Ère de Planck

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En cosmologie, l’ère de Planck^{[1],[2],[3],[4]} ou époque de Planck^[5],[6] désigne la période de l'histoire de l'Univers au cours de laquelle les quatre interactions fondamentales (électromagnétisme, interaction faible, interaction forte et gravitation) étaient unifiées, c'est-à-dire qu'elles s'appliquaient en même temps, ce qui empêche de la décrire à l'aide de la relativité générale ou de la physique quantique, puisque ces théories sont incomplètes et ne sont valables que quand la gravitation et les effets quantiques peuvent être étudiés séparément^[7].

Propriétés de l'ère de Planck

Durée

Dans l'hypothèse où l'expansion de l'Univers suit les équations prédites par la relativité générale (appelées dans ce contexte équations de Friedmann), et où le contenu matériel de l'Univers possède des propriétés ordinaires, l'ère de Planck est un phénomène très bref situé immédiatement après l'apparition de l'Univers à partir d'une singularité gravitationnelle. La durée de l'ère de Planck est alors de l'ordre de 10⁻⁴³ seconde, c'est-à-dire le temps de Planck. La durée exacte de l'ère de Planck est, dans ce cadre, déterminée par le contenu matériel exact de l'Univers à ce moment-là. En pratique, et en l'absence d'une théorie physique offrant un cadre pertinent pour la décrire, il n'est pas possible de dire comment se déroule cette phase, ni de déterminer sa durée exacte, par le simple fait que les notions de temps et d'espace sont ici problématiques, et la valeur de 10⁻⁴³ seconde n'est donnée qu'à titre indicatif. L'ère de Planck pourrait donc désigner la période d'Univers qui s'étendrait jusqu'à 10⁻⁴³ seconde à compter de l'hypothétique instant zéro.

Il est tout de même important de bien noter l'hypothèse qui a été faite. En effet, la relativité générale ne décrivant que l'une des quatre forces fondamentales, elle est donc mathématiquement vraie mais physiquement fausse et ne peut espérer décrire la réalité à cette époque de l'univers par le biais de ce modèle.

Le Big Bang considéré comme « instant 0 » est né d'une extrapolation des équations de la relativité générale, donc sans prendre en compte les 3 autres forces qui ne sont alors plus négligeables. Le mur de Planck peut alors être simplement décrit comme étant l'instant à partir duquel nos modèles standards ne permettent plus de connaître ce qui précède.

Énergie

L'énergie de Planck équivaut à 10 milliards de milliards de fois l'énergie de masse d'un proton soit 10¹⁹ gigaélectronvolts (GeV).

Longueur

La longueur de Planck, qui est égale à 17 ordres de grandeur de moins qu'un électron ou un quark, vaut 10⁻³⁵ mètre.

Datation

Le moment énigmatique où l'univers est entré en expansion, ce qui est appelé plus précisément le « mur de Planck » peut être daté il y a 13,7 milliards d'années. Mais en amont, il est difficile d'analyser clairement l'enchaînement des phénomènes cosmiques. Pour certains scientifiques, il est absurde de parler d'une singularité initiale, d'une origine ou d'un instant 0, car les lois connues de la physique s'arrêtent devant le mur de Planck^[7].

Ère de Planck et mur de Planck

Cet ensemble (temps de Planck, énergie de Planck et longueur de Planck) a été appelé « ère de Planck », et forme ce que l'on a nommé « mur de Planck », en hommage au physicien allemand Max Planck qui a notamment été récompensé par un prix Nobel de physique en 1918 pour sa découverte des quanta d'énergie.

Problématique

La physique actuelle établie sur le modèle standard ne permet pas de décrire cette période car ce modèle ne permet pas d'appréhender la façon dont les quatre forces fondamentales interagissent à ces niveaux d'énergies.

Une théorie plus évoluée permettant d'unifier ces forces est nécessaire, comme pourraient peut-être l'être la gravité quantique à boucles, la théorie des cordes, la théorie du vide quantique, la cosmologie branaire, la théorie des univers parallèles^[7], qui sont trop peu abouties pour être en mesure de décrire cette possible phase de l'histoire de l'Univers.

Dans la culture

Le « mur de Planck », inconnu ultime de l'humanité moderne, ne fascine pas que les scientifiques, et est présent dans les arts en dépit de son irreprésentabilité radicale. Témoin le livre Comme un chant d'espérance de l'académicien Jean d'Ormesson, qui voit dans cette abstraction parfaite l'objet poétique par excellence^[8].

Le mur de Planck est mentionné dans le livre Le Dernier message de Nicolas Beuglet, où il définit l'instant du Big Bounce.

Notes et références

Voir aussi

Bibliographie

 : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

• Étienne Klein, « Pourquoi il faut unifier les forces », Les dossiers de La Recherche, n^o 43,‎ mai 2011, p. 32. 
• Thomas Arrighi, « Dater la Genèse », Les dossiers de Science et Univers, n^o 5,‎ février / avril 2016, p. 41. 
• [Jacob 2001] Maurice Jacob, Au cœur de la matière : la physique des particules élémentaires, Paris, O. Jacob, coll. « Sciences », 1^er octobre 2001, 1^re éd., 1 vol., 400, 15,5 × 24 cm (ISBN 2-7381-0980-2, EAN 9782738109804, OCLC 421911445, BNF 37695255, SUDOC 058922172, présentation en ligne, lire en ligne).
• [Luminet 2011] Jean-Pierre Luminet, Illuminations : cosmos et esthétique, Paris, O. Jacob, coll. « Sciences », 22 septembre 2011, 1^re éd., 1 vol., 487-[16], 15,5 × 24 cm (ISBN 978-2-7381-2562-0 et 2-7381-2562-X, EAN 9782738125620, OCLC 780211696, BNF 42279998, SUDOC 155577441, présentation en ligne, lire en ligne).
• [Lachièze-Rey 1987] Marc Lachièze-Rey (préf. d'Hubert Reeves), Connaissance du cosmos, Paris, A. Michel, coll. « Sciences d'aujourd'hui » (n^o 62), 13 mai 1987, 1^re éd., 1 vol., 231, 14,5 × 22,5 cm (ISBN 2-226-02867-6, EAN 9782226028679, OCLC 420139628, BNF 34963602, SUDOC 001306278, présentation en ligne, lire en ligne).
• [Schneider 1987] Jean Schneider (dir.), Aux confins de l'Univers : faut-il croire au Big Bang ?, Paris, A. Fayard et Fondation Diderot, coll. « Nouvelle encyclopédie des sciences et des techniques », 14 octobre 1987, 1^re éd., 1 vol., 362, 15,4 × 23,6 cm (ISBN 2-213-01981-9, EAN 9782213019819, OCLC 301298059, BNF 34973506, SUDOC 00552654X, lire en ligne).
• [Silk 2005] Joseph Silk (trad. de l'anglais par de l'anglais par Pierre Kaldy), L'Univers et l'infini [« The infinite cosmos : questions from the frontiers of cosmology »], Paris, O. Jacob, coll. « Sciences », 15 juin 2005, 1^re éd., 1 vol., 309-IV, 15,5 × 24 cm (ISBN 2-7381-1635-3, EAN 9782738116352, OCLC 77035947, BNF 39998336, SUDOC 088722783, présentation en ligne, lire en ligne).
• [Taillet, Villain et Febvre 2013] Richard Taillet, Loïc Villain et Pascal Febvre, Dictionnaire de physique, Bruxelles, De Boeck Supérieur, hors coll., 18 février 2013, 3^e éd. (1^re éd. 6 mai 2008), 1 vol., X-899, 17 × 24 cm (ISBN 978-2-8041-7554-2, EAN 9782804175542, OCLC 842156166, BNF 43541671, SUDOC 167932349, lire en ligne), p. 253, s.v. ère cosmologique.
• [Vauclair 2006] Sylvie Vauclair, La naissance des éléments : du Big Bang à la Terre, Paris, O. Jacob, coll. « Sciences », 12 octobre 2006, 1^re éd., 1 vol., 303, 14,5 × 22 cm (ISBN 2-7381-1861-5, EAN 9782738118615, OCLC 122452350, BNF 40920491, SUDOC 110816161, présentation en ligne, lire en ligne), chap. 3 (« L'Univers en émergence »), § 3.7 (« À l'époque de Planck »), p. 80-81.

Articles connexes

• Trou noir virtuel
• Gravité quantique
• Max Planck

Liens externes

• « Ère de Planck : la physique droit dans le mur », La Méthode scientifique, France Culture, 9 février 2021.
• (en) Planck era (ère de Planck) sur l'Etymological Dictionary of Astronomy and Astrophysics de l'Observatoire de Paris.

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Destin de l'Univers	Big Bounce (alias Univers phénix) Big Crunch Grand déchirement Big Chill (alias Mort thermique de l'Univers)

v · m Modèles cosmologiques
Théories	Atome primitif Classification de Bianchi Cosmologie branaire Cosmologie cordiste Dimensions supplémentaires Espace anti de Sitter Espace de Sitter Espace de Taub-NUT Expansion de l'Univers Accélération de l'expansion de l'Univers Gravité quantique Inflation cosmique Théorie des cordes Univers de Milne
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Histoire et destin de l'Univers	Pré-Big Bang Big Bang Univers primordial Frise chronologique du Big Bang Ère de Planck Big Bounce alias Univers phénix Big Chill alias Mort thermique de l'Univers Big Crunch Grand déchirement
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