Questions aux experts

D'abord, il faut être d'accord sur ce qu'on appelle le ciel.
C'est "par-dessus le toit" et, quand il fait beau, c'est bleu... Pour voir l'extrémité du ciel, le bout du ciel, il faudrait voir où il "s'arrête" et que commence autre chose. Il faudrait aller voir "au-dessus" du ciel, comme quand on voit parfois le haut d'un nuage. Il faudrait donc monter très haut.
L'enveloppe gazeuse, l'atmosphère, qui compose le ciel, comprend de moins en moins de gaz ("d'air") quand on s'éloigne de la Terre : on respire moins facilement en haute montagne qu'au niveau de la mer. Ainsi, il n'y a pas de limite franche et, de toutes façons, pas de limite qui puisse être vue depuis le sol. Cependant, quand une navette spatiale revient sur Terre, elle subit un échauffement lorsqu'elle commence à pénétrer dans l'enveloppe gazeuse, à une altitude d'une cinquantaine de kilomètres. C'est aux environs de cette altitude que s'est produit le tragique accident de la navette Columbia.
Si le ciel n'est plus l'atmosphère mais tout ce qui contient les étoiles et les galaxies, la réponse risque d'être beaucoup plus délicate !

Pour voir quelque chose, il faut que de la lumière nous en soit parvenue.
Comme la lumière se déplace à une vitesse, certes très grande, mais finie (300 000 kilomètres par seconde), il faut un certain temps pour que la lumière émise par une source nous parvienne. Dans le cas d'une source proche, comme le lampadaire du coin, ce temps est extrêmement faible, imperceptible, car la lumière est vraiment rapide. La lumière de la Lune met un peu plus d'une seconde pour nous parvenir ; celle du Soleil à peu près 8 minutes et demi. Plus un objet est lointain, plus le temps est long : il se chiffre en années pour les étoiles proches, en dizaines voire en centaines de millions d'années pour les galaxies.

La source la plus lointaine que nous puissions percevoir est située à une distance égale à celle que la lumière a parcourue en un temps égal à l'âge de l'univers, 13,7 milliards d'années (il y a une petite subtilité que je saute car, en fait, l'univers a été opaque à la lumière pendant environ 380 000 ans). Autrement dit, nous ne percevrons jamais qu'un volume fini d'espace car l'univers n'est pas infiniment vieux et que la lumière ne se déplace pas infiniment vite. Ce volume d'espace augmente un peu chaque jour (très très peu en valeur relative, un jour étant très court par rapport à 13,7 milliards d'années) au fur et à mesure que nous parvient la lumière émise par des points plus éloignés.

Par ailleurs la lumière émise par les confins de l'univers a subi, pendant sa propagation, l'expansion de l'univers. Initialement émise sous forme de lumière visible, elle nous arrive sous forme de micro-onde, imperceptible à nos yeux donc. C'est justement cette lumière fossile qu'à observé le satellite WMAP qui vient de publier ses résultats.

C'est une question très pertinente qui amène de nombreux commentaires :
Peut-on parler d'extrémité du ciel ? Cela suppose une frontière donc une barrière entre quelque chose, le ciel (l'univers), et autre chose ! En réalité, cette frontière n'existe pas, car l'autre chose est rien.
Cela se traduit par des concepts mathématiques difficiles à aborder, l'univers est-il un espace borné ou pas (on dit aussi un univers fermé ou ouvert). On sait actuellement que l'univers est en expansion. Si l'univers est borné, l'expansion s'arrêtera et l'univers se contractera; si l'univers n'est pas borné, l'expansion ne s'arrêtera pas.
Actuellement, on ne sait pas dire avec certitude si l'univers est borné ou non, cela dépend de la densité de matière dans l'univers. Il existe donc une densité critique qui est la limite entre un univers borné ou pas. Toute la difficulté réside à mesurer la densité de l'univers. Actuellement, la densité serait plutôt inférieure à la densité critique. On aurait donc un univers non borné (ouvert), mais a-t-on bien mesuré la densité de l'univers ?

La notion d'infini est également une notion très complexe, et l'univers peut être infini, qu'il soit borné ou non. On n'a pas trop de mal à imaginer un espace infini et sans borne, mais on a plus de mal à imaginer un espace infini borné. Un exemple de ce phénomène est le suivant : si l'on trace un segment de droite, on construit un ensemble de point qui est borné par les extrémités du segment. Or, sur ce segment, on peut toujours trouver le milieu du segment, puis le milieu du segment formé par une extrémité du segment et son milieu est ainsi de suite jusqu'à l'infini (on prend toujours le milieu du milieu), il y a donc une infinité de points sur ce segment qui est borné.
En revanche, il y a ce qu'on appelle un horizon cosmologique. Si l'univers a été créé, il y a "n" milliards d'années, et en supposant que l'on ne peut pas dépasser la vitesse "c" de la lumière, les objets les plus lointains que l'on peut voir sont situés à la distance n/c. Comme ces distances sont très grandes, on les exprime en années de lumière (distance parcourue par la lumière en une année). Donc si l'âge de l'univers visible est de "n" milliards dannées, on ne peut pas voir au-delà de "n" milliards d'années de lumières.