l'expansion de l'univers semble s'accélérer. [76] [77]

Les preuves d'observation les plus anciennes et les plus directes de la validité de la théorie sont l'expansion de l'univers selon la loi de Hubble (comme indiqué par les décalages vers le rouge des galaxies), la découverte et la mesure du fond diffus cosmologique et les abondances relatives d'éléments légers produits par La nucléosynthèse du Big Bang (BBN). Des preuves plus récentes incluent des observations de la formation et de l'évolution des galaxies, et la distribution des structures cosmiques à grande échelle, [79] Celles-ci sont parfois appelées les "quatre piliers" de la théorie du Big Bang. [80]

Les modèles modernes précis du Big Bang font appel à divers phénomènes physiques exotiques qui n'ont pas été observés dans des expériences de laboratoire terrestres ou incorporés dans le modèle standard de la physique des particules. Parmi ces caractéristiques, la matière noire fait actuellement l'objet d'études de laboratoire les plus actives. [81] Les problèmes restants incluent le problème du halo cuspy [82] et le problème de la galaxie naine [83] de la matière noire froide. L'énergie noire est également un domaine d'intérêt intense pour les scientifiques, mais il n'est pas clair si la détection directe de l'énergie noire sera possible. [84] L'inflation et la baryogénèse restent des caractéristiques plus spéculatives des modèles actuels du Big Bang. Des explications quantitatives viables de tels phénomènes sont toujours recherchées. Ce sont actuellement des problèmes non résolus en physique.

La loi de Hubble et l'expansion de l'espace

Les observations de galaxies lointaines et de quasars montrent que ces objets sont décalés vers le rouge : la lumière émise par eux a été décalée vers des longueurs d'onde plus longues. Cela peut être vu en prenant un spectre de fréquence d'un objet et en faisant correspondre le schéma spectroscopique des raies d'émission ou d'absorption correspondant aux atomes des éléments chimiques interagissant avec la lumière.Ces décalages vers le rouge sont uniformément isotropes, répartis uniformément entre les objets observés dans toutes les directions. Si le décalage vers le rouge est interprété comme un décalage Doppler, la vitesse de récession de l'objet peut être calculée. Pour certaines galaxies, il est possible d'estimer les distances via l'échelle de distance cosmique. Lorsque les vitesses de récession sont tracées en fonction de ces distances, une relation linéaire connue sous le nom de loi de Hubble est observée : [52] v = H 0 D D> où

La loi de Hubble a deux explications possibles. Soit nous sommes au centre d'une explosion de galaxies - ce qui est intenable sous l'hypothèse du principe copernicien - soit l'univers s'étend partout uniformément. Cette expansion universelle a été prédite à partir de la relativité générale par Friedmann en 1922 [51] et Lemaître en 1927, [54] bien avant que Hubble ne fasse ses analyses et observations de 1929, et elle reste la pierre angulaire de la théorie du Big Bang telle que développée par Friedmann, Lemaître, Robertson et Walker.

Cet espace subit une expansion métrique est montré par des preuves d'observation directes du principe cosmologique et du principe de Copernic, qui, avec la loi de Hubble, n'ont pas d'autre explication. Les décalages vers le rouge astronomiques sont extrêmement isotropes et homogènes, [52] soutenant le principe cosmologique selon lequel l'univers se ressemble dans toutes les directions, ainsi que de nombreuses autres preuves. Si les décalages vers le rouge étaient le résultat d'une explosion provenant d'un centre éloigné de nous, ils ne seraient pas aussi similaires dans des directions différentes.

Des mesures des effets du fond diffus cosmologique sur la dynamique des systèmes astrophysiques lointains en 2000 ont prouvé le principe copernicien, qu'à l'échelle cosmologique, la Terre n'est pas en position centrale. [86] Le rayonnement du Big Bang était manifestement plus chaud à des époques antérieures dans tout l'univers. Le refroidissement uniforme du CMB sur des milliards d'années ne s'explique que si l'univers connaît une expansion métrique, et exclut la possibilité que nous soyons près du centre unique d'une explosion.

Rayonnement de fond cosmique micro-ondes

En 1964, Arno Penzias et Robert Wilson ont découvert par hasard le rayonnement de fond cosmique, un signal omnidirectionnel dans la bande des micro-ondes. [67] Leur découverte a fourni une confirmation substantielle des prédictions du big-bang d'Alpher, Herman et Gamow vers 1950. Au cours des années 1970, le rayonnement s'est avéré être approximativement cohérent avec un spectre de corps noir dans toutes les directions, ce spectre a été décalé vers le rouge par l'expansion. de l'univers, et correspond aujourd'hui à environ 2,725 K. Cela a fait pencher la balance des preuves en faveur du modèle du Big Bang, et Penzias et Wilson ont reçu le prix Nobel de physique 1978.

le surface de la dernière diffusion correspondant à l'émission du CMB se produit peu après recombinaison, l'époque où l'hydrogène neutre devient stable. Avant cela, l'univers comprenait une mer de plasma photon-baryon dense et chaude où les photons étaient rapidement dispersés à partir de particules chargées libres. Avec un pic à environ 372 ± 14 kyr [38], le libre parcours moyen d'un photon devient suffisamment long pour atteindre le présent et l'univers devient transparent.

En 1989, la NASA a lancé COBE, qui a réalisé deux avancées majeures : en 1990, des mesures spectrales de haute précision ont montré que le spectre de fréquences du CMB est un corps noir presque parfait sans déviation à un niveau de 1 partie sur 10 4 , et a mesuré une température résiduelle de 2,726 K (des mesures plus récentes ont légèrement ramené ce chiffre à 2,7255 K) puis en 1992, d'autres mesures COBE ont découvert de minuscules fluctuations (anisotropies) de la température du CMB dans le ciel, à un niveau d'environ une partie sur 10 5 . [74] John C. Mather et George Smoot ont reçu le prix Nobel de physique 2006 pour leur leadership dans ces résultats.

Au cours de la décennie suivante, les anisotropies du CMB ont été étudiées plus avant par un grand nombre d'expériences au sol et en ballon. En 2000-2001, plusieurs expériences, notamment BOOMERanG, ont trouvé que la forme de l'univers était spatialement presque plate en mesurant la taille angulaire typique (la taille sur le ciel) des anisotropies. [91] [92] [93]

Au début de 2003, les premiers résultats de la sonde d'anisotropie micro-onde Wilkinson ont été publiés, donnant les valeurs les plus précises à l'époque pour certains des paramètres cosmologiques. Les résultats ont réfuté plusieurs modèles d'inflation cosmique spécifiques, mais sont cohérents avec la théorie de l'inflation en général. [75] Le Planck La sonde spatiale a été lancée en mai 2009. D'autres expériences de fond diffus cosmologique au sol et en ballon sont en cours.

Abondance d'éléments primordiaux

En utilisant le modèle du Big Bang, il est possible de calculer la concentration d'hélium-4, d'hélium-3, de deutérium et de lithium-7 dans l'univers en tant que rapport à la quantité d'hydrogène ordinaire. [35] Les abondances relatives dépendent d'un seul paramètre, le rapport photons/baryons. Cette valeur peut être calculée indépendamment de la structure détaillée des fluctuations du CMB. Les ratios prédits (en masse, pas en nombre) sont d'environ 0,25 pour He 4 / H >> , d'environ 10 −3 pour H 2 / H >> , environ 10 −4 pour He 3 / H >> et environ 10 −9 pour Li 7 / H >> . [35]

Les abondances mesurées concordent toutes au moins grossièrement avec celles prédites à partir d'une seule valeur du rapport baryon/photon. L'accord est excellent pour le deutérium, proche mais formellement discordant pour He 4 >> , et d'un facteur deux pour Li 7 >> ( cette anomalie est connue sous le nom de problème cosmologique du lithium) dans les deux derniers cas, il existe des incertitudes systématiques importantes. Néanmoins, la cohérence générale avec les abondances prédites par BBN est une preuve solide du Big Bang, car la théorie est la seule explication connue des abondances relatives des éléments légers, et il est pratiquement impossible de "régler" le Big Bang pour produire beaucoup plus ou moins de 20 à 30 % d'hélium. [94] En effet, il n'y a aucune raison évidente en dehors du Big Bang que, par exemple, le jeune univers (c'est-à-dire avant la formation des étoiles, tel que déterminé par l'étude de la matière supposée exempte de produits de nucléosynthèse stellaire) devrait avoir plus d'hélium que de deutérium ou plus deutérium que He 3 >> , et aussi dans des proportions constantes. [95] : 182-185

Évolution et distribution galactiques

Les observations détaillées de la morphologie et de la distribution des galaxies et des quasars sont en accord avec l'état actuel de la théorie du Big Bang. Une combinaison d'observations et de théories suggère que les premiers quasars et galaxies se sont formés environ un milliard d'années après le Big Bang, et depuis lors, des structures plus grandes se sont formées, telles que des amas et des superamas de galaxies. [96]

Les populations d'étoiles vieillissent et évoluent, de sorte que les galaxies lointaines (qui sont observées telles qu'elles étaient dans l'univers primitif) apparaissent très différentes des galaxies proches (observées dans un état plus récent). De plus, les galaxies qui se sont formées relativement récemment semblent nettement différentes des galaxies formées à des distances similaires mais peu de temps après le Big Bang. Ces observations sont des arguments solides contre le modèle en régime permanent. Les observations de la formation des étoiles, des distributions des galaxies et des quasars et des structures plus grandes concordent bien avec les simulations du Big Bang de la formation de la structure dans l'univers et aident à compléter les détails de la théorie. [96] [97]

Nuages ​​de gaz primordiaux

En 2011, les astronomes ont découvert ce qu'ils croient être des nuages ​​primitifs de gaz primordial en analysant les raies d'absorption dans les spectres de quasars distants. Avant cette découverte, il a été observé que tous les autres objets astronomiques contenaient des éléments lourds formés dans les étoiles. Ces deux nuages ​​de gaz ne contiennent pas d'éléments plus lourds que l'hydrogène et le deutérium. [102] [103] Étant donné que les nuages ​​de gaz n'ont pas d'éléments lourds, ils se sont probablement formés dans les premières minutes après le Big Bang, pendant le BBN.

D'autres éléments de preuve

L'âge de l'univers tel qu'estimé à partir de l'expansion de Hubble et du CMB est maintenant en bon accord avec d'autres estimations utilisant les âges des étoiles les plus anciennes, à la fois mesurés en appliquant la théorie de l'évolution stellaire aux amas globulaires et par la datation radiométrique de la population individuelle II étoiles. [104] Il est également en bon accord avec les estimations d'âge basées sur des mesures de l'expansion utilisant des supernovae de type Ia et des mesures de fluctuations de température dans le fond diffus cosmologique. [23] L'accord des mesures indépendantes de cet âge soutient le modèle Lambda-CDM (ΛCDM), puisque le modèle est utilisé pour relier certaines des mesures à une estimation d'âge, et toutes les estimations s'avèrent concordantes. Pourtant, certaines observations d'objets de l'univers relativement ancien (en particulier le quasar APM 08279+5255) soulèvent des inquiétudes quant à savoir si ces objets ont eu suffisamment de temps pour se former si tôt dans le modèle ΛCDM. [105] [106]

La prédiction selon laquelle la température du CMB était plus élevée dans le passé a été confirmée expérimentalement par des observations de raies d'absorption à très basse température dans les nuages ​​de gaz à décalage vers le rouge élevé. [107] Cette prédiction implique également que l'amplitude de l'effet Sunyaev-Zel'dovich dans les amas de galaxies ne dépend pas directement du redshift. Les observations ont montré que cela était à peu près vrai, mais cet effet dépend des propriétés de l'amas qui changent avec le temps cosmique, ce qui rend les mesures précises difficiles. [108] [109]

Observations futures

Les futurs observatoires d'ondes gravitationnelles pourraient être capables de détecter les ondes gravitationnelles primordiales, reliques de l'univers primitif, jusqu'à moins d'une seconde après le Big Bang. [110] [111]

Comme pour toute théorie, un certain nombre de mystères et de problèmes sont apparus à la suite du développement de la théorie du Big Bang. Certains de ces mystères et problèmes ont été résolus tandis que d'autres sont toujours en suspens. Les solutions proposées à certains des problèmes du modèle Big Bang ont révélé de nouveaux mystères. Par exemple, le problème de l'horizon, le problème du monopole magnétique et le problème de la planéité sont le plus souvent résolus avec la théorie de l'inflation, mais les détails de l'univers de l'inflation ne sont toujours pas résolus et beaucoup, y compris certains fondateurs de la théorie, disent qu'elle a été réfutée. . [112] [113] [114] [115] Ce qui suit est une liste des aspects mystérieux de la théorie du Big Bang qui font encore l'objet d'intenses recherches par les cosmologistes et les astrophysiciens.

Asymétrie baryonique

On ne comprend pas encore pourquoi l'univers a plus de matière que d'antimatière. [32] On suppose généralement que lorsque l'univers était jeune et très chaud, il était en équilibre statistique et contenait un nombre égal de baryons et d'antibaryons. Cependant, les observations suggèrent que l'univers, y compris ses parties les plus éloignées, est presque entièrement constitué de matière. Un processus appelé baryogenèse a été émis l'hypothèse pour expliquer l'asymétrie. Pour que la baryogénèse se produise, les conditions de Sakharov doivent être satisfaites. Celles-ci nécessitent que le nombre de baryons ne soit pas conservé, que la symétrie C et la symétrie CP soient violées et que l'univers s'écarte de l'équilibre thermodynamique. [116] Toutes ces conditions se produisent dans le modèle standard, mais les effets ne sont pas assez forts pour expliquer l'asymétrie baryonique actuelle.

Énergie noire

Les mesures de la relation décalage vers le rouge-magnitude pour les supernovae de type Ia indiquent que l'expansion de l'univers s'est accélérée depuis que l'univers avait environ la moitié de son âge actuel. Pour expliquer cette accélération, la relativité générale nécessite qu'une grande partie de l'énergie dans l'univers soit constituée d'un composant avec une forte pression négative, surnommée « énergie noire ». [7]

L'énergie noire, bien que spéculative, résout de nombreux problèmes. Les mesures du fond diffus cosmologique indiquent que l'univers est très presque plat dans l'espace, et donc selon la relativité générale, l'univers doit avoir presque exactement la densité critique de masse/énergie. Mais la densité de masse de l'univers peut être mesurée à partir de son regroupement gravitationnel et s'avère n'avoir qu'environ 30 % de la densité critique. [7] Puisque la théorie suggère que l'énergie noire ne se regroupe pas de la manière habituelle, c'est la meilleure explication de la densité d'énergie "manquante". L'énergie noire aide également à expliquer deux mesures géométriques de la courbure globale de l'univers, l'une utilisant la fréquence des lentilles gravitationnelles [117] et l'autre utilisant le modèle caractéristique de la structure à grande échelle comme règle cosmique.

On pense que la pression négative est une propriété de l'énergie du vide, mais la nature exacte et l'existence de l'énergie noire restent l'un des grands mystères du Big Bang. Les résultats de l'équipe WMAP en 2008 sont conformes à un univers composé de 73% d'énergie noire, 23% de matière noire, 4,6% de matière régulière et moins de 1% de neutrinos. [39] Selon la théorie, la densité d'énergie dans la matière diminue avec l'expansion de l'univers, mais la densité d'énergie noire reste constante (ou presque) à mesure que l'univers s'étend. Par conséquent, la matière représentait une fraction plus importante de l'énergie totale de l'univers dans le passé qu'elle ne le fait aujourd'hui, mais sa contribution fractionnelle diminuera dans un avenir lointain à mesure que l'énergie noire deviendra encore plus dominante.

La composante d'énergie noire de l'univers a été expliquée par des théoriciens utilisant une variété de théories concurrentes, y compris la constante cosmologique d'Einstein, mais s'étendant également à des formes plus exotiques de quintessence ou à d'autres schémas de gravité modifiés. [118] Un problème constant cosmologique, parfois appelé le "problème le plus embarrassant en physique", résulte de l'apparente divergence entre la densité d'énergie mesurée de l'énergie noire, et celle naïvement prédite à partir des unités de Planck. [119]

Matière noire

Au cours des années 1970 et 1980, diverses observations ont montré qu'il n'y a pas suffisamment de matière visible dans l'univers pour expliquer la force apparente des forces gravitationnelles à l'intérieur et entre les galaxies. Cela a conduit à l'idée que jusqu'à 90 % de la matière dans l'univers est de la matière noire qui n'émet pas de lumière et n'interagit pas avec la matière baryonique normale. De plus, l'hypothèse selon laquelle l'univers est principalement de la matière normale a conduit à des prédictions fortement incohérentes avec les observations. En particulier, l'univers d'aujourd'hui est beaucoup plus grumeleux et contient beaucoup moins de deutérium que ce qui peut être expliqué sans matière noire. Bien que la matière noire ait toujours été controversée, elle est déduite de diverses observations : les anisotropies dans le CMB, les dispersions de vitesse des amas de galaxies, les distributions de structures à grande échelle, les études de lentilles gravitationnelles et les mesures aux rayons X des amas de galaxies. [120]

La preuve indirecte de la matière noire provient de son influence gravitationnelle sur d'autres matières, car aucune particule de matière noire n'a été observée dans les laboratoires. De nombreux candidats en physique des particules pour la matière noire ont été proposés, et plusieurs projets pour les détecter directement sont en cours. [121]

De plus, il existe des problèmes en suspens associés au modèle de matière noire froide actuellement préféré, notamment le problème de la galaxie naine [83] et le problème du halo cuspy. [82] Des théories alternatives ont été proposées qui ne nécessitent pas une grande quantité de matière non détectée, mais modifient plutôt les lois de la gravité établies par Newton et Einstein, mais aucune théorie alternative n'a été aussi efficace que la proposition de matière noire froide pour expliquer toutes les observations existantes. . [122]

Problème d'horizon

Le problème de l'horizon résulte de la prémisse que l'information ne peut pas voyager plus vite que la lumière. Dans un univers d'âge fini, cela fixe une limite - l'horizon des particules - à la séparation de deux régions de l'espace qui sont en contact causal. [123] L'isotropie observée du CMB est problématique à cet égard : si l'univers avait été dominé par le rayonnement ou la matière à tout moment jusqu'à l'époque de la dernière diffusion, l'horizon des particules à ce moment-là correspondrait à environ 2 degrés sur le ciel. Il n'y aurait alors aucun mécanisme pour amener des régions plus larges à avoir la même température. [95] : 191–202

Une résolution à cette apparente incohérence est offerte par la théorie inflationniste dans laquelle un champ d'énergie scalaire homogène et isotrope domine l'univers à une période très précoce (avant la baryogenèse). Pendant l'inflation, l'univers subit une expansion exponentielle et l'horizon des particules s'étend beaucoup plus rapidement qu'on ne le supposait auparavant, de sorte que les régions actuellement situées de part et d'autre de l'univers observable se trouvent bien à l'intérieur de l'horizon des particules les unes des autres. L'isotropie observée du CMB découle alors du fait que cette plus grande région était en contact causal avant le début de l'inflation. [28] : 180-186

Le principe d'incertitude de Heisenberg prédit que pendant la phase d'inflation, il y aurait des fluctuations thermiques quantiques, qui seraient amplifiées à une échelle cosmique. Ces fluctuations ont servi de germe à toutes les structures actuelles de l'univers. [95] : 207 L'inflation prédit que les fluctuations primordiales sont presque invariantes d'échelle et gaussiennes, ce qui a été confirmé avec précision par les mesures du CMB. [75] : sec 6

Si l'inflation se produisait, l'expansion exponentielle pousserait de vastes régions de l'espace bien au-delà de notre horizon observable. [28] : 180-186

Un problème lié au problème classique de l'horizon se pose parce que dans la plupart des modèles d'inflation cosmologiques standard, l'inflation cesse bien avant la rupture de la symétrie électrofaible, donc l'inflation ne devrait pas être en mesure d'empêcher les discontinuités à grande échelle dans le vide électrofaible puisque des parties éloignées de l'univers observable ont été séparer causalement lorsque l'époque électrofaible a pris fin. [124]

Monopôles magnétiques

L'objection du monopole magnétique a été soulevée à la fin des années 1970. Les théories Grand Unified (GUT) ont prédit des défauts topologiques dans l'espace qui se manifesteraient sous la forme de monopôles magnétiques. Ces objets seraient produits efficacement dans l'univers primitif chaud, résultant en une densité beaucoup plus élevée que ce qui est cohérent avec les observations, étant donné qu'aucun monopôle n'a été trouvé. Ce problème est résolu par l'inflation cosmique, qui supprime tous les défauts ponctuels de l'univers observable, de la même manière qu'elle conduit la géométrie à la planéité. [123]

Problème de planéité

Le problème de planéité (également connu sous le nom de problème d'ancienneté) est un problème d'observation associé à un FLRW. [123] L'univers peut avoir une courbure spatiale positive, négative ou nulle en fonction de sa densité d'énergie totale. La courbure est négative si sa densité est inférieure à la densité critique positive si supérieure et nulle à la densité critique, auquel cas l'espace est dit plat. Les observations indiquent que l'univers est cohérent avec le fait d'être plat. [125] [126]

Le problème est que tout petit écart par rapport à la densité critique augmente avec le temps, et pourtant l'univers reste aujourd'hui très plat. [notes 4] Étant donné qu'une échelle de temps naturelle pour le départ de la planéité pourrait être le temps de Planck, 10 -43 secondes, [4] le fait que l'univers n'a atteint ni une mort thermique ni un Big Crunch après des milliards d'années nécessite une explication. Par exemple, même à l'âge relativement tardif de quelques minutes (le temps de la nucléosynthèse), la densité de l'univers devait être à moins d'une partie sur 10 14 de sa valeur critique, sinon elle n'existerait pas comme aujourd'hui. [127]

Avant les observations de l'énergie noire, les cosmologistes ont envisagé deux scénarios pour l'avenir de l'univers. Si la densité de masse de l'univers était supérieure à la densité critique, alors l'univers atteindrait une taille maximale puis commencerait à s'effondrer. Il redeviendrait plus dense et plus chaud, se terminant par un état similaire à celui dans lequel il avait commencé : un Big Crunch. [18]

Alternativement, si la densité dans l'univers était égale ou inférieure à la densité critique, l'expansion ralentirait mais ne s'arrêterait jamais. La formation d'étoiles cesserait avec la consommation de gaz interstellaire dans chaque galaxie, les étoiles s'éteindraient, laissant des naines blanches, des étoiles à neutrons et des trous noirs. Les collisions entre ceux-ci entraîneraient une accumulation de masse dans des trous noirs de plus en plus grands. La température moyenne de l'univers s'approcherait très progressivement asymptotiquement du zéro absolu, un Big Freeze. [128] De plus, si les protons sont instables, la matière baryonique disparaîtrait, ne laissant que le rayonnement et les trous noirs. Finalement, les trous noirs s'évaporeraient en émettant un rayonnement de Hawking. L'entropie de l'univers augmenterait au point qu'aucune forme organisée d'énergie ne pourrait en être extraite, un scénario connu sous le nom de mort thermique. [129]

Les observations modernes de l'accélération de l'expansion impliquent que de plus en plus de l'univers actuellement visible passera au-delà de notre horizon des événements et hors de contact avec nous. Le résultat final n'est pas connu. Le modèle ΛCDM de l'univers contient de l'énergie noire sous la forme d'une constante cosmologique. Cette théorie suggère que seuls les systèmes liés par la gravitation, tels que les galaxies, resteront ensemble, et qu'eux aussi seront sujets à la mort thermique à mesure que l'univers se dilate et se refroidit. D'autres explications de l'énergie noire, appelées théories de l'énergie fantôme, suggèrent qu'en fin de compte, les amas de galaxies, les étoiles, les planètes, les atomes, les noyaux et la matière elle-même seront déchirés par l'expansion toujours croissante d'un soi-disant Big Rip. [130]

L'une des idées fausses courantes sur le modèle du Big Bang est qu'il explique pleinement l'origine de l'univers. Cependant, le modèle du Big Bang ne décrit pas comment l'énergie, le temps et l'espace ont été causés, mais il décrit plutôt l'émergence de l'univers actuel à partir d'un état initial ultra-dense et à haute température. [131] Il est trompeur de visualiser le Big Bang en comparant sa taille aux objets du quotidien. Lorsque la taille de l'univers au Big Bang est décrite, elle fait référence à la taille de l'univers observable, et non à l'univers entier. [17]

La loi de Hubble prédit que les galaxies situées au-delà de la distance de Hubble reculent plus vite que la vitesse de la lumière. Cependant, la relativité restreinte ne s'applique pas au-delà du mouvement dans l'espace. La loi de Hubble décrit la vitesse résultant de l'expansion de l'espace, plutôt que à travers espace. [17]

Les astronomes se réfèrent souvent au décalage vers le rouge cosmologique comme un décalage Doppler qui peut conduire à une idée fausse. [17] Bien que similaire, le redshift cosmologique n'est pas identique au redshift classiquement dérivé Doppler parce que la plupart des dérivations élémentaires du redshift Doppler ne tiennent pas compte de l'expansion de l'espace. La dérivation précise du décalage vers le rouge cosmologique nécessite l'utilisation de la relativité générale, et bien qu'un traitement utilisant des arguments d'effet Doppler plus simples donne des résultats presque identiques pour les galaxies proches, interpréter le décalage vers le rouge des galaxies plus éloignées comme étant dû aux traitements de décalage vers le rouge Doppler les plus simples peut prêter à confusion. [17]

Le Big Bang explique l'évolution de l'univers à partir d'une densité et d'une température de départ bien au-delà de la capacité de l'humanité à se répliquer, de sorte que les extrapolations aux conditions les plus extrêmes et aux temps les plus reculés sont nécessairement plus spéculatives. Lemaître a appelé cet état initial le "atome primitif" tandis que Gamow a appelé le matériel "ylem". L'origine de l'état initial de l'univers est encore une question ouverte, mais le modèle du Big Bang limite certaines de ses caractéristiques. Par exemple, des lois spécifiques de la nature sont très probablement apparues de manière aléatoire, mais comme le montrent les modèles d'inflation , certaines combinaisons de celles-ci sont beaucoup plus probables. [132] Un univers topologiquement plat implique un équilibre entre l'énergie potentielle gravitationnelle et d'autres formes d'énergie, ne nécessitant aucune énergie supplémentaire à créer. [125] [126]

La théorie du Big Bang, construite sur les équations de la relativité générale classique, indique une singularité à l'origine du temps cosmique, et une telle densité d'énergie infinie peut être une impossibilité physique. Cependant, les théories physiques de la relativité générale et de la mécanique quantique telles qu'elles sont actuellement réalisées ne sont pas applicables avant l'époque de Planck, et les corriger nécessitera le développement d'un traitement correct de la gravité quantique. [20] Certains traitements de gravité quantique, tels que l'équation de Wheeler-DeWitt, impliquent que le temps lui-même pourrait être une propriété émergente. [133] En tant que telle, la physique peut conclure que le temps n'existait pas avant le Big Bang. [134] [135]

Bien qu'on ne sache pas ce qui a pu précéder l'état dense et chaud de l'univers primitif ou comment et pourquoi il est né, ou même si de telles questions sont sensées, les spéculations abondent sur le sujet de la « cosmogonie ».

Certaines propositions spéculatives à cet égard, dont chacune implique des hypothèses non vérifiées, sont :

  • Les modèles les plus simples, dans lesquels le Big Bang a été causé par des fluctuations quantiques. Ce scénario avait très peu de chances de se produire, mais, selon le principe totalitaire, même l'événement le plus improbable finira par se produire. Cela a eu lieu instantanément, dans notre perspective, en raison de l'absence de temps perçu avant le Big Bang. [136][137][138][139]
  • Des modèles incluant la condition sans frontière de Hartle-Hawking, dans laquelle l'ensemble de l'espace-temps est fini, le Big Bang représente la limite du temps mais sans aucune singularité. [140] Dans un tel cas, l'univers se suffit à lui-même. [141], dans lesquels l'inflation est due au mouvement des branes en théorie des cordes le modèle pré-Big Bang le modèle ekpyrotique, dans lequel le Big Bang est le résultat d'une collision entre les branes et le modèle cyclique, une variante du modèle modèle ekpyrotique dans lequel des collisions se produisent périodiquement. Dans ce dernier modèle, le Big Bang a été précédé d'un Big Crunch et l'univers passe d'un processus à l'autre. [142][143][144][145] , dans laquelle le gonflage universel se termine localement ici et là de façon aléatoire, chaque extrémité conduisant à un univers bulle, se développant à partir de son propre big bang. [146][147]

Les propositions des deux dernières catégories voient le Big Bang comme un événement dans un univers beaucoup plus vaste et plus ancien ou dans un multivers.

En tant que description de l'origine de l'univers, le Big Bang a une incidence significative sur la religion et la philosophie. [148] [149] En conséquence, il est devenu l'un des domaines les plus vivants dans le discours entre la science et la religion. [150] Certains croient que le Big Bang implique un créateur, [151] [152] tandis que d'autres soutiennent que la cosmologie du Big Bang rend la notion de créateur superflue. [149] [153]


Contenu

Galileo est né à Pise (alors partie du duché de Florence), en Italie, le 15 février 1564, [16] le premier des six enfants de Vincenzo Galilei, un luthiste, compositeur et théoricien de la musique, et Giulia Ammannati, qui avait épousé en 1562. Galilée devint lui-même un luthiste accompli et aurait appris très tôt de son père un scepticisme à l'égard de l'autorité établie. [17]

Trois des cinq frères et sœurs de Galilée ont survécu à l'enfance. Le plus jeune, Michelangelo (ou Michelagnolo), est également devenu un luthiste et compositeur qui a contribué aux charges financières de Galilée pour le reste de sa vie. [18] Michel-Ange était incapable de verser sa juste part des dots promises par leur père à leurs beaux-frères, qui tenteraient plus tard de chercher des recours juridiques pour les paiements dus. Michel-Ange devait aussi parfois emprunter des fonds à Galilée pour soutenir ses efforts musicaux et ses excursions. Ces charges financières ont peut-être contribué au désir précoce de Galilée de développer des inventions qui lui apporteraient des revenus supplémentaires. [19]

Lorsque Galileo Galilei avait huit ans, sa famille a déménagé à Florence, mais il a été confié à Muzio Tedaldi pendant deux ans. Quand Galilée avait dix ans, il quitta Pise pour rejoindre sa famille à Florence et là il était sous la tutelle de Jacopo Borghini. [20] Il a fait ses études de 1575 à 1578 dans l'abbaye de Vallombrosa, à environ 30 km au sud-est de Florence. [21]

Galilée avait tendance à se référer à lui-même uniquement par son prénom. À l'époque, les noms de famille étaient facultatifs en Italie et son prénom avait la même origine que son nom de famille parfois, Galilei. Son prénom et son nom de famille dérivent finalement d'un ancêtre, Galileo Bonaiuti, un important médecin, professeur et homme politique à Florence au 15ème siècle. [22] [23] Galileo Bonaiuti a été enterré dans la même église, la Basilique de Santa Croce à Florence, où environ 200 ans plus tard, Galileo Galilei a également été enterré. [24]

Quand il s'appelait lui-même avec plus d'un nom, c'était parfois comme Galileo Galilei Linceo, une référence à son appartenance à l'Accademia dei Lincei, une organisation d'élite pro-science en Italie. Il était courant pour les familles toscanes du milieu du XVIe siècle de nommer le fils aîné d'après le nom de famille des parents. [25] Par conséquent, Galileo Galilei n'a pas été nécessairement nommé d'après son ancêtre Galileo Bonaiuti. Le prénom masculin italien "Galileo" (et de là le nom de famille "Galilei") dérive du latin "Galilaeus", qui signifie "de Galilée", une région d'importance biblique dans le nord d'Israël. [26] [22] En raison de cette région, l'adjectif galilées (grec , latin Galilée, italien Galilée), qui signifie « galiléen », a été utilisé dans l'antiquité (notamment par l'empereur Julien) pour désigner le Christ et ses disciples. [27]

Les racines bibliques du nom et du prénom de Galilée devaient faire l'objet d'un célèbre jeu de mots. [28] En 1614, pendant l'affaire Galilée, un des adversaires de Galilée, le prêtre dominicain Tommaso Caccini, prononça contre Galilée un sermon controversé et influent. Dans ce document, il s'est fait un devoir de citer Actes 1 :11 : « Hommes de Galilée, pourquoi restez-vous à regarder vers le ciel ? » (dans la version latine trouvée dans la Vulgate : Viri Galilaei, quid statis aspicientes in caelum ?). [29]

Enfants

En dépit d'être un catholique romain véritablement pieux, [30] Galileo a engendré trois enfants hors mariage avec Marina Gamba. Ils eurent deux filles, Virginia (née en 1600) et Livia (née en 1601), et un fils, Vincenzo (né en 1606). [31]

En raison de leur naissance illégitime, Galilée considérait les filles comme impossibles à marier, sinon posant des problèmes de soutien ou de dot prohibitifs, ce qui aurait été similaire aux problèmes financiers importants de Galilée avec deux de ses sœurs. [32] Leur seule alternative valable était la vie religieuse. Les deux filles ont été acceptées par le couvent de San Matteo à Arcetri et y sont restées pour le reste de leur vie. [33]

Virginie prit le nom de Maria Celeste en entrant au couvent. Elle meurt le 2 avril 1634 et est enterrée avec Galilée dans la basilique Santa Croce de Florence. Livia a pris le nom de sœur Arcangela et a été malade pendant la majeure partie de sa vie. Vincenzo a ensuite été légitimé comme héritier légal de Galilée et a épousé Sestilia Bocchineri. [34]

Bien que Galilée ait sérieusement envisagé le sacerdoce en tant que jeune homme, à la demande de son père, il s'est plutôt inscrit en 1580 à l'Université de Pise pour un diplôme de médecine. [35] En 1581, alors qu'il étudiait la médecine, il remarqua un lustre oscillant, dont les courants d'air se déplaçaient pour se balancer en arcs de plus en plus petits. Pour lui, il lui semblait, en comparaison avec les battements de son cœur, que le lustre mettait le même temps à se balancer d'avant en arrière, quelle que soit la distance à laquelle il se balançait. Quand il est rentré chez lui, il a installé deux pendules de longueur égale et a balancé l'un avec un grand balayage et l'autre avec un petit balayage et a constaté qu'ils gardaient le temps ensemble. Ce n'est que dans les travaux de Christiaan Huygens, près de cent ans plus tard, que la nature tautochrone d'un pendule oscillant a été utilisée pour créer une pièce d'horlogerie précise. [36] Jusqu'à ce point, Galilée avait été délibérément tenu à l'écart des mathématiques, puisqu'un médecin gagnait un revenu plus élevé qu'un mathématicien. Cependant, après avoir accidentellement assisté à une conférence sur la géométrie, il a convaincu son père réticent de le laisser étudier les mathématiques et la philosophie naturelle au lieu de la médecine. [36] Il a créé un thermoscope, un précurseur du thermomètre et, en 1586, a publié un petit livre sur la conception d'un équilibre hydrostatique qu'il avait inventé (qui l'a d'abord attiré l'attention du monde savant). Galilée a également étudié disegno, terme englobant les beaux-arts, et, en 1588, obtient le poste de professeur à l'Accademia delle Arti del Disegno de Florence, enseignant la perspective et le clair-obscur. S'inspirant de la tradition artistique de la ville et des œuvres des artistes de la Renaissance, Galilée a acquis une mentalité esthétique. Alors qu'il était jeune professeur à l'Académie, il noua une amitié de longue date avec le peintre florentin Cigoli. [37] [38]

En 1589, il est nommé à la chaire de mathématiques de Pise. En 1591, son père meurt et il se voit confier la garde de son jeune frère Michelagnolo. En 1592, il a déménagé à l'Université de Padoue où il a enseigné la géométrie, la mécanique et l'astronomie jusqu'en 1610. [39] Au cours de cette période, Galilée a fait des découvertes importantes à la fois dans les sciences fondamentales pures (par exemple, la cinématique du mouvement et l'astronomie) ainsi que comme science appliquée pratique (par exemple, la résistance des matériaux et le pionnier du télescope). Ses intérêts multiples comprenaient l'étude de l'astrologie, qui à l'époque était une discipline liée aux études des mathématiques et de l'astronomie. [40] [41]

Astronomie

La supernova de Kepler

Tycho Brahe et d'autres avaient observé la supernova de 1572. La lettre d'Ottavio Brenzoni du 15 janvier 1605 à Galilée attira l'attention de Galilée sur la supernova de 1572 et la nova moins brillante de 1601. Galilée a observé et discuté la supernova de Kepler en 1604. Étant donné que ces nouvelles étoiles ne présentaient aucune parallaxe diurne détectable, Galilée a conclu qu'il s'agissait d'étoiles lointaines et, par conséquent, a réfuté la croyance aristotélicienne en l'immuabilité des cieux. [42]

Télescope réfracteur

Basé uniquement sur des descriptions incertaines du premier télescope pratique que Hans Lippershey a essayé de breveter aux Pays-Bas en 1608, [43] Galileo, l'année suivante, a fabriqué un télescope avec un grossissement d'environ 3x. Il a ensuite réalisé des versions améliorées avec un grossissement jusqu'à environ 30x. [44] Avec un télescope galiléen, l'observateur pouvait voir des images agrandies et verticales sur la Terre - c'était ce qu'on appelle communément un télescope terrestre ou une longue-vue. Il pouvait également l'utiliser pour observer le ciel pendant un certain temps, il était l'un de ceux qui pouvaient construire des télescopes assez bons à cet effet. Le 25 août 1609, il fit la démonstration d'un de ses premiers télescopes, avec un grossissement d'environ 8 ou 9, aux législateurs vénitiens. Ses télescopes étaient également une activité secondaire rentable pour Galilée, qui les vendait à des marchands qui les trouvaient utiles à la fois en mer et comme objets de commerce. Il publia ses premières observations astronomiques télescopiques en mars 1610 dans un bref traité intitulé Sidereus Noncius (Messager étoilé). [45]

Le 30 novembre 1609, Galilée pointa son télescope sur la Lune. [46] Bien qu'il ne soit pas la première personne à observer la Lune à travers un télescope (le mathématicien anglais Thomas Harriot l'avait fait quatre mois auparavant mais n'avait vu qu'une "étrange tacheté"), [47] Galilée fut le premier à déduire la cause de la décroissant inégal sous forme d'occlusion légère des montagnes et des cratères lunaires. Dans son bureau, il a également fait des cartes topographiques, estimant les hauteurs des montagnes. La Lune n'était pas ce que l'on a longtemps pensé avoir été une sphère translucide et parfaite, comme le prétendait Aristote, et à peine la première "planète", une "perle éternelle pour monter magnifiquement dans l'empyrien céleste", comme l'a avancé Dante. Galilée est parfois crédité de la découverte de la libration lunaire en latitude en 1632, [48] bien que Thomas Harriot ou William Gilbert l'aient peut-être déjà fait. [49]

Un ami de Galilée, le peintre Cigoli, a inclus une représentation réaliste de la Lune dans l'une de ses peintures, bien qu'il ait probablement utilisé son propre télescope pour faire l'observation. [37]

Les lunes de Jupiter

Le 7 janvier 1610, Galilée observa avec son télescope ce qu'il décrivait à l'époque comme "trois étoiles fixes, totalement invisibles [a] par leur petitesse", toutes proches de Jupiter, et se trouvant en ligne droite à travers elle. [50] Les observations des nuits suivantes ont montré que les positions de ces "étoiles" par rapport à Jupiter changeaient d'une manière qui aurait été inexplicable si elles avaient vraiment été des étoiles fixes. Le 10 janvier, Galilée constate que l'un d'eux a disparu, observation qu'il attribue à sa dissimulation derrière Jupiter. En quelques jours, il conclut qu'ils étaient en orbite autour de Jupiter : il avait découvert trois des quatre plus grosses lunes de Jupiter. [51] Il a découvert le quatrième le 13 janvier. Galilée nomma le groupe de quatre les Étoiles médicéennes, en l'honneur de son futur mécène, Cosme II de Médicis, Grand-Duc de Toscane, et des trois frères de Cosme. [52] Les astronomes ultérieurs, cependant, les ont renommés Satellites galiléens en l'honneur de leur découvreur. Ces satellites ont été découverts indépendamment par Simon Marius le 8 janvier 1610 et sont maintenant appelés Io, Europa, Ganymede et Callisto, les noms donnés par Marius dans son Mundus Iovialis publié en 1614. [53]

Les observations de Galilée des satellites de Jupiter ont provoqué une révolution en astronomie : une planète avec des planètes plus petites en orbite autour d'elle n'était pas conforme aux principes de la cosmologie aristotélicienne, selon laquelle tous les corps célestes devaient faire le tour de la Terre, [54] [55] et de nombreux astronomes et les philosophes ont d'abord refusé de croire que Galilée aurait pu découvrir une telle chose. [56] [57] Ses observations ont été confirmées par l'observatoire de Christopher Clavius ​​et il a reçu l'accueil d'un héros lors de sa visite à Rome en 1611.[58] Galilée a continué à observer les satellites au cours des dix-huit mois suivants, et à la mi-1611, il avait obtenu des estimations remarquablement précises pour leurs périodes - un exploit que Johannes Kepler avait cru impossible. [59] [60]

Phases de Vénus

À partir de septembre 1610, Galilée observe que Vénus présente un ensemble complet de phases similaires à celui de la Lune. Le modèle héliocentrique du système solaire développé par Nicolaus Copernicus a prédit que toutes les phases seraient visibles puisque l'orbite de Vénus autour du Soleil amènerait son hémisphère illuminé à faire face à la Terre lorsqu'elle se trouverait du côté opposé du Soleil et à s'éloigner de la Terre lorsqu'elle était du côté Terre du Soleil. Dans le modèle géocentrique de Ptolémée, il était impossible pour aucune des orbites des planètes de croiser la coquille sphérique portant le Soleil. Traditionnellement, l'orbite de Vénus était entièrement placée du côté proche du Soleil, où elle ne pouvait présenter que des croissants et de nouvelles phases. Il était également possible de le placer entièrement sur la face cachée du Soleil, où il ne pouvait présenter que des phases gibbeuses et pleines. Après les observations télescopiques de Galilée du croissant, des phases gibbeuses et pleines de Vénus, le modèle ptolémaïque est devenu intenable. Au début du XVIIe siècle, à la suite de sa découverte, la grande majorité des astronomes se sont convertis à l'un des divers modèles planétaires géo-héliocentriques, [61] [62] tels que les modèles Tychonic, Capellan et Extended Capellan, [b] chacun avec ou sans une Terre en rotation quotidienne. Tout cela expliquait les phases de Vénus sans la «réfutation» de la prédiction de l'héliocentrisme complet de la parallaxe stellaire. La découverte par Galilée des phases de Vénus était donc sa contribution la plus empiriquement influente sur le plan pratique à la transition en deux étapes du géocentrisme complet à l'héliocentrisme complet via le géo-héliocentrisme. [ citation requise ]

Saturne et Neptune

En 1610, Galilée a également observé la planète Saturne, et a d'abord confondu ses anneaux avec des planètes, [63] pensant qu'il s'agissait d'un système à trois corps. Lorsqu'il a observé la planète plus tard, les anneaux de Saturne étaient directement orientés vers la Terre, lui faisant penser que deux des corps avaient disparu. Les anneaux sont réapparus lorsqu'il a observé la planète en 1616, le rendant encore plus confus. [64]

Galilée a observé la planète Neptune en 1612. Elle apparaît dans ses carnets comme l'une des nombreuses étoiles faibles et banales. Il ne s'est pas rendu compte que c'était une planète, mais il a noté son mouvement par rapport aux étoiles avant d'en perdre la trace. [65]

Taches solaires

Galilée a fait des études à l'œil nu et au télescope des taches solaires. [66] Leur existence a soulevé une autre difficulté avec la perfection immuable des cieux telle que posée dans la physique céleste aristotélicienne orthodoxe. Une variation annuelle apparente de leurs trajectoires, observée par Francesco Sizzi et d'autres en 1612-1613, [67] a également fourni un argument puissant contre le système ptolémaïque et le système géohéliocentrique de Tycho Brahe. [c] Un différend sur la priorité revendiquée dans la découverte des taches solaires et dans leur interprétation, a conduit Galilée à une longue et amère querelle avec le jésuite Christoph Scheiner. Au milieu se trouvait Mark Welser, à qui Scheiner avait annoncé sa découverte, et qui demanda son avis à Galilée. Tous deux n'étaient pas au courant de l'observation et de la publication antérieures de taches solaires par Johannes Fabricius. [71]

Voie lactée et étoiles

Galilée a observé la Voie lactée, que l'on croyait auparavant nébuleuse, et a découvert qu'il s'agissait d'une multitude d'étoiles si denses qu'elles apparaissaient de la Terre comme des nuages. Il a localisé de nombreuses autres étoiles trop éloignées pour être visibles à l'œil nu. Il a observé l'étoile double Mizar dans Ursa Major en 1617. [72]

Dans le Messager étoilé, Galileo a rapporté que les étoiles apparaissaient comme de simples éclairs de lumière, essentiellement inchangés en apparence par le télescope, et les contrastaient avec les planètes, que le télescope a révélé être des disques. Mais peu de temps après, dans son Lettres sur les taches solaires, il a rapporté que le télescope a révélé que les formes des étoiles et des planètes étaient "assez rondes". À partir de ce moment, il a continué à rapporter que les télescopes montraient la rondeur des étoiles et que les étoiles vues à travers le télescope mesuraient quelques secondes d'arc de diamètre. [73] [74] Il a conçu aussi une méthode pour mesurer la taille apparente d'une étoile sans télescope. Comme décrit dans son Dialogue concernant les deux principaux systèmes mondiaux, sa méthode consistait à accrocher une fine corde dans sa ligne de mire jusqu'à l'étoile et à mesurer la distance maximale à partir de laquelle elle obscurcirait complètement l'étoile. A partir de ses mesures de cette distance et de la largeur de la corde, il pouvait calculer l'angle sous-tendu par l'étoile à son point de vue. [75] [76] [77]

Dans son Dialogue, il rapporta qu'il avait trouvé que le diamètre apparent d'une étoile de première magnitude n'excédait pas 5 secondes d'arc et que celui d'une étoile de sixième magnitude était d'environ 5 /6 secondes d'arc. Comme la plupart des astronomes de son époque, Galilée n'a pas reconnu que les tailles apparentes des étoiles qu'il mesurait étaient fausses, causées par la diffraction et la distorsion atmosphérique, et ne représentaient pas les vraies tailles des étoiles. Cependant, les valeurs de Galileo étaient beaucoup plus petites que les estimations précédentes des tailles apparentes des étoiles les plus brillantes, telles que celles faites par Brahe, et ont permis à Galileo de contrer les arguments anti-coperniciens tels que ceux avancés par Tycho selon lesquels ces étoiles devraient être absurdement grandes. pour que leurs parallaxes annuels soient indétectables. [78] [79] [80] D'autres astronomes tels que Simon Marius, Giovanni Battista Riccioli et Martinus Hortensius ont fait des mesures similaires d'étoiles, et Marius et Riccioli ont conclu que les plus petites tailles n'étaient pas assez petites pour répondre à l'argument de Tycho. [81] [82]

Théorie des marées

Le cardinal Bellarmin avait écrit en 1615 que le système copernicien ne pouvait être défendu sans "une véritable démonstration physique que le soleil ne tourne pas autour de la terre mais que la terre tourne autour du soleil". [83] Galileo a considéré sa théorie des marées pour fournir une telle preuve. [84] Cette théorie était si importante pour lui qu'il avait initialement l'intention d'appeler son Dialogue concernant les deux principaux systèmes mondiaux les Dialogue sur le flux et le reflux de la mer. [85] La référence aux marées a été supprimée du titre par ordre de l'Inquisition. [ citation requise ]

Pour Galilée, les marées étaient causées par le va-et-vient de l'eau dans les mers alors qu'un point à la surface de la Terre s'accélérait et ralentissait en raison de la rotation de la Terre sur son axe et de sa révolution autour du Soleil. Il fit circuler son premier récit des marées en 1616, adressé au cardinal Orsini. [86] Sa théorie a donné le premier aperçu de l'importance des formes des bassins océaniques dans la taille et la synchronisation des marées, il a correctement expliqué, par exemple, les marées négligeables à mi-chemin le long de la mer Adriatique par rapport à celles des extrémités. En tant que compte rendu général de la cause des marées, cependant, sa théorie fut un échec. [ citation requise ]

Si cette théorie était correcte, il n'y aurait qu'une seule marée haute par jour. Galilée et ses contemporains étaient conscients de cette insuffisance car il y a deux marées hautes quotidiennes à Venise au lieu d'une, à environ 12 heures d'intervalle. Galilée a rejeté cette anomalie en raison de plusieurs causes secondaires, notamment la forme de la mer, sa profondeur et d'autres facteurs. [87] [88] Albert Einstein a exprimé plus tard l'opinion que Galilée a développé ses "arguments fascinants" et les a acceptés sans critique par désir de preuve physique du mouvement de la Terre. [89] Galilée a également rejeté l'idée, connue depuis l'antiquité et par son contemporain Johannes Kepler, que la Lune [90] a causé les marées - Galilée n'a également pris aucun intérêt pour les orbites elliptiques des planètes de Kepler. [91] [92] Galilée a continué à argumenter en faveur de sa théorie des marées, la considérant comme la preuve ultime du mouvement de la Terre. [93]

Controverse sur les comètes et L'essayeur

En 1619, Galilée fut mêlé à une controverse avec le père Orazio Grassi, professeur de mathématiques au Jésuite Collegio Romano. Cela a commencé comme une dispute sur la nature des comètes, mais au moment où Galilée avait publié L'essayeur (Il Saggiatore) en 1623, sa dernière salve dans le conflit, il était devenu une controverse beaucoup plus large sur la nature même de la science elle-même. La page de titre du livre décrit Galilée comme philosophe et « Matematico Primario » du Grand-Duc de Toscane. [ citation requise ]

Parce que L'essayeur contient une telle richesse d'idées de Galilée sur la façon dont la science devrait être pratiquée, on l'a appelé son manifeste scientifique. [94] [95] Au début de 1619, le père Grassi avait publié anonymement une brochure, Une dispute astronomique sur les trois comètes de l'année 1618, [96] qui discutait de la nature d'une comète apparue fin novembre de l'année précédente. Grassi a conclu que la comète était un corps ardent qui s'était déplacé le long d'un segment d'un grand cercle à une distance constante de la terre, [97] [98] et comme elle se déplaçait dans le ciel plus lentement que la Lune, elle devait être plus loin loin que la Lune. [ citation requise ]

Les arguments et les conclusions de Grassi ont été critiqués dans un article ultérieur, Discours sur les comètes, [99] publié sous le nom d'un des disciples de Galilée, un avocat florentin nommé Mario Guiducci, bien qu'il ait été en grande partie écrit par Galilée lui-même. [100] Galileo et Guiducci n'ont offert aucune théorie définitive sur la nature des comètes, [101] [102] bien qu'ils aient présenté quelques conjectures provisoires qui sont maintenant connues pour être erronées. (L'approche correcte de l'étude des comètes avait été proposée à l'époque par Tycho Brahe.) Dans son passage d'ouverture, Galilée et Guiducci Discours a insulté gratuitement le jésuite Christoph Scheiner, [103] [104] [105] et diverses remarques peu flatteuses sur les professeurs du Collegio Romano ont été éparpillées dans l'ouvrage. [103] Les jésuites ont été offensés, [103] [102] et Grassi a rapidement répondu avec un tract polémique de son cru, L'équilibre astronomique et philosophique, [106] sous le pseudonyme de Lothario Sarsio Sigensano, [107] prétendant être l'un de ses propres élèves. [ citation requise ]

L'essayeur fut la réponse dévastatrice de Galilée à la Équilibre astronomique. [108] Il a été largement reconnu comme un chef-d'œuvre de la littérature polémique, [109] [110] dans lequel les arguments de "Sarsi" sont soumis à un mépris foudroyant. [111] Il a été accueilli avec un large accueil et a particulièrement plu au nouveau pape Urbain VIII, à qui il avait été dédié. [112] A Rome, dans la décennie précédente, Barberini, le futur Urbain VIII, s'était rangé du côté de Galilée et de l'Académie lincéenne. [113]

Le différend de Galilée avec Grassi a définitivement aliéné de nombreux jésuites [114] et Galilée et ses amis étaient convaincus qu'ils étaient responsables de sa condamnation ultérieure [115], bien que les preuves à l'appui ne soient pas concluantes. [116] [117]

Controverse sur l'héliocentrisme

Au moment du conflit de Galilée avec l'Église, la majorité des gens instruits souscrivait à la vision géocentrique aristotélicienne selon laquelle la Terre est le centre de l'Univers et l'orbite de tous les corps célestes, ou le nouveau système de Tycho Brahe mélangeant géocentrisme et héliocentrisme. [118] [119] L'opposition à l'héliocentrisme et aux écrits de Galilée à son sujet combinait des objections religieuses et scientifiques. L'opposition religieuse à l'héliocentrisme est née de passages bibliques impliquant la nature fixe de la Terre. [d] L'opposition scientifique est venue de Brahe, qui a soutenu que si l'héliocentrisme était vrai, une parallaxe stellaire annuelle devrait être observée, bien qu'aucune ne l'était à l'époque. [e] Aristarque et Copernic avaient correctement postulé que la parallaxe était négligeable parce que les étoiles étaient si éloignées. Cependant, Tycho a rétorqué que puisque les étoiles semblent avoir une taille angulaire mesurable, si les étoiles étaient si éloignées et que leur taille apparente est due à leur taille physique, elles seraient bien plus grandes que le Soleil. En fait, il n'est pas possible d'observer la taille physique des étoiles lointaines sans les télescopes modernes. [121] [f]

Galilée a défendu l'héliocentrisme sur la base de ses observations astronomiques de 1609. En décembre 1613, la grande-duchesse Christine de Florence a confronté l'un des amis et disciples de Galilée, Benedetto Castelli, avec des objections bibliques au mouvement de la Terre. [g] Poussé par cet incident, Galilée écrivit une lettre à Castelli dans laquelle il affirmait que l'héliocentrisme n'était en fait pas contraire aux textes bibliques et que la Bible était une autorité sur la foi et la morale, pas sur la science. Cette lettre n'a pas été publiée, mais a largement circulé. [122] Deux ans plus tard, Galileo a écrit une lettre à Christina qui a développé ses arguments précédemment avancés en huit pages à quarante pages. [123]

En 1615, les écrits de Galilée sur l'héliocentrisme avaient été soumis à l'Inquisition romaine par le père Niccolò Lorini, qui affirmait que Galilée et ses disciples tentaient de réinterpréter la Bible, ce qui était considéré comme une violation du Concile de Trente et semblait dangereusement comme le protestantisme. [124] Lorini a spécifiquement cité la lettre de Galilée à Castelli. [125] Galilée se rend à Rome pour se défendre et défendre ses idées. Au début de 1616, Monseigneur Francesco Ingoli initia un débat avec Galilée en lui envoyant un essai contestant le système copernicien. Galilée a déclaré plus tard qu'il croyait que cet essai avait joué un rôle dans l'action contre le copernicanisme qui a suivi. [126] Ingoli a peut-être été chargé par l'Inquisition d'écrire une opinion d'expert sur la controverse, l'essai fournissant la base des actions de l'Inquisition. [127] L'essai s'est concentré sur dix-huit arguments physiques et mathématiques contre l'héliocentrisme. Il empruntait principalement aux arguments de Tycho Brahe, notamment que l'héliocentrisme nécessiterait les étoiles car elles semblaient beaucoup plus grandes que le Soleil. [h] L'essai comprenait aussi quatre arguments théologiques, mais Ingoli a suggéré à Galilée de se concentrer sur les arguments physiques et mathématiques, et il n'a pas mentionné les idées bibliques de Galilée. [129]

En février 1616, une commission inquisitoriale déclara que l'héliocentrisme était « stupide et absurde en philosophie, et formellement hérétique puisqu'il contredit explicitement dans de nombreux endroits le sens de l'Écriture Sainte ». L'Inquisition a constaté que l'idée du mouvement de la Terre « reçoit le même jugement en philosophie et. en ce qui concerne la vérité théologique, elle est au moins erronée dans la foi ». [130] Le pape Paul V a chargé le cardinal Bellarmin de remettre cette découverte à Galilée, et de lui ordonner d'abandonner l'héliocentrisme. Le 26 février, Galilée fut appelé à la résidence de Bellarmin et sommé « d'abandonner complètement... l'opinion selon laquelle le soleil est immobile au centre du monde et la Terre se déplace, et désormais de ne plus le retenir, l'enseigner ou le défendre de quelque manière que ce soit. , soit oralement, soit par écrit." [131] Le décret de la Congrégation de l'Index interdit la De Revolutionibus et autres travaux héliocentriques jusqu'à correction. [131]

Au cours de la décennie suivante, Galilée est resté bien à l'écart de la controverse. Il a relancé son projet d'écrire un livre sur le sujet, encouragé par l'élection du cardinal Maffeo Barberini comme pape Urbain VIII en 1623. Barberini était un ami et un admirateur de Galilée, et s'était opposé à l'avertissement de Galilée en 1616. Le livre résultant de Galilée, Dialogue concernant les deux principaux systèmes mondiaux, a été publié en 1632, avec l'autorisation formelle de l'Inquisition et la permission papale. [132]

Plus tôt, le pape Urbain VIII avait personnellement demandé à Galilée de donner des arguments pour et contre l'héliocentrisme dans le livre, et de faire attention à ne pas préconiser l'héliocentrisme. Que ce soit à son insu ou délibérément, Simplicio, le défenseur de la vision géocentrique aristotélicienne dans Dialogue concernant les deux principaux systèmes mondiaux, était souvent pris dans ses propres erreurs et passait parfois pour un imbécile. En effet, bien que Galilée précise dans la préface de son livre que le personnage porte le nom d'un célèbre philosophe aristotélicien (Simplicius en latin, "Simplicio" en italien), le nom "Simplicio" en italien a aussi la connotation de "simplicio". [133] [134] Cette représentation de Simplicio a fait Dialogue concernant les deux principaux systèmes mondiaux apparaissent comme un livre de plaidoyer : une attaque contre le géocentrisme aristotélicien et la défense de la théorie copernicienne. [ citation requise ]

La plupart des historiens conviennent que Galilée n'a pas agi par méchanceté et s'est senti aveuglé par la réaction à son livre. [i] Cependant, le pape n'a pas pris à la légère le ridicule public suspecté, ni le plaidoyer copernicien. [ citation requise ]

Galilée s'était aliéné l'un de ses plus grands et des plus puissants partisans, le pape, et fut appelé à Rome pour défendre ses écrits [138] en septembre 1632. Il arriva finalement en février 1633 et fut traduit devant l'inquisiteur Vincenzo Maculani pour être inculpé. Tout au long de son procès, Galilée a fermement maintenu que depuis 1616, il avait fidèlement tenu sa promesse de ne tenir aucune des opinions condamnées, et au début, il a nié même les défendre. Cependant, il a finalement été persuadé d'admettre que, contrairement à sa véritable intention, un lecteur de son Dialogue aurait bien pu avoir l'impression qu'il se voulait une défense du copernicanisme. Compte tenu du déni plutôt invraisemblable de Galilée qu'il ait jamais eu des idées coperniciennes après 1616 ou qu'il ait jamais eu l'intention de les défendre dans le Dialogue, son dernier interrogatoire, en juillet 1633, se termina par des menaces de torture s'il ne disait pas la vérité, mais il maintint son dénégation malgré la menace. [139] [140] [141]

La sentence de l'Inquisition fut prononcée le 22 juin. Il était en trois parties essentielles :

  • Galilée a été trouvé "avec véhémence suspect d'hérésie" (bien qu'il n'ait jamais été formellement accusé d'hérésie, le soulageant d'un châtiment corporel), à savoir d'avoir soutenu l'opinion que le Soleil est immobile au centre de l'univers, que le La Terre n'est pas en son centre et bouge, et que l'on peut tenir et défendre une opinion comme probable après qu'elle a été déclarée contraire à l'Écriture Sainte. Il était tenu « d'abjurer, de maudire et de détester » ces opinions. [143][144][145][146]
  • Il a été condamné à l'emprisonnement formel au gré de l'Inquisition. [147] Le lendemain, cela a été commué en assignation à résidence, sous laquelle il est resté pour le reste de sa vie. [148]
  • Son délit Dialogue a été interdit et dans une action non annoncée au procès, la publication de ses œuvres a été interdite, y compris celles qu'il pourrait écrire à l'avenir. [149][150]

Selon la légende populaire, après avoir abjuré sa théorie selon laquelle la Terre tournait autour du Soleil, Galilée aurait murmuré la phrase rebelle "Et pourtant elle bouge".Une peinture des années 1640 du peintre espagnol Bartolomé Esteban Murillo ou d'un artiste de son école, dans laquelle les mots ont été cachés jusqu'aux travaux de restauration en 1911, représente un Galilée emprisonné regardant apparemment les mots "E pur si muove" écrits sur le mur de son donjon. Le premier récit écrit connu de la légende date d'un siècle après sa mort, mais Stillman Drake écrit « qu'il ne fait aucun doute maintenant que les mots célèbres étaient déjà attribués à Galilée avant sa mort ». [151]

Après une période avec l'ami Ascanio Piccolomini (l'archevêque de Sienne), Galilée fut autorisé à retourner dans sa villa d'Arcetri près de Florence en 1634, où il passa une partie de sa vie en résidence surveillée. Galilée reçut l'ordre de lire les sept psaumes de pénitence une fois par semaine pendant les trois années suivantes. Cependant, sa fille Maria Celeste l'a soulagé du fardeau après avoir obtenu la permission ecclésiastique de le prendre sur elle. [152]

C'est pendant que Galilée était assigné à résidence qu'il se consacra à l'une de ses plus belles œuvres, Deux nouvelles sciences. Il résumait ici les travaux qu'il avait effectués une quarantaine d'années plus tôt, sur les deux sciences désormais appelées cinématique et résistance des matériaux, publiés en Hollande pour éviter la censure. Ce livre a été très apprécié par Albert Einstein. [153] À la suite de ce travail, Galilée est souvent appelé le "père de la physique moderne". Il est devenu complètement aveugle en 1638 et souffrait d'une hernie douloureuse et d'insomnie, il a donc été autorisé à se rendre à Florence pour un avis médical. [14]

Dava Sobel soutient qu'avant le procès et le jugement de Galilée pour hérésie en 1633, le pape Urbain VIII était devenu préoccupé par les intrigues de la cour et les problèmes d'État, et commençait à craindre des persécutions ou des menaces pour sa propre vie. Dans ce contexte, Sobel soutient que le problème de Galilée a été présenté au pape par des initiés de la cour et des ennemis de Galilée. Accusé de faiblesse dans la défense de l'église, Urbain a réagi contre Galilée par colère et par peur. [154]

Galilée continua à recevoir des visiteurs jusqu'en 1642, date à laquelle, après avoir souffert de fièvre et de palpitations cardiaques, il mourut le 8 janvier 1642, à l'âge de 77 ans. [14] [155] Le grand-duc de Toscane, Ferdinand II, voulut l'enterrer dans le corps principal de la basilique de Santa Croce, à côté des tombeaux de son père et d'autres ancêtres, et d'ériger un mausolée de marbre en son honneur. [156] [157]

Ces plans ont été abandonnés, cependant, après que le pape Urbain VIII et son neveu, le cardinal Francesco Barberini, aient protesté, [156] [157] [158] parce que Galilée avait été condamné par l'Église catholique pour "soupçon véhément d'hérésie". [159] Il est plutôt enterré dans une petite pièce attenante à la chapelle des novices, au bout d'un couloir allant du transept sud de la basilique à la sacristie. [156] [160] Il a été réinhumé dans le corps principal de la basilique en 1737 après qu'un monument y ait été érigé en son honneur [161] [162] lors de ce déménagement, trois doigts et une dent ont été retirés de ses restes. [163] Ces doigts sont actuellement exposés au Museo Galileo de Florence, en Italie. [164]

Méthodes scientifiques

Galilée a apporté des contributions originales à la science du mouvement grâce à une combinaison innovante d'expérience et de mathématiques. [165] Plus typiques de la science à l'époque étaient les études qualitatives de William Gilbert, sur le magnétisme et l'électricité. Le père de Galilée, Vincenzo Galilei, luthiste et théoricien de la musique, avait réalisé des expériences établissant peut-être la plus ancienne relation non linéaire connue en physique : pour une corde tendue, la hauteur varie comme la racine carrée de la tension. [166] Ces observations s'inscrivaient dans le cadre de la tradition musicale pythagoricienne, bien connue des facteurs d'instruments, qui incluait le fait que la division d'une corde par un nombre entier produit une gamme harmonieuse. Ainsi, une quantité limitée de mathématiques avait longtemps lié la musique et les sciences physiques, et le jeune Galilée pouvait voir les observations de son propre père s'étendre sur cette tradition. [167]

Galilée a été l'un des premiers penseurs modernes à affirmer clairement que les lois de la nature sont mathématiques. Dans L'essayeur, il a écrit « La philosophie est écrite dans ce grand livre, l'univers. Elle est écrite dans le langage des mathématiques, et ses caractères sont des triangles, des cercles et d'autres figures géométriques. » [168] Ses analyses mathématiques sont un développement ultérieur d'un tradition employée par les philosophes naturels de la scolastique tardive, que Galilée a apprise lorsqu'il a étudié la philosophie. [169] Son travail a marqué une autre étape vers la séparation éventuelle de la science à la fois de la philosophie et de la religion, un développement majeur dans la pensée humaine. Il était souvent disposé à changer d'avis en fonction de l'observation. Afin de réaliser ses expériences, Galilée a dû établir des normes de durée et de temps, afin que les mesures effectuées à différents jours et dans différents laboratoires puissent être comparées de manière reproductible. Cela a fourni une base fiable sur laquelle confirmer les lois mathématiques en utilisant le raisonnement inductif. [ citation requise ]

Galilée a montré une appréciation moderne de la relation appropriée entre les mathématiques, la physique théorique et la physique expérimentale. Il comprenait la parabole, à la fois en termes de sections coniques et en termes d'ordonnée (y) variant comme le carré de l'abscisse (x). Galilée a en outre affirmé que la parabole était la trajectoire théoriquement idéale d'un projectile uniformément accéléré en l'absence de résistance de l'air ou d'autres perturbations. Il a concédé qu'il y a des limites à la validité de cette théorie, notant pour des raisons théoriques qu'une trajectoire de projectile d'une taille comparable à celle de la Terre ne pourrait pas être une parabole, [170] [171] [172] mais il a néanmoins soutenu que pour des distances allant jusqu'à la portée de l'artillerie de son temps, la déviation de la trajectoire d'un projectile par rapport à une parabole ne serait que très faible. [170] [173] [174]

Astronomie

Dans l'observation de 1604 par Galilée de la supernova de Kepler et sa conclusion qu'il s'agissait d'un groupe d'étoiles lointaines, Galilée a réfuté la notion aristotélicienne de l'immuabilité des cieux. [42]

À l'aide de sa lunette astronomique, Galilée a observé à la fin de 1609 que la surface de la Lune n'est pas lisse. [37] Au début de l'année suivante, il a observé les quatre plus grandes lunes de Jupiter. [52] Plus tard en 1610, il a observé les phases de Vénus—une preuve d'héliocentrisme—ainsi que Saturne, bien qu'il ait pensé que les anneaux de la planète étaient deux autres planètes. [63] En 1612, il a observé Neptune et a noté son mouvement, mais ne l'a pas identifié comme une planète. [65]

Galilée a fait des études sur les taches solaires, [66] la Voie lactée, et a fait diverses observations sur les étoiles, y compris comment mesurer leur taille apparente sans télescope. [75] [76] [77]

Ingénierie

Galilée a apporté un certain nombre de contributions à ce que l'on appelle aujourd'hui l'ingénierie, par opposition à la physique pure. Entre 1595 et 1598, Galilée a conçu et amélioré une boussole géométrique et militaire adaptée à l'usage des artilleurs et des arpenteurs. Cela s'est étendu sur des instruments antérieurs conçus par Niccolò Tartaglia et Guidobaldo del Monte. Pour les artilleurs, il offrait, en plus d'un moyen nouveau et plus sûr d'élever les canons avec précision, un moyen de calculer rapidement la charge de poudre à canon pour les boulets de canon de différentes tailles et matériaux. En tant qu'instrument géométrique, il permettait la construction de n'importe quel polygone régulier, le calcul de l'aire de n'importe quel polygone ou secteur circulaire, et une variété d'autres calculs. Sous la direction de Galilée, le facteur d'instruments Marc'Antonio Mazzoleni a produit plus de 100 de ces boussoles, que Galilée a vendues (avec un manuel d'instructions qu'il a écrit) pour 50 lire et a offert un cours d'instruction sur l'utilisation des boussoles à 120 lire. [175]

En 1593, Galilée a construit un thermomètre, utilisant l'expansion et la contraction de l'air dans une ampoule pour déplacer l'eau dans un tube attaché. [ citation requise ]

En 1609, Galilée fut, avec l'Anglais Thomas Harriot et d'autres, parmi les premiers à utiliser une lunette astronomique comme instrument pour observer les étoiles, les planètes ou les lunes. Le nom "télescope" a été inventé pour l'instrument de Galilée par un mathématicien grec, Giovanni Demisiani, [176] [177] lors d'un banquet organisé en 1611 par le prince Federico Cesi pour faire de Galilée un membre de son Accademia dei Lincei. [178] En 1610, il a utilisé un télescope à courte portée pour agrandir les parties des insectes. [179] [180] En 1624, Galilée avait utilisé un microscope composé. Il donna un de ces instruments au cardinal Zollern en mai de la même année pour le présenter au duc de Bavière [181] et en septembre, il en envoya un autre au prince Cesi. [182] Les Linceans ont de nouveau joué un rôle en nommant le "microscope" un an plus tard lorsque Giovanni Faber, membre de l'académie, a inventé le mot pour l'invention de Galilée à partir des mots grecs μικρόν (micron) signifiant "petit", et σκοπεῖν (skopein) signifiant "regarder". Le mot était censé être analogue à "télescope". [183] ​​[184] Les illustrations d'insectes réalisées à l'aide d'un des microscopes de Galilée et publiées en 1625 semblent avoir été la première documentation claire de l'utilisation d'un microscope composé. [182]

En 1612, après avoir déterminé les périodes orbitales des satellites de Jupiter, Galilée proposa qu'avec une connaissance suffisamment précise de leurs orbites, on pourrait utiliser leurs positions comme une horloge universelle, ce qui rendrait possible la détermination de la longitude. Il a travaillé sur ce problème de temps en temps pendant le reste de sa vie, mais les problèmes pratiques étaient graves. La méthode a été appliquée avec succès pour la première fois par Giovanni Domenico Cassini en 1681 et a ensuite été largement utilisée pour les grands relevés terrestres. Cette méthode, par exemple, a été utilisée pour étudier la France, et plus tard par Zebulon Pike du Midwest des États-Unis en 1806. Pour la navigation maritime, là où les observations télescopiques délicates étaient plus difficiles, le problème de la longitude a finalement nécessité le développement d'un chronomètre de marine portable pratique, comme celui de John Harrison. [185] À la fin de sa vie, alors qu'il était totalement aveugle, Galilée a conçu un mécanisme d'échappement pour une horloge à pendule (appelé échappement de Galilée), bien qu'aucune horloge utilisant cela n'ait été construite avant la fabrication de la première horloge à pendule entièrement opérationnelle par Christiaan Huygens dans les années 1650. . [ citation requise ]

Galileo a été invité à plusieurs reprises à donner des conseils sur des projets d'ingénierie pour atténuer les inondations des rivières. En 1630, Mario Guiducci a probablement contribué à s'assurer qu'il était consulté sur un projet de Bartolotti de couper un nouveau canal pour la rivière Bisenzio près de Florence. [186]

La physique

Les travaux théoriques et expérimentaux de Galilée sur les mouvements des corps, ainsi que les travaux largement indépendants de Kepler et René Descartes, étaient un précurseur de la mécanique classique développée par Sir Isaac Newton. Galilée a mené plusieurs expériences avec des pendules. On pense généralement (grâce à la biographie de Vincenzo Viviani) que ceux-ci ont commencé par regarder les balançoires du lustre en bronze de la cathédrale de Pise, en utilisant son pouls comme minuterie. Des expériences ultérieures sont décrites dans son Deux nouvelles sciences. Galilée a affirmé qu'un pendule simple est isochrone, c'est-à-dire que ses oscillations prennent toujours le même temps, indépendamment de l'amplitude. En fait, ce n'est qu'approximativement vrai, [187] comme l'a découvert Christiaan Huygens. Galilée a également constaté que le carré de la période varie directement avec la longueur du pendule. Le fils de Galilée, Vincenzo, a dessiné une horloge basée sur les théories de son père en 1642. L'horloge n'a jamais été construite et, en raison des grandes oscillations requises par son échappement à verge, aurait été un mauvais chronométreur. [ citation requise ]

Galilée est moins connu, mais toujours crédité, étant l'un des premiers à comprendre la fréquence sonore. En grattant un ciseau à différentes vitesses, il a lié la hauteur du son produit à l'espacement des sauts du ciseau, une mesure de fréquence. En 1638, Galilée a décrit une méthode expérimentale pour mesurer la vitesse de la lumière en faisant en sorte que deux observateurs, chacun ayant des lanternes équipées de volets, observent les lanternes de l'autre à une certaine distance. Le premier observateur ouvre le volet de sa lampe, et le second, en voyant la lumière, ouvre aussitôt le volet de sa propre lanterne. Le temps qui s'écoule entre l'ouverture de l'obturateur du premier observateur et la vision de la lumière de la lampe du second observateur indique le temps que met la lumière pour aller et venir entre les deux observateurs. Galileo a rapporté que lorsqu'il a essayé cela à une distance de moins d'un mile, il n'a pas pu déterminer si la lumière est apparue instantanément ou non. [188] Entre la mort de Galilée et 1667, les membres de la Florentine Académie du Cimento répété l'expérience sur une distance d'environ un mile et obtenu un résultat tout aussi peu concluant. [189] La vitesse de la lumière a depuis été déterminée comme étant beaucoup trop rapide pour être mesurée par de telles méthodes.

Galilée a avancé le principe de base de la relativité, selon lequel les lois de la physique sont les mêmes dans tout système se déplaçant à vitesse constante en ligne droite, quelle que soit sa vitesse ou sa direction. Par conséquent, il n'y a pas de mouvement absolu ou de repos absolu. Ce principe a fourni le cadre de base des lois du mouvement de Newton et est au cœur de la théorie de la relativité restreinte d'Einstein.

Des corps qui tombent

Une biographie de l'élève de Galilée, Vincenzo Viviani, a déclaré que Galilée avait laissé tomber des balles du même matériau, mais de masses différentes, de la tour penchée de Pise pour démontrer que leur temps de descente était indépendant de leur masse. [190] C'était contraire à ce qu'avait enseigné Aristote : que les objets lourds tombent plus vite que les plus légers, en proportion directe avec le poids. [191] [192] Bien que cette histoire ait été racontée dans les récits populaires, Galilée lui-même n'a pas rendu compte d'une telle expérience, et les historiens admettent généralement qu'il s'agissait tout au plus d'une expérience de pensée qui n'a pas eu lieu. [193] Une exception est Drake, [194] qui soutient que l'expérience a eu lieu, plus ou moins comme Viviani l'a décrite. L'expérience décrite a en fait été réalisée par Simon Stevin (communément appelé Stevinus) et Jan Cornets de Groot, [36] bien que le bâtiment utilisé soit en fait le clocher de l'église de Delft en 1586. Cependant, la plupart de ses expériences sur la chute de corps ont été réalisées en utilisant des plans inclinés où les problèmes de synchronisation et de résistance à l'air étaient considérablement réduits. [195] En tout cas, des observations selon lesquelles des objets de taille similaire et de poids différents tombaient à la même vitesse sont documentées dans des travaux dès ceux de Jean Philoponus au VIe siècle et dont Galilée était au courant. [196] [197]

Dans son 1638 Discorsi, le personnage de Galilée, Salviati, largement considéré comme le porte-parole de Galilée, soutenait que tous les poids inégaux tomberaient avec la même vitesse finie dans le vide. Mais cela avait déjà été proposé par Lucrèce [198] et Simon Stevin. [199] Salviati de Cristiano Banti soutenait également que cela pouvait être démontré expérimentalement par la comparaison des mouvements de pendule dans l'air avec des billes de plomb et de liège qui avaient un poids différent mais qui étaient par ailleurs similaires. [ citation requise ]

Galilée a proposé qu'un corps tombant tomberait avec une accélération uniforme, tant que la résistance du milieu à travers lequel il tombait restait négligeable, ou dans le cas limite de sa chute dans le vide. [200] [201] Il a également dérivé la loi cinématique correcte pour la distance parcourue lors d'une accélération uniforme à partir du repos, à savoir qu'elle est proportionnelle au carré du temps écoulé ( t 2 ). [202] [203] Avant Galilée, Nicole Oresme, au 14ème siècle, avait dérivé la loi quadratique pour un changement uniformément accéléré, [204] [205] et Domingo de Soto avait suggéré au 16ème siècle que les corps tombant à travers un milieu homogène serait uniformément accéléré. [202] Soto, cependant, n'a pas anticipé bon nombre des qualifications et des raffinements contenus dans la théorie de la chute des corps de Galilée. Il n'a pas reconnu, par exemple, comme Galilée, qu'un corps ne tomberait avec une accélération strictement uniforme que dans le vide, et qu'autrement il finirait par atteindre une vitesse terminale uniforme. Galilée a exprimé la loi du carré du temps en utilisant des constructions géométriques et des mots mathématiquement précis, en respectant les normes de l'époque. (Il restait aux autres à réexprimer la loi en termes algébriques). [ citation requise ]

Il a également conclu que les objets conserver leur vitesse en l'absence de tout obstacle à leur mouvement, [206] contredisant ainsi l'hypothèse aristotélicienne généralement acceptée selon laquelle un corps ne peut rester dans un mouvement dit « violent », « non naturel » ou « forcé » tant qu'un agent de changement (le « propulseur ») a continué à agir en conséquence. [207] Des idées philosophiques relatives à l'inertie avaient été proposées par John Philoponus et Jean Buridan. Galilée a déclaré : "Imaginez n'importe quelle particule projetée le long d'un plan horizontal sans frottement alors nous savons, d'après ce qui a été plus amplement expliqué dans les pages précédentes, que cette particule se déplacera le long de ce même plan avec un mouvement qui est uniforme et perpétuel, pourvu que la l'avion n'a pas de limites". [208] Ceci a été incorporé dans les lois du mouvement de Newton (première loi), à l'exception de la direction du mouvement : celle de Newton est droite, celle de Galilée est circulaire (par exemple le mouvement des planètes autour du Soleil, qui selon lui, et contrairement à Newton , a lieu en l'absence de gravité). [209]

Mathématiques

Alors que l'application des mathématiques à la physique expérimentale par Galilée était innovante, ses méthodes mathématiques étaient les standards de l'époque, y compris des dizaines d'exemples d'une méthode de racine carrée en proportion inverse transmise par Fibonacci et Archimède. L'analyse et les preuves s'appuyaient fortement sur la théorie eudoxienne des proportions, telle qu'énoncée dans le cinquième livre des Éléments d'Euclide. Cette théorie n'était devenue disponible qu'un siècle auparavant, grâce à des traductions précises de Tartaglia et d'autres, mais à la fin de la vie de Galilée, elle était remplacée par les méthodes algébriques de Descartes. Le concept désormais nommé paradoxe de Galilée n'était pas original chez lui. Sa solution proposée, que les nombres infinis ne peuvent pas être comparés, n'est plus considérée comme utile. [210]

Réévaluations ultérieures de l'Église

L'affaire Galilée a été largement oubliée après la mort de Galilée et la controverse s'est apaisée. L'interdiction de l'Inquisition de réimprimer les œuvres de Galilée a été levée en 1718 lorsque l'autorisation a été accordée de publier une édition de ses œuvres (à l'exclusion du condamné Dialogue) à Florence. [211] En 1741, le pape Benoît XIV a autorisé la publication d'une édition des travaux scientifiques complets de Galilée [212] qui comprenait une version légèrement censurée du Dialogue. [213] [212] En 1758, l'interdiction générale des œuvres prônant l'héliocentrisme a été supprimée de l'Index des livres interdits, bien que l'interdiction spécifique des versions non censurées de la Dialogue et celui de Copernic De Revolutionibus resté. [214] [212] Toutes les traces d'opposition officielle à l'héliocentrisme par l'église ont disparu en 1835 lorsque ces travaux ont finalement été retirés de l'Index. [215] [216]

L'intérêt pour l'affaire Galilée a été ravivé au début du XIXe siècle, lorsque les polémiste protestants l'ont utilisé (ainsi que d'autres événements tels que l'Inquisition espagnole et le mythe de la Terre plate) pour attaquer le catholicisme romain. [9] L'intérêt pour elle a augmenté et diminué depuis. En 1939, le pape Pie XII, dans son premier discours à l'Académie pontificale des sciences, quelques mois après son élection à la papauté, décrivait Galilée comme l'un des "héros de la recherche les plus audacieux". risques en chemin, ni peur des monuments funéraires". [217] Son proche conseiller de 40 ans, le professeur Robert Leiber, a écrit : « Pie XII a pris grand soin de ne fermer aucune porte (à la science) prématurément. Il était énergique sur ce point et le regrettait dans le cas de Galilée. [218]

Le 15 février 1990, dans un discours prononcé à l'Université La Sapienza de Rome, [219] [220] le cardinal Ratzinger (futur Pape Benoît XVI) a cité certaines vues actuelles sur l'affaire Galilée comme formant ce qu'il a appelé « un cas symptomatique qui nous permet pour voir à quel point le doute de soi de l'ère moderne, de la science et de la technologie va aujourd'hui". [221] Certaines des opinions qu'il a citées étaient celles du philosophe Paul Feyerabend, qu'il a cité comme disant : « L'Église à l'époque de Galilée s'en tenait beaucoup plus à la raison que Galilée lui-même, et elle a pris en considération les aussi les conséquences sociales de l'enseignement de Galilée. Son verdict contre Galilée était rationnel et juste et la révision de ce verdict ne peut être justifiée que par ce qui est politiquement opportun." [221] Le Cardinal n'a pas clairement indiqué s'il était d'accord ou en désaccord avec les affirmations de Feyerabend. Il a cependant déclaré : « Il serait insensé de construire une apologétique impulsive sur la base de telles opinions. » [221]

Le 31 octobre 1992, le pape Jean-Paul II a reconnu que l'Église avait commis une erreur en condamnant Galilée pour avoir affirmé que la Terre tournait autour du Soleil. "Jean-Paul a dit que les théologiens qui ont condamné Galilée ne reconnaissaient pas la distinction formelle entre la Bible et son interprétation." [222]

En mars 2008, le directeur de l'Académie pontificale des sciences, Nicola Cabibbo, a annoncé un plan pour honorer Galilée en érigeant une statue de lui à l'intérieur des murs du Vatican. [223] En décembre de la même année, lors d'événements marquant le 400e anniversaire des premières observations télescopiques de Galilée, le pape Benoît XVI a loué ses contributions à l'astronomie. [224] Un mois plus tard, cependant, le chef du Conseil pontifical pour la culture, Gianfranco Ravasi, a révélé que le projet d'ériger une statue de Galilée sur le terrain du Vatican avait été suspendu. [225]

Impact sur la science moderne

Selon Stephen Hawking, Galilée porte probablement plus que quiconque la responsabilité de la naissance de la science moderne [226] et Albert Einstein l'a appelé le père de la science moderne. [227] [228]

Les découvertes astronomiques et les enquêtes de Galilée sur la théorie copernicienne ont conduit à un héritage durable qui comprend la catégorisation des quatre grandes lunes de Jupiter découvertes par Galilée (Io, Europe, Ganymède et Callisto) comme les lunes galiléennes. D'autres efforts et principes scientifiques sont nommés d'après Galileo, y compris le vaisseau spatial Galileo, [229] le premier vaisseau spatial à entrer en orbite autour de Jupiter, le système mondial de navigation par satellite Galileo proposé, la transformation entre les systèmes inertiels en mécanique classique notée transformation galiléenne et le Gal (unité ), parfois connu sous le nom de Galilée, qui est une unité d'accélération non SI. [ citation requise ]

En partie parce que l'année 2009 était le quatrième centenaire des premières observations astronomiques enregistrées par Galilée avec le télescope, les Nations Unies l'ont programmée pour être l'Année internationale de l'astronomie. [230] Un plan global a été établi par l'Union astronomique internationale (UAI), également approuvé par l'UNESCO, l'organisme des Nations Unies responsable des questions éducatives, scientifiques et culturelles. L'Année internationale de l'astronomie 2009 se voulait une célébration mondiale de l'astronomie et de ses contributions à la société et à la culture, stimulant l'intérêt mondial non seulement pour l'astronomie mais pour la science en général, avec une orientation particulière vers les jeunes. [ citation requise ]

La planète Galileo et l'astéroïde 697 Galilea sont nommés en son honneur. [ citation requise ]

Dans les médias artistiques et populaires

Galileo est mentionné à plusieurs reprises dans la section "opéra" de la chanson de Queen, "Bohemian Rhapsody". [231] Il figure en bonne place dans la chanson "Galileo" interprétée par les Indigo Girls et "Galileo" d'Amy Grant sur elle Coeur en mouvement album. [232]

Des pièces de théâtre du XXe siècle ont été écrites sur la vie de Galilée, notamment La vie de Galilée (1943) du dramaturge allemand Bertolt Brecht, avec une adaptation cinématographique (1975) de celui-ci, et Lampe à minuit (1947) de Barrie Stavis, [233] ainsi que la pièce de 2008 "Galileo Galilei". [234]

Kim Stanley Robinson a écrit un roman de science-fiction intitulé Le rêve de Galilée (2009), dans lequel Galilée est amené dans le futur pour aider à résoudre une crise de la philosophie scientifique, l'histoire va et vient entre le temps de Galilée et un futur lointain hypothétique et contient de nombreuses informations biographiques. [235]

Galileo Galilei a récemment été sélectionné comme motif principal d'une pièce de collection de grande valeur : la pièce commémorative de 25 € de l'Année internationale de l'astronomie, frappée en 2009. Cette pièce commémore également le 400e anniversaire de l'invention du télescope de Galilée. L'avers montre une partie de son portrait et son télescope. L'arrière-plan montre l'un de ses premiers dessins de la surface de la lune. Dans l'anneau d'argent, d'autres télescopes sont représentés : le télescope Isaac Newton, l'observatoire de l'abbaye de Kremsmünster, un télescope moderne, un radiotélescope et un télescope spatial. En 2009, le Galiléoscope est également sorti. Il s'agit d'un télescope éducatif de 2 pouces (51 mm) produit en série, à faible coût et d'une qualité relativement élevée. [ citation requise ]

Les premiers travaux de Galilée décrivant des instruments scientifiques comprennent le tract de 1586 intitulé Le petit équilibre (La Billancetta) décrivant une balance précise pour peser des objets dans l'air ou dans l'eau [236] et le manuel imprimé 1606 Le Operazioni del Compasso Geometrico et Militare sur le fonctionnement d'un compas géométrique et militaire. [237]

Ses premiers travaux sur la dynamique, la science du mouvement et la mécanique étaient ses environ 1590 Pise De Motu (On Motion) et son environ 1600 Padoue Le Meccaniche (Mécanique). La première était basée sur la dynamique des fluides aristotélicienne et archimédienne et soutenait que la vitesse de chute gravitationnelle dans un milieu fluide était proportionnelle à l'excès du poids spécifique d'un corps par rapport à celui du milieu, de sorte que dans le vide, les corps tomberaient à des vitesses proportionnelles à leurs poids spécifiques. Il a également souscrit à la dynamique de l'élan philoponien dans laquelle l'élan s'auto-dissipe et la chute libre dans le vide aurait une vitesse terminale essentielle en fonction du poids spécifique après une période initiale d'accélération. [ citation requise ]

Galilée 1610 Le messager étoilé (Sidereus Noncius) a été le premier traité scientifique à être publié sur la base d'observations faites au télescope. Il a rapporté ses découvertes de:

  • les lunes galiléennes
  • la rugosité de la surface de la Lune
  • l'existence d'un grand nombre d'étoiles invisibles à l'œil nu, notamment celles responsables de l'apparition de la Voie lactée
  • différences entre les apparences des planètes et celles des étoiles fixes - les premières apparaissant sous forme de petits disques, tandis que les secondes apparaissaient sous forme de points lumineux non grossis

Galilée a publié une description des taches solaires en 1613 intitulée Lettres sur les taches solaires suggérant que le Soleil et les cieux sont corruptibles. [238] Le Lettres sur les taches solaires a également rapporté ses 1610 observations télescopiques de l'ensemble complet des phases de Vénus, et sa découverte des "appendices" déroutants de Saturne et de leur disparition ultérieure encore plus déroutante. En 1615, Galilée prépara un manuscrit connu sous le nom de "Lettre à la Grande-Duchesse Christine" qui ne fut publié sous forme imprimée qu'en 1636. Cette lettre était une version révisée de la Lettre à Castelli, qui a été dénoncé par l'Inquisition comme une incursion sur la théologie en prônant le copernicanisme à la fois comme physiquement vrai et comme conforme à l'Écriture. [239] En 1616, après l'ordre de l'Inquisition pour Galilée de ne pas tenir ou défendre la position copernicienne, Galilée écrivit le "Discours sur les marées" (Discorso sul flusso e il reflusso del mare) basée sur la terre copernicienne, sous la forme d'une lettre privée au cardinal Orsini. [240] En 1619, Mario Guiducci, élève de Galilée, publia une conférence écrite en grande partie par Galilée sous le titre Discours sur les comètes (Discorso Delle Comete), s'opposant à l'interprétation jésuite des comètes. [241]

En 1623, Galilée publie L'Essayeur — Il Saggiatore, qui attaquait les théories fondées sur l'autorité d'Aristote et encourageait l'expérimentation et la formulation mathématique d'idées scientifiques. Le livre a eu un grand succès et a même trouvé du soutien parmi les échelons supérieurs de l'église chrétienne. [242] Suite au succès de L'essayeur, Galilée a publié le Dialogue concernant les deux principaux systèmes mondiaux (Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo) en 1632. Malgré le souci de respecter les instructions de l'Inquisition de 1616, les affirmations du livre en faveur de la théorie copernicienne et d'un modèle non géocentrique du système solaire ont conduit Galilée à être jugé et interdit de publication. Malgré l'interdiction de publication, Galilée a publié son Discours et démonstrations mathématiques relatifs à deux sciences nouvelles (Discorsi e Dimostrazioni Matematiche, intorno a due nuove scienze) en 1638 en Hollande, hors juridiction de l'Inquisition. [ citation requise ]


Cosmologie

L'échelle de temps cosmologique: L'échelle de temps cosmologique en forme de cloche familière, donnant l'histoire de l'univers du Big Bang à nos jours, par incréments logarithmiques ou quasi-logarithmiques, est aussi familière aux connaisseurs de la science que l'échelle de temps géologique, le tableau périodique des éléments et l'évolution arbre de la vie. Comme l'échelle des temps géologiques, et peut-être s'en inspirant, le temps est divisé en unités arbitraires, ici aussi appelées ères ou époques, bien que les termes respectifs ne soient pas homologues (euh, je veux dire synonymes). Contrairement à l'échelle de temps géologique, qui par convention part du bas et remonte (du fait de son origine dans la géologie et la stratigraphie du XIXe siècle), l'échelle de temps cosmologique n'a pas d'orientation formelle. Les diagrammes cosmologiques sur ces pages progressent différemment de haut en bas, de bas en haut (comme dans le diagramme ci-dessus) ou latéralement. Cette échelle de temps est en fait le résultat d'un siècle de recherche en physique, astronomie et cosmologie, comme expliqué dans l'aperçu suivant de l'histoire de la cosmologie MAK110726

Histoire de la cosmologie moderne: adapté de Wikipédia :

La cosmologie moderne s'est développée le long des voies tandem de la théorie et de l'observation. En 1915, Albert Einstein a formulé sa théorie de la relativité générale, qui a fourni une description unifiée de la gravité en tant que propriété géométrique de l'espace et du temps. À l'époque, les physiciens croyaient en un univers parfaitement statique qui n'avait ni début ni fin.

Dans les années 1910, Vesto Slipher (et plus tard Carl Wilhelm Wirtz) a interprété le décalage vers le rouge des nébuleuses spirales comme un décalage Doppler qui indiquait qu'elles s'éloignaient de la Terre. Cependant, il est difficile de déterminer la distance aux objets astronomiques. Une façon consiste à comparer la taille physique d'un objet à sa taille angulaire, mais une taille physique doit être supposée pour ce faire. Une autre méthode consiste à mesurer la luminosité d'un objet et à supposer une luminosité intrinsèque, à partir de laquelle la distance peut être déterminée en utilisant la loi du carré inverse. En raison de la difficulté d'utiliser ces méthodes, ils n'ont pas réalisé que les nébuleuses étaient en fait des galaxies situées en dehors de notre propre Voie lactée, et n'ont pas non plus spéculé sur les implications cosmologiques. En 1927, le prêtre catholique belge Georges Lemaître proposa, sur la base de la récession des nébuleuses spirales, que l'univers commençait par "l'explosion" d'un "atome primitif" - qui fut plus tard appelé le Big Bang. En 1929, Edwin Hubble a fourni une base d'observation pour la théorie de Lemaître. Hubble a montré que les nébuleuses spirales étaient des galaxies en déterminant leurs distances à l'aide de mesures de la luminosité des étoiles variables céphéides. Il a découvert une relation entre le décalage vers le rouge d'une galaxie et sa distance. Il a interprété cela comme une preuve que les galaxies s'éloignent de la Terre dans toutes les directions à des vitesses directement proportionnelles à leur distance. Ce fait est maintenant connu sous le nom de loi de Hubble.

Il y avait deux explications principales avancées pour l'expansion de l'univers. L'une était la théorie du Big Bang de Lemaître, préconisée et développée par George Gamow. L'autre possibilité était le modèle d'état stable de Fred Hoyle dans lequel une nouvelle matière serait créée à mesure que les galaxies s'éloigneraient les unes des autres. Dans ce modèle, l'univers est à peu près le même à tout moment. Pendant un certain nombre d'années, le soutien à ces théories était également divisé. Cependant, les preuves d'observation ont commencé à soutenir l'idée que l'univers a évolué à partir d'un état dense et chaud. La découverte du fond diffus cosmologique en 1965 a fortement soutenu le modèle du Big Bang, et depuis les mesures précises du fond diffus cosmologique par le Cosmic Background Explorer au début des années 1990, peu de cosmologistes ont sérieusement proposé d'autres théories de l'origine et de l'évolution du cosmos. Une conséquence de ceci est que dans la relativité générale standard, l'univers a commencé avec une singularité, comme l'ont démontré Stephen Hawking et Roger Penrose dans les années 1960.

En 1981, Alan Guth propose l'univers inflationniste du Big Bang comme solution possible à l'énigme classique de la cosmologie du Big Bang : pourquoi l'univers apparaît-il plat, homogène (uniforme) et isotrope (le même dans toutes les directions) conformément au principe cosmologique quand s'attendre, sur la base de la physique du Big Bang, à un univers très courbe et hétérogène ? Bien qu'elle ne soit pas parfaite, la théorie de l'inflation résout ces problèmes mieux que les alternatives.

Cosmologie actuelle du Big Bang: À l'idée de base originale ont été ajoutées au cours des trois dernières décennies d'autres découvertes, telles que les âges sombres cosmiques et plusieurs phases de réionisation.

Chronologie de l'Univers, mettant en évidence certains des principaux tournants de l'histoire du cosmos. Diagramme de From Brief History of the Universe Crédit image : NASA/JPL-Caltech. Cette chronologie intègre trois observations différentes : le rayonnement de fond cosmique par micro-ondes (Cosmic Background Explorer et Wilkinson Anisotropy Microwave Probe de la NASA), First Light (le télescope spatial Spitzer de la NASA) et les premières galaxies (Hubble Deep Field et Ultra Deep Field)

D'énormes progrès dans la cosmologie du Big Bang ont été réalisés à la fin des années 1990 et au début du 21e siècle à la suite d'avancées majeures dans la technologie des télescopes combinées à de grandes quantités de données satellitaires, telles que celles de COBE et du télescope spatial Hubble. En 2003, le WMAP de la NASA a pris des images plus détaillées de l'univers au moyen du rayonnement de fond de micro-ondes cosmique. Les images peuvent être interprétées pour indiquer que l'univers a 13,7 milliards d'années (à moins d'un pour cent d'erreur) et que le modèle Lambda-CDM et la théorie de l'inflation sont corrects. Aucune autre théorie cosmologique ne peut encore expliquer un si large éventail de paramètres observés, du rapport des abondances élémentaires dans l'Univers primitif à la structure du fond diffus cosmologique, l'abondance plus élevée observée de noyaux galactiques actifs dans l'Univers primitif et la masses d'amas de galaxies. (Wikipédia)

Quant à l'inflation cosmique, le modèle original de Guth est maintenant considéré comme obsolète, et diverses autres versions de l'inflation ont depuis été proposées, ainsi que des critiques et des alternatives.

Quelques liens : Big Bang Cosmology Primer (intro de base) Une brève histoire de l'univers pour une couverture synoptique plus détaillée Big Bang - Wikipedia (comme prévu, couverture détaillée, beaucoup de références, mais les problèmes habituels d'inégalité et de répétition de l'édition de wiki) Science et raison : Le Big Bang, théorie du Big Bang WMAP.

contenu de MAK110729, citations de Wikipedia. RFVS111026 édité

/>
Sauf indication contraire,
tout le texte original de cette page peut être utilisé selon les termes d'un
Licence Creative Commons.
Cependant, tous les graphiques de cette page sont protégés par le droit d'auteur de leur auteur ou éditeur d'origine, à l'exception de ceux indiqués comme étant du domaine public.

Avenir sans désintégration du proton

Si les protons ne se désintègrent pas, les objets de masse stellaire deviendront toujours des trous noirs, mais plus lentement. La chronologie suivante suppose que la désintégration du proton n'a pas lieu.

> 10 dans 139 ans

L'estimation de 2018 de la durée de vie du modèle standard avant l'effondrement d'un faux vide L'intervalle de confiance à 95 % est de 10 58 à 10 241 ans en raison en partie de l'incertitude concernant la masse du quark top. [43]

Ère dégénérée

La matière se désintègre en fer

Dans 10 500 ans, la fusion froide se produisant par effet tunnel quantique devrait faire fusionner les noyaux légers des objets de masse stellaire en noyaux de fer-56 (voir isotopes du fer). La fission et l'émission de particules alpha devraient également entraîner la désintégration des noyaux lourds en fer, laissant les objets de masse stellaire sous forme de sphères froides de fer, appelées étoiles de fer. [13] Avant que cela ne se produise, chez certaines naines noires, le processus devrait abaisser leur limite de Chandrasekhar, entraînant une supernova dans 10 1100 ans. Le silicium non dégénéré a été calculé pour creuser un tunnel vers le fer dans environ 10 32 000 ans. [49]

L'ère du trou noir

Effondrement des étoiles de fer en trous noirs

L'effet tunnel quantique devrait également transformer de gros objets en trous noirs, qui (à ces échelles de temps) s'évaporeront instantanément en particules subatomiques. Selon les hypothèses retenues, le temps nécessaire pour que cela se produise peut être calculé de 10 10 26 ans à 10 10 76 ans. L'effet tunnel quantique peut également faire s'effondrer les étoiles de fer en étoiles à neutrons dans environ 10 10 76 ans. [13]

Ère sombre (sans désintégration du proton)


Changement de vitesse pour préserver l'énergie cinétique

Une façon de faire des économies d'énergie est de faire baisser la vitesse de ma lourde balle de ping-pong.Cela signifie que la nouvelle vitesse sera . Les champs à inertie croissante ralentissent les objets, tandis que les champs à inertie décroissante les accélèrent.

Champs de force/armure

On pourrait avoir un champ de force fait d'inertie très élevée qui ralentirait les projectiles entrants. Au début, cela semble inutile, car une fois qu'ils sont passés de l'autre côté, ils accélèrent et feront les mêmes dégâts. Mais nous pourrions bien sûr mettre un tas d'armures dans ce domaine, et le faire résister au projectile. L'énergie cinétique sera la même mais ce sera une collision à plus faible vitesse, ce qui signifie que la force de l'armure a de meilleures chances de l'arrêter (en fait, comme nous le verrons ci-dessous, nous pouvons également utiliser une armure superdense ici). Considérez la différence entre être touché par une balle de fusil ou être lentement mais fortement poignardé par elle : dans ce dernier cas, la force peut être répartie par une bonne armure sur une vaste surface. Certainement une bonne chose pour un opéra spatial.

Vaisseau spatial

Un vaisseau spatial qui veut aller quelque part rapidement pourrait simplement projeter un champ faible autour de lui et augmenter sa vitesse d'un facteur énorme. Cela semble très utile. Mais maintenant, une météorite impactante aura à la fois une vitesse relative élevée, et lorsqu'elle entrera sur le terrain, elle sera stimulée par le même facteur de nouveau: les impacts se produiront à des vitesses multipliées par un tel que mesuré par le navire. Donc, augmenter votre vitesse avec un facteur 1000 vous donnera la poussière qui vous frappera à des vitesses un million de fois plus élevées. Puisque la poussière interplanétaire typique se déplace déjà à quelques km/s, nous parlons d'impacteurs hyperrelativistes. L'armure ci-dessus semble être une bonne chose à avoir…

Notez que toute technologie de réduction d'inertie va améliorer les fusées même s'il n'y a pas d'entraînement sans réaction ou d'autres manigances : vous réduisez simplement l'inertie de la masse de réaction. L'équation de la fusée ne mord plus: bien sûr, votre vaisseau est principalement constitué d'une masse de réaction massive en stockage, mais pour accélérer le vaisseau, il vous suffit de prendre une mesure de cette masse, de restaurer son inertie, de l'expulser et de profiter de l'énorme accélération lorsque le gros moteur pousse l'ensemble du navire à très faible inertie. Il y a juste un hic dans ce cas particulier: lors de la restauration de l'inertie, vous devez en quelque sorte donner à la masse suffisamment d'énergie cinétique pour être au repos par rapport au navire…

Canons

Ce genre d'inertie ne fait pas un grand canon. Je peux certes faire beaucoup accélérer mon projectile dans le canon en baissant son inertie, mais dès qu'il partira il ralentira. Si nous supposons qu'une quantité donnée de force l'accélère le long de la longueur de l'alésage, il captera des Joules d'énergie cinétique du travail effectué par le canon, indépendamment de la masse ou de l'inertie ! La différence peut être la puissance : si vous ne pouvez fournir qu'une certaine énergie par seconde comme dans un pistolet à bobine, il est préférable d'avoir un projectile plus lent dans l'alésage.

La physique

Notez que l'entrée et la sortie d'un champ inertiel induira des contraintes. Une tige métallique entrant dans un champ augmentant l'inertie aura la partie dans le champ se déplaçant plus lentement, repoussant contre la partie non ralentie (encore un plus pour l'armure !). En quittant le terrain, la partie la plus légère à l'extérieur s'éloignera fortement.

Un autre effet du changement de vitesse est que les gaz se comportent différemment. Au début, il semble que changer de vitesse changerait la température (puisque nous avons tendance à penser à la température d'un gaz comme à la vitesse à laquelle les molécules rebondissent), mais en réalité la température cinétique d'un gaz dépend (vous l'avez deviné) de la cinétique moyenne énergie. Cela ne change donc pas du tout. Cependant, la vitesse du son devrait évoluer au fur et à mesure qu'elle devient beaucoup plus élevée dans le champ d'amortissement d'inertie, produisant des effets semblables à ceux de l'hélium. Les molécules d'air à l'intérieur d'un champ à inertie décroissante auraient tendance à sortir plus rapidement que l'air extérieur n'y entrerait, produisant une différence de pression.

La conservation de l'élan est un casse-tête

Changer la vitesse pour conserver l'énergie a malheureusement un inconvénient : la quantité de mouvement n'est pas conservée ! Je lance un objet lourd sur ma machine inertielle à vitesse, quantité de mouvement et énergie, il réduit son inertie et augmente la vitesse à, maintient l'énergie cinétique à, et la quantité de mouvement est maintenant.

Et si nous supposions que le changement de quantité de mouvement vient du champ ou de la machine ? Lorsque je frappe la machine de masse avec un objet, elle subit une force suffisante pour modifier sa vitesse de . Lorsqu'il est réglé pour augmenter l'inertie, il est légèrement repoussé, augmentant potentiellement la vitesse . Lorsqu'il est réglé pour diminuer l'inertie, il est poussé vers l'avant, commençant à se déplacer envers la direction d'où l'objet a percuté. En fait, il peut obtenir des vitesses arbitrairement grandes en réduisant près de 0.

Cela semble étrange. Un élan exigeant et la conservation de l'énergie nécessite (en donnant la formule ci-dessus) et , qui insiste sur le fait que . Il est clair que nous ne pouvons pas avoir les deux.

Je ne sais pas pour vous, mais je préfère conserver l'énergie conservée. C'est plus évident lorsque vous trichez sur la conservation de l'énergie.

Pourtant, comme Einstein l'a souligné en utilisant 4 vecteurs, la conservation de la quantité de mouvement et de l'énergie est profondément enchevêtrée - l'une des raisons pour lesquelles l'inertie n'est pas terriblement probable dans le monde réel est qu'elles ne peux pas être séparé. Nous pourrions bien sûr essayer de conserver 4 impulsions (), ce qui reviendrait à changer à la fois l'énergie et l'impulsion normale en même temps.


Dissoudre le paradoxe de Fermi

The Universe Today a écrit un article sur un article de moi, Toby et Eric sur le paradoxe de Fermi. Le preprint se trouve sur Arxiv (voir aussi nos suppléments : 1,2,3 et 4). Voici un aperçu/FAQ rapide et populaire.

  • La question de Fermi n'est pas un paradoxe : elle en a l'air si l'on est trop confiant dans la façon dont nous connaissons les paramètres de l'équation de Drake.
  • Notre modèle de distribution montre qu'il existe une forte probabilité de vie extraterrestre faible ou nulle, même si nous utilisons les estimations optimistes de la littérature existante (et encore plus si nous utilisons des estimations plus défendables).
  • L'observation de Fermi fait bouger fortement les a priori les plus incertains, renforçant l'hypothèse de vie rare et un grand filtre précoce.
  • Obtenir même un peu plus d'informations peut considérablement mettre à jour notre état de croyance !

Chronologie du futur lointain

Bien que l'avenir ne puisse être prédit avec certitude, la compréhension actuelle dans divers domaines scientifiques permet de prédire certains événements à venir, ne serait-ce que dans les grandes lignes. [1] [2] Ces domaines incluent l'astrophysique, qui a révélé comment les planètes et les étoiles se forment, interagissent et meurent la physique des particules, qui a révélé comment la matière se comporte à la plus petite échelle la biologie évolutive, qui prédit comment la vie évoluera au fil du temps et de la plaque tectonique, qui montre comment les continents se déplacent au cours des millénaires.

Toutes les projections de l'avenir de la Terre, du système solaire et de l'univers doivent tenir compte de la deuxième loi de la thermodynamique, qui stipule que l'entropie, ou une perte d'énergie disponible pour effectuer un travail, doit augmenter avec le temps. [3] Les étoiles finiront par épuiser leur réserve d'hydrogène et s'épuiser. Des rencontres rapprochées entre des objets astronomiques projetant gravitationnellement des planètes de leurs systèmes stellaires et des systèmes stellaires de galaxies. [4]

Les physiciens s'attendent à ce que la matière elle-même finisse par subir l'influence de la désintégration radioactive, car même les matériaux les plus stables se décomposent en particules subatomiques. [5] Les données actuelles suggèrent que l'univers a une géométrie plate (ou très proche de l'aplat), et donc ne s'effondrera pas sur lui-même après un temps fini, [6] et l'avenir infini permet l'apparition d'un certain nombre de événements improbables, comme la formation des cerveaux de Boltzmann. [7]

Les chronologies affichées ici couvrent les événements du début du 4e millénaire (qui commence en 3001 de notre ère) jusqu'aux confins du temps futur. Un certain nombre d'événements futurs alternatifs sont répertoriés pour tenir compte des questions encore non résolues, telles que l'extinction des humains, la désintégration des protons et la survie de la Terre lorsque le Soleil s'étendra pour devenir une géante rouge.

La Terre, le système solaire et l'univers

Il y a des années Événement
2,000 La durée moyenne d'un jour solaire est susceptible de dépasser 86 400¹⁄₃₀ secondes SI en raison des marées lunaires qui ralentissent la rotation de la Terre, ce qui rend la norme UTC actuelle consistant à insérer une seconde intercalaire uniquement à la fin d'un mois UTC insuffisante pour maintenir UTC dans un seconde de UT1 à tout moment. Pour compenser, soit des secondes intercalaires devront être ajoutées à plusieurs reprises au cours du mois, soit plusieurs secondes intercalaires devront être ajoutées à la fin de certains ou de tous les mois. [8]
10,000 Si une défaillance du "bouchon de glace" du bassin sous-glaciaire de Wilkes au cours des prochains siècles devait mettre en danger la calotte glaciaire de l'Antarctique de l'Est, il faudrait aussi longtemps pour fondre complètement. Le niveau de la mer monterait de 3 à 4 mètres. [9] L'un des effets potentiels à long terme du réchauffement climatique, est distinct de la menace à plus court terme de la calotte glaciaire de l'Antarctique occidental.
10 000 [note 1] La supergéante rouge Antares aura probablement explosé en supernova. L'explosion devrait être facilement visible sur Terre à la lumière du jour. [dix]
13,000 À ce stade, à mi-chemin du cycle de précession, l'inclinaison axiale de la Terre sera inversée, provoquant l'arrivée de l'été et de l'hiver sur les côtés opposés de l'orbite terrestre. Cela signifie que les saisons dans l'hémisphère nord, qui connaissent des variations saisonnières plus prononcées en raison d'un pourcentage plus élevé de terres, seront encore plus extrêmes, car elles seront tournées vers le Soleil au périhélie de la Terre et loin du Soleil à l'aphélie. [11]
15,000 Selon la théorie de la pompe du Sahara, la précession des pôles terrestres déplacera la mousson nord-africaine suffisamment au nord pour reconvertir le Sahara à un climat tropical, comme il y a 5 000 à 10 000 ans. [12] [13]
17 000 [note 1] Meilleur taux de récurrence pour une éruption supervolcanique « menaçant la civilisation » assez grande pour cracher 1 000 gigatonnes de matière pyroclastique. [14] [15]
25,000 La calotte glaciaire polaire martienne nord pourrait reculer alors que Mars atteindra un pic de réchauffement de l'hémisphère nord au cours du c. Aspect de précession du périhélie de 50 000 ans de son cycle de Milankovitch. [16] [17]
36,000 La petite naine rouge Ross 248 passera à moins de 3,024 années-lumière de la Terre, devenant l'étoile la plus proche du Soleil. [18] Il reculera après environ 8 000 ans, faisant d'abord d'Alpha Centauri (encore une fois) puis de Gliese 445 les étoiles les plus proches [18] (voir la chronologie).
50,000 Selon Berger et Loutre (2002), la période interglaciaire actuelle prendra fin, [19] renvoyant la Terre dans une période glaciaire de l'ère glaciaire actuelle, quels que soient les effets du réchauffement climatique anthropique.

Cependant, selon des études plus récentes (2016), les effets du réchauffement climatique anthropique pourraient retarder cette période glaciaire autrement attendue de 50 000 ans supplémentaires, la sautant effectivement. [20]

Les chutes du Niagara auront érodé les 32 km restants jusqu'au lac Érié et cesseront d'exister. [21]

Les nombreux lacs glaciaires du Bouclier canadien auront été effacés par le rebond post-glaciaire et l'érosion. [22]

Même sans extinction de masse, à ce moment-là, la plupart des espèces actuelles auront disparu à cause du taux d'extinction de fond, de nombreux clades évoluant progressivement vers de nouvelles formes. [44] [45]

La collision de l'Afrique avec l'Eurasie fermera le bassin méditerranéen et créera une chaîne de montagnes semblable à l'Himalaya. [49]

Les sommets des Appalaches s'éroderont en grande partie, [50] s'altérant à 5,7 unités Bubnoff, bien que la topographie augmentera en fait à mesure que les vallées régionales s'approfondiront à deux fois ce taux. [51]

À cette époque, la lune Titan de Saturne pourrait atteindre les températures de surface nécessaires à la vie. [104]

L'expansion de l'Univers, en supposant une densité d'énergie sombre constante, multiplie la longueur d'onde du fond diffus cosmologique par 10 29 , dépassant l'échelle de l'horizon lumineux cosmique et rendant indétectable sa preuve du Big Bang. Cependant, il peut encore être possible de déterminer l'expansion de l'univers grâce à l'étude des étoiles à hypervitesse. [117]

Les collisions entre les naines brunes créeront de nouvelles naines rouges à un niveau marginal : en moyenne, environ 100 étoiles brilleront dans ce qui était autrefois la Voie lactée. Les collisions entre les restes stellaires créeront occasionnellement des supernovae. [5]

À ce stade, le Soleil aura refroidi à 5 K (-268,15 °C -450,67 °F). [128]

Sur cette vaste échelle de temps, même les étoiles de fer ultra-stables auront été détruites par des événements de tunnel quantique. Premières étoiles de fer de masse suffisante (quelque part entre 0,2 M et la limite de Chandrasekhar [137] ) s'effondreront via un tunnel dans les étoiles à neutrons. Par la suite, les étoiles à neutrons et toutes les étoiles de fer restantes plus lourdes que la limite de Chandrasekhar s'effondrent via un tunnel dans des trous noirs. L'évaporation subséquente de chaque trou noir résultant en particules subatomiques (un processus qui dure environ 10 100 ans) et le passage subséquent à l'ère sombre sont instantanés à ces échelles de temps.

Il s'agit également de l'estimation la plus élevée possible pour que l'ère du trou noir (et l'ère sombre suivante) commence enfin. Au-delà de ce point, il est presque certain que l'Univers ne contiendra plus de matière baryonique et sera un vide presque pur (éventuellement accompagné de la présence d'un faux vide) jusqu'à ce qu'il atteigne son état énergétique final, en supposant que cela ne se produise pas avant ce moment. .

(Parce que le nombre total de façons dont toutes les particules subatomiques dans l'univers observable peuvent être combinées est de 10 10 115 >> , [139] [140] un nombre qui, une fois multiplié par 10 10 10 56 >>> , disparaît dans l'erreur d'arrondi, c'est aussi le temps nécessaire pour qu'un Big Bang à tunnel quantique et à fluctuation quantique produise un nouvel univers identique au nôtre, en supposant que chaque nouvel univers contenait au moins le même nombre de particules subatomiques et obéissait aux lois de la physique dans le paysage prédit par la théorie des cordes.) [141] [142]

Humanité

Il y a des années Événement
10,000 Durée de vie estimée la plus probable de la civilisation technologique, selon la formulation originale de Frank Drake de l'équation de Drake. [143]
10,000 Si les tendances de la mondialisation conduisent à la panmixie, la variation génétique humaine ne sera plus régionalisée, car la taille effective de la population sera égale à la taille réelle de la population. [144]
10,000 L'humanité a une probabilité de 95% d'être éteinte à cette date, selon la formulation de Brandon Carter de l'argument controversé de Doomsday, qui soutient que la moitié des humains qui auront jamais vécu sont probablement déjà nés. [145]
20,000 Selon le modèle linguistique de glottochronologie de Morris Swadesh, les futures langues ne devraient retenir que 1 des 100 mots de « vocabulaire de base » sur leur liste Swadesh par rapport à celle de leurs ancêtres actuels. [146]
100,000+ Temps nécessaire pour terraformer Mars avec une atmosphère respirable riche en oxygène, en utilisant uniquement des plantes avec une efficacité solaire comparable à la biosphère actuellement trouvée sur Terre. [147]
1 million Estimation du temps le plus court pendant lequel l'humanité pourrait coloniser notre galaxie de la Voie lactée et devenir capable d'exploiter toute l'énergie de la galaxie, en supposant une vitesse de 10% de la vitesse de la lumière. [148]
2 millions Les espèces de vertébrés séparées aussi longtemps subiront généralement une spéciation allopatrique. [149] Le biologiste évolutionniste James W. Valentine a prédit que si l'humanité a été dispersée parmi des colonies spatiales génétiquement isolées au cours de cette période, la galaxie accueillera un rayonnement évolutif de plusieurs espèces humaines avec une "diversité de forme et d'adaptation qui nous étonnerait". [150] Il s'agirait d'un processus naturel de populations isolées, sans rapport avec les technologies potentielles d'amélioration génétique délibérée.
7,8 millions L'humanité a une probabilité de 95% d'être éteinte à cette date, selon la formulation de J. Richard Gott de l'argument controversé de Doomsday. [151]
100 millions Durée de vie maximale estimée de la civilisation technologique, selon la formulation originale de Frank Drake de l'équation de Drake. [152]
1 milliard Temps estimé pour qu'un projet d'astro-ingénierie modifie l'orbite de la Terre, compensant la luminosité croissante du Soleil et la migration vers l'extérieur de la zone habitable, accomplie par des assistances gravitationnelles répétées d'astéroïdes. [153] [154]

Vaisseau spatial et exploration spatiale

À ce jour, cinq engins spatiaux (Voyageur 1, Voyageur 2, Pionnier 10, Pionnier 11 et Nouveaux horizons) sont sur des trajectoires qui les emmèneront hors du système solaire et dans l'espace interstellaire. À moins d'une collision extrêmement improbable avec un objet, l'engin devrait persister indéfiniment. [155]

Il y a des années Événement
1,000 Le satellite nucléaire SNAP-10A, lancé en 1965 sur une orbite à 700 km (430 mi) au-dessus de la Terre, reviendra à la surface. [156] [157]
16,900 Voyageur 1 passe à moins de 3,5 années-lumière de Proxima Centauri. [158]
18,500 Pionnier 11 passe à moins de 3,4 années-lumière d'Alpha Centauri. [158]
20,300 Voyageur 2 passe à moins de 2,9 années-lumière d'Alpha Centauri. [158]
25,000 Le message d'Arecibo, recueil de données radio transmis le 16 novembre 1974, atteint la distance de sa destination, l'amas globulaire Messier 13. [159] C'est le seul message radio interstellaire envoyé dans une région aussi éloignée de la galaxie. Il y aura un décalage de 24 années-lumière de la position de l'amas dans la galaxie pendant le temps qu'il faudra au message pour l'atteindre, mais comme l'amas a un diamètre de 168 années-lumière, le message atteindra toujours sa destination. [160] Toute réponse prendra au moins 25 000 ans à compter de sa transmission (en supposant qu'une communication plus rapide que la lumière soit impossible).
33,800 Pionnier 10 passe à moins de 3,4 années-lumière de Ross 248. [158]
34,400 Pionnier 10 passe à moins de 3,4 années-lumière d'Alpha Centauri. [158]
42,200 Voyageur 2 passe à moins de 1,7 années-lumière de Ross 248. [158]
44,100 Voyageur 1 passe à moins de 1,8 années-lumière de Gliese 445. [158]
46,600 Pionnier 11 passe à moins de 1,9 années-lumière de Gliese 445. [158]
50,000 le KEO capsule spatiale, si elle est lancée, rentrera dans l'atmosphère terrestre. [161]
90,300 Pionnier 10 passe à moins de 0,76 années-lumière de HIP 117795. [158]
306,100 Voyageur 1 passe à moins d'une année-lumière de TYC 3135-52-1 . [158]
492,300 Voyageur 1 passe à moins de 1,3 années-lumière de HD 28343. [158]
800 000 à 8 millions Estimation faible de la durée de vie de la plaque Pioneer 10, avant que la gravure ne soit détruite par des processus d'érosion interstellaire mal compris. [162]
1.2 million Pionnier 11 se trouve à moins de 3 années-lumière de Delta Scuti. [158]
1,3 millions Pionnier 10 se situe à moins de 1,5 années-lumière de HD 52456 . [158]
2 millions Pionnier 10 passe près de l'étoile brillante Aldebaran. [163]
4 millions Pionnier 11 passe près d'une des étoiles de la constellation de l'Aquila. [163]
8 millions le LAGEOS les orbites des satellites se désintégreront et ils rentreront dans l'atmosphère terrestre, emportant avec eux un message à tous les futurs descendants de l'humanité, et une carte des continents tels qu'ils devraient apparaître alors. [164]
1 milliard Durée de vie estimée des deux Voyager Golden Records, avant que les informations qui y sont stockées ne soient rendues irrécupérables. [165]
10 20 (100 quintillions) Échelle de temps estimée pour que les vaisseaux spatiaux Pioneer et Voyager entrent en collision avec une étoile (ou un vestige stellaire). [158]

Projets technologiques

Date ou années à partir de maintenant Événement
3015 CE Une caméra, placée au ASU Art Museum en 2015 par Jonathon Keats, achèvera son exposition longue de 1 000 ans de la ville de Tempe, en Arizona. [166]
3183 CE le Pyramide du temps, une œuvre d'art public commencée en 1993 à Wemding, en Allemagne, devrait être achevée. [167]
6939 CE Les capsules temporelles Westinghouse des années 1939 et 1964 devraient être ouvertes. [168]
7000 CE La dernière capsule temporelle de l'Expo '70 de l'année 1970, enterrée sous un monument près du château d'Osaka, au Japon, devrait être inaugurée. [169]
28 mai 8113 CE La crypte de la civilisation, une capsule temporelle située à l'Université Oglethorpe à Atlanta, en Géorgie, devrait être ouverte après avoir été scellée avant la Seconde Guerre mondiale. [170] [171]
10,000 Durée de vie prévue de plusieurs projets en cours de la Fondation Long Now, y compris une horloge de 10 000 ans connue sous le nom d'horloge du Long Now, le projet Rosetta et le projet Long Bet. [172]

Durée de vie estimée du disque analogique HD-Rosetta, un support d'écriture gravé par faisceau d'ions sur plaque de nickel, une technologie développée au Laboratoire national de Los Alamos et commercialisée plus tard. (Le projet Rosetta utilise cette technologie, du nom de la pierre de Rosetta.)

Constructions humaines

Il y a des années Événement
50,000 Durée de vie atmosphérique estimée du tétrafluorométhane, le gaz à effet de serre le plus durable. [181]
1 million Les objets en verre présents dans l'environnement seront décomposés. [182]

Divers monuments publics composés de granit dur se seront érodés d'un mètre, dans un climat tempéré, en supposant un taux de 1 unité Bubnoff (1 mm en 1 000 ans, ou ≈ 1 pouce en 25 000 ans). [183]

Sans entretien, la Grande Pyramide de Gizeh s'érodera jusqu'à devenir méconnaissable. [184]

Sur la Lune, l'empreinte "un petit pas" de Neil Armstrong à la base de tranquillité s'érodera à ce moment-là, ainsi que celles laissées par les douze marcheurs lunaires d'Apollo, en raison des effets accumulés de l'altération spatiale. [185] [186] (Les processus d'érosion normaux actifs sur Terre ne sont pas présents en raison de l'absence presque totale d'atmosphère de la Lune.)


Voir la vidéo: Bac Blanc by digiSchool: Correction en LIVE du Bac Blanc de Français Séries ESS (Janvier 2023).