Fin de l'univers : Big Freeze, Big Rip, Big Crunch

Comment l'univers finira-t-il ? La réponse la mieux soutenue aujourd'hui par les observations est le Big Freeze, ou mort thermique : l'espace continue de s'étendre, les étoiles s'éteignent, les trous noirs s'évaporent, et il ne reste que des particules très diluées, proches du zéro absolu. La raison est que l'énergie sombre ressemble pour l'instant à une constante, et que l'expansion s'accélère sans signe d'arrêt. Le Big Rip, le Big Crunch et la désintégration du vide demandent chacun un ingrédient supplémentaire sans preuve à ce jour. La désintégration du proton est un « peut-être » à l'intérieur du Big Freeze : elle dépend de théories de grande unification que personne n'a confirmées.

Voici chaque fin à tour de rôle : ce qu'elle exige, combien de temps elle prendrait à peu près, et où en sont les preuves.

Les cinq fins côte à côte

Big Freeze : la fin la plus probable

En 1998, Riess et ses collègues, puis en 1999 Perlmutter et ses collègues, ont utilisé des supernovae lointaines pour montrer que l'expansion s'accélère. L'énergie sombre entrait ainsi en physique, et ce travail a reçu le prix Nobel 2011. Les résultats 2018 du satellite Planck donnent à l'univers environ 13,8 milliards d'années, avec la matière ordinaire à environ 5 % de l'énergie totale, la matière noire à environ 27 % et le reste en énergie sombre.

Si l'énergie sombre reste constante, l'univers se dilate pour toujours. Adams et Laughlin ont décrit ce chemin en 1997 dans Reviews of Modern Physics :

1. Les étoiles se forment jusqu'à environ 10¹⁴ ans, puis le gaz manque et les dernières naines rouges s'éteignent.
2. Il reste des naines blanches, des étoiles à neutrons et des trous noirs, pendant que les galaxies se dispersent peu à peu.
3. Les trous noirs rayonnent de l'énergie par effet quantique, comme l'a montré Hawking dans Nature en 1974. Ceux de masse stellaire s'évaporent en environ 10⁶⁷ ans ; les plus gros trous noirs supermassifs, en environ 10¹⁰⁰ ans.
4. Ensuite il ne reste que des photons, des neutrinos et des électrons très dilués, qui refroidissent vers le zéro absolu, sans différence d'énergie exploitable. C'est la mort thermique.

Ce chemin n'exige aucune physique nouvelle, seulement que le modèle actuel continue de tenir. C'est pourquoi il sert de réponse par défaut.

Big Rip : une énergie sombre toujours plus forte

Caldwell, Kamionkowski et Weinberg ont proposé en 2003 dans Physical Review Letters que si l'équation d'état w de l'énergie sombre est inférieure à -1 (ils l'ont appelée énergie fantôme), sa densité augmente avec le temps. L'expansion s'emballe et déchire d'abord les amas de galaxies, puis les galaxies, les étoiles, les planètes et enfin les atomes. Leurs exemples donnent quelques dizaines de milliards d'années, selon la valeur de w.

Les mesures actuelles sont compatibles avec w égal à -1, et personne n'a confirmé une valeur inférieure à -1. Le Big Rip est une possibilité soigneusement calculée, mais sans preuve.

Big Crunch : l'univers se contracte

Un Big Crunch exige que l'énergie sombre devienne négative. L'expansion s'arrête alors et s'inverse : les galaxies se rapprochent, le fond diffus cosmologique se réchauffe de nouveau et tout retombe vers un point.

C'est la fin la plus directement liée aux données récentes. Les résultats DESI de 2025 préfèrent une énergie sombre qui s'affaiblit avec le temps, entre 2,8 et 4,2 écarts-types, en dessous des 5 requis pour parler de découverte. Même si elle s'affaiblit, cela ne veut pas dire qu'elle deviendra négative, ni que l'univers doit se contracter. Plus de détails dans Retour en arrière : l'univers va-t-il se contracter ?.

Désintégration du vide : le vide lui-même cède

Notre vide n'est peut-être pas l'état le plus stable. D'après les mesures actuelles (le boson de Higgs a été trouvé vers 125 GeV en 2012, notamment par ATLAS), il pourrait être métastable, avec une durée de vie attendue d'environ 10¹³⁹ ans. La théorie vient de Coleman en 1977 et de Coleman et De Luccia en 1980 : si une bulle de vide plus stable se forme un jour, elle s'étend presque à la vitesse de la lumière et réécrit la physique à l'intérieur.

Ce chiffre dépasse de très loin l'âge actuel de l'univers ; il n'a donc aucune conséquence pratique pour nous. On demande aussi si une expérience de haute énergie pourrait la déclencher. Les rayons cosmiques dépassent depuis des milliards d'années l'énergie de n'importe quel collisionneur, et l'univers est toujours là. Voir Désintégration du vide : le vide de l'univers peut-il s'effondrer ?.

Désintégration du proton : un « peut-être » dans le Big Freeze

Les protons meurent-ils ? Le détecteur Super-Kamiokande surveille depuis des décennies un énorme réservoir d'eau et n'a jamais vu un proton se désintégrer, ce qui place sa durée de vie au-delà de 10³⁴ ans. Certaines théories de grande unification prédisent la désintégration, mais aucune n'est confirmée.

Si les protons se désintègrent, le Big Freeze change : la matière des naines blanches et des étoiles à neutrons disparaît peu à peu, sans attendre l'évaporation des trous noirs. Sinon, cette matière reste. La désintégration du proton est donc un trait possible du Big Freeze, pas une fin à part. Voir Désintégration du proton : les protons meurent-ils ?.

Et la matière noire ?

La matière noire représente plus de 80 % de la matière de l'univers, et les galaxies se sont formées dans des halos de matière noire. Elle règle la façon dont la matière s'agglomère, mais rien n'indique qu'elle change le destin final : Freeze, Rip et Crunch dépendent surtout de l'énergie sombre. Ce qu'est la matière noire reste inconnu : voir Qui est la matière noire ?.

Comment cela se joue dans Cosmos Era

Cosmos Era est un jeu incrémental de science-fiction dure qui va du premier instant (voir l'ère de l'univers primordial) jusqu'à la fin de l'univers, avec 16 fins. Plusieurs des fins ci-dessus y figurent :

• « Retour en arrière » : allumez le nœud du Big Crunch, l'énergie sombre devient négative et l'univers se contracte.
• « Désintégration du vide » : allumez le nœud « Faire exploser le vide ». Qu'un joueur la déclenche est de la fiction ; personne ne peut provoquer une vraie bulle de vide.
• « Désintégration du proton » : restez à la fin des temps et regardez le dernier proton se désintégrer. Cette fin demande 24 heures d'attente réelle, un choix de conception du jeu et non une exigence de la physique.
• « Univers-bébé » : créer un nouvel univers en laboratoire. Farhi et Guth ont étudié les conditions en 1987 ; en fabriquer un pour de vrai est de la fiction. Voir Univers-bébé.

Les effets des fins dans le jeu sont des règles du jeu, pas des conclusions scientifiques. Pour savoir comment débloquer chacune, lisez le guide des fins ou lancez une partie.

FAQ

Comment l'univers finira-t-il ?

Les données favorisent le Big Freeze (mort thermique) : expansion continue, étoiles éteintes, trous noirs évaporés, température proche du zéro absolu. Cela suppose une énergie sombre à peu près constante, ce que DESI et d'autres relevés continuent de tester.

Quelle différence entre Big Freeze, Big Rip et Big Crunch ?

Les trois dépendent de l'énergie sombre. À peu près constante : Big Freeze ; de plus en plus forte : Big Rip ; devenant négative : Big Crunch. C'est pourquoi mesurer son évolution est si important.

Les protons se désintègrent-ils, et cela mettrait-il fin à l'univers ?

Personne n'a vu un proton se désintégrer et sa durée de vie dépasse 10³⁴ ans. Même s'il se désintègre, cela ferait seulement disparaître la matière plus complètement pendant le Big Freeze, sans terminer l'univers à soi seul.

La désintégration du vide peut-elle arriver demain ?

Rien ne le laisse attendre. La durée de vie attendue est d'environ 10¹³⁹ ans, bien plus que l'âge actuel de l'univers. De plus la bulle se propagerait presque à la vitesse de la lumière, sans avertissement avant d'arriver.

Un Big Crunch est-il la même chose qu'un rebond vers un nouvel univers ?

Non. Le Big Crunch dit seulement que l'expansion s'inverse en contraction. Un rebond ensuite relève de la spéculation, sans appui observationnel.