Je suis désolé que cette question soit probablement idiote pour les astronomes professionnels, dont je ne fais pas partie.
Cette question n'est nullement idiote. Votre question est courante sur la cosmologie (l'étude de l'origine de l'univers, de son évolution et de son sort). Les médias massacrent souvent horriblement ces concepts, entraînant beaucoup de confusion (de toutes les informations scientifiques, ils semblent avoir le plus de mal à rendre compte de la cosmologie avec précision). Votre inquisition est définitivement une bonne chose.
Quand les astronomes disent que le premier univers était petit, signifient-ils simplement "la partie de l'univers qui correspond à notre univers observable, était petite"?
Eh bien, ils se réfèrent généralement à l'univers entier. Dans mon dernier paragraphe, j'explique ce que cela implique pour l'univers observable.
S'il est infini, alors il semblerait qu'il devait également être infini dans l'enfance, juste très dense. En fait, ça semble "dans la limite", ça devait être infini même au Big Bang.
Tu es plus proche de la vérité. Quand nous parlons de l'expansion de l'Univers, nous disons vraiment que l'espace est en train de se créer entre toute la matière.
Comme vous l'avez mentionné, l'Univers peut être infini. Ce n'est pas comme une balle, mais plutôt comme une grille plate, et son «expansion» signifie simplement que les distances entre les objets sur la grille deviennent plus grandes. En substance, plus d'espace est créé entre les objets. C'est ce que nous entendons par expansion - que les objets s'éloignent les uns des autres, car plus d'espace se crée entre eux. Ci-dessous est un gif que j'ai fait pour le démontrer:
Une façon plus utile de décrire cela est de dire que la grille s'étend - cet espace lui-même, en tant que système de coordonnées, s'agrandit. Par analogie, imaginez promener votre chien. Soudain, le sol commence à s'étendre entre vous. Vous et votre chien vous séparerez et continuerez à vous éloigner l'un de l'autre.
Donc, la même chose se produit avec notre univers. En fait, la grille s'agrandit et les objets sont emportés avec elle.
OK, maintenant que nous avons maîtrisé les concepts de base, je vais introduire un peu plus de terminologie. Le "facteur d'échelle de l'Univers" se réfère à la mesure dans laquelle l'Univers s'est développé, par rapport à maintenant. Par exemple, si dans un milliard d'années le facteur d'échelle est de 3, cela signifie que chaque objet dans l'Univers est 3 fois plus éloigné les uns des autres que maintenant. Si le facteur d'échelle il y a 700 millions d'années était de 0,8, alors tout était plus proche d'un facteur de 0,8 à cette époque. Par définition, le facteur d'échelle est actuellement de 1.
Donc, si l'Univers se développe maintenant, nous nous attendons à ce qu'il soit plus petit si nous regardons plus loin dans le temps - c'est-à-dire que le facteur d'échelle serait moins. La relativité générale prédit le facteur d'échelle à zéro il y a 13,8 milliards d'années. Cela signifierait que chaque objet serait à zéro fois sa distance actuelle de nous - en d'autres termes, il n'y aurait pas d'espace.
Si vous pensez qu'un univers sans espace est impossible, vous avez raison. Nous avons apparemment une contradiction. Dans GR, vous ne pouvez pas avoir un espace-temps avec un espace nul.
Nos théories physiques modernes fonctionnent très bien quelques fractions de seconde après le moment de contradiction, et nos observations concordent avec l'idée d'un univers primitif extrêmement dense. Cependant, nos théories s'effondrent alors que nous essayons de modéliser l'Univers de plus en plus tôt, jusqu'à ce qu'elles ne s'avèrent plus exactes, nous empêchant d'expliquer le moment le plus intéressant.
C'est pourquoi le moment du Big Bang est l'un des plus grands mystères de la cosmologie. Des théories comme la gravité quantique ont vu le jour pour tenter d'expliquer les conditions proches du Big Bang, mais aucune n'est suffisante pour l'instant.
J'entends souvent lors de conférences qu'immédiatement après le Big Bang, l'univers était petit, disons, la taille du pamplemousse ou quelque chose comme ça.
En effet, le problème vient de l'ambiguïté quand on dit "univers". Dans ce cas, ils se réfèrent à l'univers observable, qui est en fait sphérique. L'univers observable était en effet beaucoup plus petit à l'époque du Big Bang, par rapport à son rayon actuel.
En effet, son rayon dépend en fait du facteur d'échelle de notre univers *, ce qui signifie qu'au moment où GR prédit que le facteur d'échelle sera nul, il prédit également que la taille de l'univers observable sera nulle.
Évidemment, cela ne peut pas être le cas, car comme nous l'avons expliqué ci-dessus, il ne devrait pas être possible que le facteur d'échelle soit nul. Cependant, nous pouvons dire avec une confiance raisonnable que l'univers observable était probablement de la taille d'un pamplemousse à un moment donné, sinon plus petit (bien que le "pamplemousse" semble un choix arbitraire pour la comparaison. Je ne peux pas réellement trouver le papier qui utilise d'abord ce analogie, donc ce qu'ils voulaient dire à l'origine n'est pas clair).
* La mesure des distances est en fait un peu délicate en cosmologie; dans certains cas, nous voulons parler de distances ou de mouvement d'objets tout en négligeant l'expansion de l'Univers. Pour vous éviter d'avoir à apprendre beaucoup de terminologie, je prends en compte en ce moment l'expansion de l'Univers lorsque je parle de la taille de l'univers observable. L'univers observable se développe également en raison de facteurs autres que l'expansion de l'Univers, c'est-à-dire la lumière de galaxies de plus en plus qui nous atteignent.