Gamow et le Big Bang

question posée le 14-06-2008 par Saad

Le travail de Gamow sur lequel j'aurais souhaité avoir des éclaircissements était sa contribution au modèle du Big Bang. Merci

réponse du 28-06-2008 par Fabrice Mottez

George Gamow connaissait la théorie de Lemaitre de l'expansion de l'univers. Cette théorie résolvait les équations d'Einstein, et prévoyait que l'univers avait été très petit et qu'il ne cessait depuis de s'agrandir. (Fred Hoyle qui n'y croyait pas avait surnommé cette théorie le « Big Bang », et Gamov, qui avait de l'humour, reprit ce sobriquet, et le popularisa.)

Gamow a eu deux contributions majeures à la théorie du Big Bang. La théorie initiale résolvait les équations d'Einstein, mais sans se préoccuper précisément de l'état de la matière dans cet univers primordial très petit et très dense. Gamow calcula comment devait y être la matière, il prédit qu'elle devait y être très chaude.

Or, à cette époque, on savait (notamment grâce à Hans Bethe) que dans le coeur des étoiles qui est très chaud, se produisent des réactions nucléaires qui produisent des éléments atomiques.

Gamow considéra que l'univers au tout début devait être une assemblée de protons, d'électrons de neutrons, puis qu'en refroidissant un peu (au cours de son expansion), il dut être ensuite comme dans le coeur d'une étoile. Il calcula donc quelles sortes de réactions nucléaires pouvaient s'y produire. Il se rendit compte alors que dans cette phase où l'univers était chaud et dense, il n'avait pu s'y produire que des réactions nucléaires conduisant à la formation d'hydrogène, d'hélium, et de quelques autres éléments légers (pas plus lourds que le Lithium). Cette théorie, largement acceptée aujourd'hui, s'appelle la « nucléosynthèse primordiale ».

La seconde grande contribution de Gamow fut de prédire (en 1948) que de l'époque où l'univers était si chaud et si dense, il devrait rester une trace : un rayonnement diffus, dans le domaine des ondes radio.

Ce rayonnement fut effectivement observé bien plus tard, en 1964, par Penzias et Wilson. Ce rayonnement, qui a aussi été appelé le rayonnement fossile de l'univers, est une trace de l'époque ou l'univers est devenu transparent (avant, comme dans une étoile, la matière était, certes brillante, mais opaque).

L'univers est devenu transparent environ 300 000 ans après le « commencement » du big bang, et sa température était alors de l'ordre de quelques milliers de degrés.

La sonde Planck, qui doit être lancée dans l'espace cette année, succédera à COBE et WMAP pour dresser une carte précise de ce rayonnement diffus, initialement prédit par Gamow.

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