Introduction
La théorie du Big Bang est le cadre scientifique qui retrace l'histoire de l'Univers depuis ses premiers instants jusqu'à sa structure actuelle. Elle postule que l'Univers observable est issu d'une phase extrêmement dense et chaude, et qu'il est en expansion et en refroidissement continus depuis cet événement initial. Cette théorie est le fruit de la convergence de plusieurs découvertes observationnelles majeures du XXe siècle.
Description
La théorie du Big Bang ne décrit pas une explosion dans l'espace, mais l'expansion de l'espace lui-même. À ses débuts, l'Univers était un plasma dense et chaud de particules élémentaires. Au fur et à mesure de son expansion et de son refroidissement, les structures se sont formées par coalescence gravitationnelle : d'abord les noyaux atomiques légers (nucléosynthèse primordiale), puis les atomes neutres, permettant à la lumière de se propager librement (recombinaison, source du fond diffus cosmologique). Ensuite, les nuages de gaz se sont effondrés pour former les premières étoiles et galaxies. Le modèle standard du Big Bang intègre également des phases d'expansion accélérée, comme l'inflation cosmique aux tout premiers instants (vers 10^-36 seconde) pour expliquer l'homogénéité à grande échelle, et l'énergie sombre pour expliquer l'accélération de l'expansion observée aujourd'hui.
Histoire
Les fondements théoriques remontent aux équations de la relativité générale d'Einstein (1915) et aux solutions de Friedmann et Lemaître (années 1920) décrivant un univers en expansion. La découverte observationnelle clé est celle d'Edwin Hubble en 1929 : le décalage vers le rouge des galaxies est proportionnel à leur distance, confirmant l'expansion. Le terme 'Big Bang' lui-même, d'abord péjoratif, fut inventé par Fred Hoyle lors d'une émission de radio de la BBC en 1949 pour se moquer de la théorie, qu'il opposait à son modèle de l'état stationnaire. La théorie devint le paradigme dominant après la découverte fortuite en 1965 par Arno Penzias et Robert Wilson du fond diffus cosmologique, un rayonnement fossile prédit par George Gamow, Ralph Alpher et Robert Herman. Les missions spatiales COBE, WMAP et Planck ont depuis mesuré ce rayonnement avec une précision remarquable, validant le modèle.
Caracteristiques
Les piliers observationnels du modèle sont au nombre de trois : 1) L'expansion de l'Univers (loi de Hubble-Lemaître). 2) L'abondance des éléments légers (environ 75% d'hydrogène, 25% d'hélium en masse), prédite par la nucléosynthèse primordiale qui a eu lieu dans les trois premières minutes. 3) Le fond diffus cosmologique (CMB), rayonnement à 2,7 Kelvin, vestige de l'époque où l'Univers est devenu transparent, environ 380 000 ans après le Big Bang. Ses infimes anisotropies (variations de température de l'ordre du millionième) sont la 'photo' des germes de toutes les structures cosmiques. Le modèle standard de la cosmologie, dit ΛCDM (Lambda Matière Noire Froide), précise la composition de l'Univers : ~5% de matière ordinaire (baryonique), ~27% de matière noire, et ~68% d'énergie sombre.
Importance
Le Big Bang est l'un des piliers de la cosmologie moderne, offrant un récit cohérent et testable de l'histoire cosmique. Il a unifié des domaines de la physique aussi divers que la relativité générale, la physique des particules et la physique nucléaire. Il a profondément influencé notre vision philosophique de la place de l'humanité dans le cosmos, en établissant que l'Univers a un début dans le temps et qu'il évolue. La théorie pose aussi des limites à notre connaissance (l'ère de Planck, avant 10^-43 seconde) et soulève des questions fondamentales sur ce qui a déclenché le Big Bang, la nature de la singularité initiale, et l'ultime destin de l'Univers. Elle reste le cadre de référence pour interpréter toutes les observations cosmologiques à grande échelle.
