Den Universet er alt, der eksisterer, styret af en række love.
Den kosmologi søger at forstå universet fra et videnskabeligt synspunkt, da alt materialet fordelt i rum-tid . For sin del sigter kosmogoni mod at etablere en teori om skabelsen af universet på filosofiske eller religiøse baser. Forskellen mellem disse to definitioner forhindrer ikke mange fysikere i at have en finalistisk opfattelse af universet (se det antropiske princip om dette emne ).
Hvis vi ønsker at matche bevægelsen af galakser med de fysiske love, som vi i øjeblikket forstår dem, kan vi overveje, at vi kun får adgang til gennem erfaring en lille del af sagen om universet, resten består af mørkt stof . Desuden skal vi for at forklare accelerationen af universets udvidelse også introducere begrebet mørk energi . Flere alternative modeller er blevet foreslået for at matche ligningerne og vores observationer ved at tage andre tilgange.
De græske videnskaber forsøgte at forstå verden og forklare den:
Den romerske filosof og digter Lucretia i det første århundrede f.Kr. J.-C, bekræfter i De rerum natura, at "det eksisterende univers er [...] ikke begrænset i nogen af dets dimensioner", at det ikke har "hverken grænse eller mål" og hvad betyder det "I hvilken region af univers placerer vi os [...] da vi tillader den enorme helhed at strække sig lige i alle retninger ".
Denne viden om den græske verden fortsatte og påvirkede arabiske videnskaber efter sammenbruddet af det vestlige romerske imperium. De forblev til stede i øst (især med op- og nedture i Byzantium), selvom Cosmas af Alexandria uden succes forsøgte at gendanne modellen for en flad verden.
Den renæssance dør på sit højdepunkt denne repræsentation af verden, takket være udforskninger og de store opdagelser, der fandt sted den XIII th til XVI th århundrede, fra systemer geografiske og kosmologiske omfattende ( Mercator ).
Den kopernikanske revolution forstyrrer denne kosmologi i tre faser:
Fysiske modeller som armillarsfæren eller astrolabien er blevet udviklet. De tillader undervisning og beregning af stjernernes position på den synlige himmel. Selv i dag hjælper det mobile himmelkort amatørastronomer med at finde vej rundt om himlen, det er en reinkarnation af astrolabien.
I 1781 opdagede den britiske astronom William Herschel Uranus, der kredsede ud over Saturns bane , inden Neptun og Pluto blev fundet , blev verden større og større.
Observationer af rødforskydning af elektromagnetisk stråling fra andre galakser antyder, at de bevæger sig væk fra vores galakse med en bevægelig radial hastighed, der er proportional med denne afstand.
Ved at studere nærliggende galakser bemærkede Edwin Hubble , at afstanden til en galakse var proportional med dens afstand fra observatøren ( Hubbles lov ); sådan en lov kan forklares med et ekspanderende synligt univers .
Selvom Hubble-konstanten tidligere er blevet revideret i store proportioner (i et forhold på 10 til 1), er Hubble-loven blevet ekstrapoleret til fjerne galakser, for hvilke afstanden ikke kan beregnes ved hjælp af parallaxen ; denne lov bruges således til at bestemme afstanden til de fjerneste galakser.
Ved at ekstrapolere ekspansionen af universet tidligere kommer vi til en tid, hvor det må have været meget varmere og meget tættere end i dag. Det er Big Bang- modellen , designet af Georges Lemaître , en belgisk katolsk kanon, som er en væsentlig ingrediens i den nuværende standardmodel for kosmologi og i dag har et stort antal eksperimentelle bekræftelser . Beskrivelsen af begyndelsen på universets historie ved denne model begynder imidlertid først, efter at den var kommet ud af en periode kaldet Planck-æraen , hvor Universets energiskala var så stor, at standardmodellen er ikke i stand til at beskrive de kvantefænomener, der fandt sted der. I løbet af denne tid kunne kun en teori om kvantegravitation forklare materiens mikroskopiske opførsel under tyngdekraftens stærke indflydelse. Men fysikere har endnu ikke (i 2015) en sådan teori. Af hensyn til sammenhængen med observationerne favoriserer Big Bang- modellen i dag efter Plancks æra eksistensen af en fase med kosmisk inflation , meget kort, men under hvilken universet ville have vokset ekstremt hurtigt. Det var efter denne fase, at de fleste partikler i universet ville være skabt ved en høj temperatur, der udløste et stort antal vigtige processer, som i sidste ende resulterede i udsendelse af en stor mængde lys, kaldet den kosmiske diffuse baggrund , som i dag kan observeres med stor præcision af en hel række instrumenter ( vejrballoner , rumsonder , radioteleskoper ).
Det er observationen af denne mikrobølgefossile stråling , bemærkelsesværdigt ensartet i alle retninger, som i dag udgør hovedelementet, der etablerer Big Bang- modellen som en korrekt beskrivelse af universet i dets fjerne fortid. Mange elementer i modellen er stadig uafklarede (for eksempel modellen, der beskriver inflationsfasen), men der er i dag enighed mellem det videnskabelige samfund omkring Big Bang- modellen .
Inden for rammerne af ΛCDM-modellen indikerer de begrænsninger, der følger af observationer af WMAP- sonden på de kosmologiske parametre , en mest sandsynlig værdi for universets alder på omkring 13,82 milliarder år med en usikkerhed på 0,02 milliarder år, hvilket er enigt med uafhængige data fra observation af kuglehobe såvel som hvide dværge . Denne alder blev bekræftet i 2013 ved observationer fra Planck-satellitten.
Til dato tillader ingen videnskabelige data os at sige, om universet er endeligt eller uendeligt . Nogle teoretikere læner sig mod et uendeligt univers, andre for et endeligt, men ubegrænset univers. Et eksempel på et endeligt og ubegrænset univers ville være plads, der lukkede sig ind i sig selv. Hvis vi gik direkte ind i dette univers, efter en rejse, meget længe, ville det være muligt at passere igen nær dets startpunkt.
Populære og professionelle kosmologiske forskningsartikler bruger ofte udtrykket "univers" i betydningen " observerbart univers ". Mennesket lever i centrum af det observerbare univers, hvilket er i tilsyneladende modsætning til Copernicus-princippet, der siger, at universet er mere eller mindre ensartet og ikke har noget særligt centrum. Paradokset løses simpelthen ved at tage højde for det faktum, at lys bevæger sig med samme hastighed i alle retninger, og at dets hastighed ikke er uendelig: at se i det fjerne er at se på en begivenhed, der er forskudt i fortiden på det tidspunkt, det tog lys for at rejse den afstand, der adskiller observatøren fra det observerede fænomen. Det er imidlertid ikke muligt for os at se noget fænomen fra før Big Bang . Således svarer grænserne for det observerbare univers til det fjerneste sted i universet, for hvilket lys tog mindre end 13,82 milliarder år at nå observatøren, hvilket uundgåeligt placerer ham i centrum af hans observerbare univers. Det første lys, der udsendes af Big Bang for 13,82 milliarder år siden , kaldes den ” kosmologiske horisont ” .
Det anslås, at diameteren på dette observerbare univers er 100 milliarder lysår. Denne indeholder omkring 7 × 10 22 stjerner fordelt i omkring 100 milliarder galakser, selv organiseret i klynger og superklynger af galakser. Men antallet af galakser kunne være endnu større, afhængigt af det dybe felt observeret med Hubble-rumteleskopet . Med hensyn til antallet af atomer indeholdt i universet anslås det til omkring 10 80 .
Det er dog muligt, at det observerbare univers kun er en lille del af et meget større virkeligt univers.
Universet kan ikke have en "kant" i ordets intuitive betydning. Faktisk ville eksistensen af kant antyde eksistensen af et ydre til universet. Imidlertid er universet pr. Definition sæt af alt, hvad der eksisterer, så intet kan eksistere uden for. Dette betyder dog ikke, at universet er uendeligt, det kan være endeligt uden at have en "kant" uden faktisk at have et ydre.
På den anden side rejser dette spørgsmålet om kompatibilitet med energibesparelse . Faktisk gør selve definitionen af universet det til et isoleret system (for hvis universet U1 kunne overføre energi med et andet system S1, ville det virkelige univers være U2 = U1 + S1). Og i et isoleret system kan der ikke skabes energi.
Et vigtigt spørgsmål i kosmologi er at kende universets form .
Vi ved nu (siden 2013), at universet er fladt med en fejlmargin på kun 0,4%. Dette antyder, at universet er uendeligt omfang . Men fordi lysets hastighed også er endelig og konstant i vakuum, antyder universets endelige tidsalder, at kun et endeligt volumen af universet er tilgængeligt for direkte observation fra Jorden; vi taler derefter om det observerbare univers . Alt hvad vi virkelig kan konkludere er, at universet er meget større end det volumen, som vi direkte kan observere.
Ifølge forudsigelserne i den mest accepterede kosmologiske model i dag vil "galaktiske objekter" have en ende: det er universets termiske død . Den Sun , for eksempel, vil gå ud i 5 (til 7) milliarder år, når den har indtaget hele sit brændstof. I sidste ende vil de andre stjerner også udvikle sig i kosmologiske katastrofer (eksplosioner, kollapser). Fødslen af stjerner er allerede langsommere på grund af mangel på materiale, der bliver knappe over tid. Om cirka 20 milliarder år lyser ingen stjerne. Universet vil være befolket med uddøde stjerner ( neutronstjerner , hvide dværge , sorte huller ) og resterende røde dværge . I meget længere tidsrum vil galakser gå i opløsning i kæmpe kollisioner gennem deres interne og eksterne tyngdekraftsinteraktioner .
Med hensyn til beholderen ("rum"), tror nogle fysikere Udvidelsesprocessen vil blive bremset tyngdekraften og vendt under Big Crunch- scenariet . For andre Vil udvidelsen, som nu ser ud til at stagnere, stoppe for evigt. Lidt efter lidt vil de uddøde stjerner samle sig i sorte huller . Universet, uden nogen struktur, vil ikke være andet end et bad med stadig mere kolde fotoner . Al aktivitet i universet vil således blive slukket for evigt: dette er den store kulde . Et lignende scenario findes: den modificerede Big Chill . Tyngdekraften og den mørke energi forbliver konstant, men har tendens til at accelerere. Universet vil undergå den store afkøling, men ekspansionen fortsætter på en stabil måde, og al aktivitet ophører. Galakserne vil smelte sammen og derefter gradvist dø. Hvis mængden af mørk energi vokser tværtimod, vil universet fortsætte sin ekspansion med en stadig større hastighed for at eksplodere på alle skalaer: alt det materiale, der komponerer det (inklusive atomerne ) vil blive revet af udvidelse af rummet. selve tiden vil blive ødelagt. Dette er Big Rip (bogstaveligt: "stor hjertesorg"). Nogle modeller forudsiger en sådan ende om 22 milliarder år.
Hvert af disse scenarier afhænger derfor af, hvor meget mørk energi universet til enhver tid vil indeholde. I øjeblikket antyder tilstanden af viden ikke kun, at der ikke er tilstrækkelig masse og energi til at forårsage denne store rip , men at udvidelsen af universet ser ud til at accelerere og derfor vil fortsætte for evigt.
