La Cosmologie
Quelle est la place de l'homme dans l'univers ?
1.Les interprétations pré-scientifiques de l'univers
2. La révolution galiléenne (XVIe siècle)
3. Deuxième Révolution : la théorie de relativité
4. Troisième révolution : le Big Bang
5. Quelques problèmes
6.L'énigme de la conscience
Conclusion
Quelle est la place de l'homme dans l'univers ?
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Initiation à la cosmologie
Nous sommes sur la terre et nous regardons le ciel. Le soir, il scintille de la lumière de millions d'astres. L'univers céleste paraît infini et éternel. Il semble déployé tout autour de nous et nous nous sentons exister au centre du monde.
Venons-nous du ciel, comme l'affirme le texte biblique ou sommes-nous produits par la terre ? Mais le ciel et la terre sont-ils deux mondes séparés ? Leur nature est-elle différente ? Faut-il comme le pense Aristote distinguer le monde "sublunaire", le nôtre, du monde "supralunaire", celui d'en haut, parfait et modèle d'intelligibilité ? Ou bien, le ciel et la terre appartiennent-ils au même univers ? Ne serions-nous pas en même temps enfants des étoiles et de la terre ? Quelle est notre place dans le monde ? Où sommes-nous situés dans l'espace et quel est notre rôle ? Pouvons-nous accéder à une vérité sur le monde qui nous entoure ? Faut-il faire confiance à nos sens ou à notre intelligence ? Notre intelligence est-elle en mesure de nous répondre ?
En face du ciel étoilé, les hommes éprouvent à la fois de la crainte et de l'émerveillement. Leur curiosité scrute l'univers. Au mystère et à l'énigme, ils répondent d'abord à l'aide de leur imagination, par des mythes, puis beaucoup plus tard à l'aide de leur raison par la science.
1. Les interprétations pré-scientifiques de l'univers |
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A. L'univers des mythes et des religions
Les hommes expliquent d'abord le monde et leur situation dans le monde à travers des mythes. Le mythe est un récit imagé et symbolique qui raconte l'origine du monde, de l'homme, de ses rites, et de ses valeurs. En général l'homme se situe au centre du monde (anthropocentrisme). Il existe un très grand nombre de mythes qui décrivent la création de l'univers de diverses manières, soit :
- Par l'échauffement d'un dieu, son amour, sa pensée ou sa parole.
- Par la division d'une matière primordiale non différenciée. Ciel/terre – chaos – œuf primordial.
- Par le démembrement d'un géant : immolation librement consentie (Purusha en Inde) ou combat d'un dieu contre un monstre marin (Tiamat en Mésopotamie).
- La conception populaire des anciens Grecs voyait la terre plate comme une soucoupe, entourée d'un océan. Deux colonnes aux extrémités, soutenaient la voûte céleste percée de trous, les étoiles, afin de laisser filtrer la lumière du séjour des dieux.
- La conception judéo-chrétienne exprimée dans la Bible est géocentriste. Selon la Bible Dieu a créé le ciel et la terre à partie de sa parole. Il a fait tourner autour de la terre les "deux luminaires" (le soleil et la lune) pour l'éclairer le jour et la nuit. Il a créé l'homme et l'a placé au centre du monde et au sommet de la création. L'ordre du monde est absolu et parfait. C'est la désobéissance de l'être humain qui a introduit le désordre dans la création.
(Voir le cours sur La Genèse dans Herméneutique)
B. Les théorisations ou intuitions non scientifiques
D'autres explications du monde ont été proposées par des penseurs.
- La Théorie d'Aristote affirme l'hétérogénéité des deux mondes
Le monde supralunaire (au-delà de la lune) le ciel, dans lequel le mouvement des astres obéit à un ordre parfait, décrit par la géométrie et le monde sublunaire (en dessous de la lune), la terre, dont l'ordre est imparfait, dégradé, imprécis donc non descriptible par les mathématiques.
- La vision des Poètes
"Si tu coupes un atome, tu trouveras un soleil et des planètes tournant alentour. Et quand cet atome ouvrira sa bouche, il en sortira un feu capable de réduire le monde en cendres" (Rumi)
Poète mystique afghan du XII° (1273), qui fonde l'ordre des derviches tourneurs (cité dans Le Tao de la Physique, CAPRA)
- Les théories de l'astrologie
Ce sont des théories qui représentent une perception qualitative des planètes, organisées selon un symbolisme analogique.
Ces théories ou intuitions ne sont pas scientifiques, elles sont "noyautées" par le psychisme de "l'homme imaginal" (cf.Jung). L'homme voit dans le ciel en fonction de son monde intérieur, il "projette" ses structures psychiques collectives. Les Chinois ne "voient" pas dans le ciel le même zodiaque que nous. Ces systèmes présentent un intérêt pour les psychologues ou les sociologues qui désirent analyser la mentalité d'un peuple. Mais pas pour le scientifique.
C. Premières tentatives d'explication scientifique
Quelques hommes, des philosophes et des scientifiques, ont une démarche très différente. Le sens commun, se fiant aux apparences, croit ce qu'il voit. Eux cherchent à comprendre le monde autrement, avec leur raison. Par exemple, chez les Grecs de l'Antiquité, déjà Platon et Aristote pensent que la terre est ronde. Le fait que l'on voie "monter" le mât d'un navire qui vient de loin sur la mer est une preuve de la rotondité de la terre pour Aristote et les éclipses de terre montrent bien l'ombre circulaire de la terre sur la lune…
La découverte du l'héliocentrisme est très ancienne, mais elle a été "oubliée".
Aristarque de Samos (Grec III° avant J.C -310 –230, Mathématicien et astronome), 17 siècles avant Copernic, affirme, grâce à ses calculs, que le soleil est au centre du système solaire. Il est seul à avoir raison contre tous. Mais sa théorie va contre les apparences. Elle est abandonnée.
Le système de Ptolémée (Grec, II° après J.C. 90-168) propose un modèle géocentriste du système solaire, avec des orbites circulaires. Ce modèle d'univers, conforme au récit de la Bible, adopté par l'Eglise durant tout le Moyen-Âge jusqu'à la Renaissance.
L'anthropocentrisme est une théorie qui affirme que l'homme est au centre de l'univers.
Le géocentrisme est une théorie qui affirme que la terre est au centre du système solaire, et que le soleil tourne autour de la terre.
Héliocentrisme : théorie qui affirme que le soleil est au centre du système solaire et que c'est la terre qui tourne autour du soleil.
L'Eglise contrôle toutes les universités donc tout l'ensemble du savoir.
2. La révolution galiléenne (XVIe siècle) |
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Découverte de la double rotation de la terre autour d'elle-même et autour du soleil.
Cette révolution est un changement radical dans le comportement de l'esprit humain en face du monde. Il n'est plus une démarche qualitative, mais une analyse quantitative.
Pour que la science se constitue, il est nécessaire de rompre avec un mode ancien de pensée. C'est ce que Bachelard appelle "RUPTURE EPISTEMOLOGIQUE". L'acquisition de l'esprit scientifique exige une mutation de l'esprit. Le scientifique ne voit pas le monde de la même manière que le sens commun. Les théorisations philosophiques ne sont pas scientifiques parce que non quantifiables, c'est à dire non exprimables en langage mathématique. Le scientifique doit se détacher des systèmes de pensées (idéologies, croyances), qui sont fondés sur des images, des symboles reliés entre eux par des relations analogiques (pensée magique), même s'ils obéissent aussi quelquefois à la logique. Ces interprétations sont subjectives.
La première rupture épistémologique correspond à "l'esprit scientifique concret".
L'objectivité passe par la médiation d'instruments. L'instrument est lui-même une connaissance matérialisée, une construction à la fois théorique et pratique. Elle permet une saisie quantitative du phénomène. Les instruments qui permettent cette révolution sont d'abord la lunette astronomique puis le télescope.
En effet, au XVI° un très grand progrès s'est effectué dans le polissage des lentilles, d'où le perfectionnement des lunettes astronomiques. Grâce à une meilleure observation du ciel, les calculs sont plus précis. Ils permettent de découvrir que contrairement aux apparences, ce n'est pas le soleil qui tourne autour de la terre, mais la terre qui tourne autour du soleil. Plusieurs savants, simultanément, sont à l'origine de cette découverte. Ils communiquent entre eux (l'Europe existe déjà sur le plan scientifique), refont les calculs et tombent tous d'accord sur la théorie héliocentriste :
- Copernic 1473-1543, Polonais, est le premier à proposer cette théorie. On parle aussi souvent de "Révolution copernicienne".
- Tycho Brahé 1546-1601, Danois. (Sa position est particulière. Il s'oppose à la fois à Ptolémée et à Copernic : il pense que la lune et le soleil tournent autour de la terre. Les autres planètes tournent autour du soleil. Son immense prestige a retardé la conversion des astronomes à la théorie de Copernic).
- Bruno Giordano, 1548-1600, Italien. Non seulement il adhère à l'héliocentrisme mais il propose l'idée d'une pluralité des mondes. Il fut brûlé vif par l'Eglise à cause de sa pensée.
- Képler, 1561-1630, Allemand, élève de Tycho Brahé, découvre que les orbites de planètes sont elliptiques.
- Galilée, 1564-1642, Italien, est le plus célèbre à cause de ses écrits et de son procès par l'Inquisition en 1633. Il doit jurer publiquement sur la Bible :
"L'opinion que le soleil est au centre du monde est absurde, fausse en théorie et formellement hérétique, parce qu'elle est expressément contraire à la Sainte Ecriture".
On dit qu'en redescendant les gradins, il a murmuré : "Et pourtant elle (la terre) tourne". En 1636, il devient aveugle.
- Newton, 1642-1727, Anglais, découvre la théorie de la gravitation universelle (légende de la pomme tombée). Il invente le télescope.
Tandis que la lunette astronomique permet de voir directement un astre à travers des lentilles ou verres grossissants, le télescope capte la lumière qui vient des astres avec des miroirs concaves qui renvoient l'image de l'astre sur une sorte d'écran plat. Plus le diamètre du miroir est large, plus il capte loin. Cette découverte permet un grand bond en avant pour la connaissance astronomique.
La "révolution copernicienne ou galiléenne" est une véritable mutation dans la pensée scientifique mais aussi dans la mentalité collective. En effet, les différents pays de l'Europe sont très religieux. La Bible est une autorité absolue. Remettre en question cette "Vérité" semble un blasphème intolérable aux yeux de l'Eglise. Il faudra attendre plusieurs siècles - le pape Jean-Paul II en 1992 - pour que l'Eglise réhabilite Galilée et accepte la théorie héliocentriste (et le darwinisme).
DESCARTES au XVII° use de toute sa diplomatie pour fonder la validité de la raison et atténuer le conflit entre la science et la religion.
A partir du XVI° une nouvelle manière de penser est née : la science.
Bilan au début du XX°
Jusqu'au XX° les études des étoiles se précisent. Leur couleur et leur magnitude permettent de savoir leur âge, leur distance, leur température. Puis l'analyse du "spectre" de l'étoile, c'est-à-dire de sa lumière réfractée à travers un prisme de cristal sur un écran, indique sa composition chimique.
La connaissance du système solaire se complète : découverte d'Uranus en 1781, de Neptune en 1846, de Pluton en 1930.
L'exploration de notre galaxie se poursuit. Celle-ci contient environ 100 milliards d'étoiles. Sa forme est ellipsoïde. Les distances sont tellement immenses qu'il a fallu inventer une nouvelle unité de mesure : "L'année-lumière" (A.L). Une année-lumière est la distance franchie en une année, par un rayon lumineux, qui se déplace à la vitesse de la lumière, c'est-à-dire environ 300.000 Km/seconde (exactement : 299.792,5 Km/S).
Notre galaxie mesure 10.000 années-lumière dans sa largeur et 100.000 années-lumière dans sa longueur. Vue de loin, elle ressemble à une gigantesque étoile de mer qui tournerait sur elle-même. Notre système solaire n'est pas unique, il en existe des millions.
Ainsi, à mesure que la science progresse, nous nous trouvons décentrés, exilés. Nous sommes des banlieusards à la périphérie de la galaxie !
Au XX° double événement : La Théorie de la Relativité et la naissance de la cosmologie.
3. Deuxième Révolution : la théorie de la relativité |
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Einstein (1879-1955-Suisse), est "l'inventeur" de la théorie de la relativité. En quoi consiste-t-elle ?
Il part des expériences de Michelson et Morley sur la vitesse de la lumière. Un rayon lumineux envoyé dans le sens de rotation de la terre, et un rayon lumineux envoyé dans le sens contraire de la rotation de la terre, devraient avoir des vitesses différentes, or ils ont exactement la même vitesse. Ils en déduisent que la vitesse de la lumière reste constante quelle que soit sa direction dans l'espace.
1905 : Relativité restreinte
1. Il n'y a aucun repère fixe par rapport auquel on puisse mesurer le temps ou l'espace. Ces mesures dépendent de la position de l'observateur, de son système référentiel. Tout est relatif.
2. La lumière se propage dans le vide d'une façon isotrope, sa vitesse "C" est constante, à peu près 300.000 Km/Seconde.
3. L'énergie est le produit de la masse par le carré de la vitesse : E = m.c2.
1911 : Relativité Généralisée.
1. Le monde est un continuum quadri-dimensionnel. (Les trois dimensions de l'espace, et celle du temps). L'espace et le temps sont inséparables, l'univers est spatio-temporel. Ce qui implique :
a) un corps qui se meut se contracte dans le sens du mouvement de translation.
b) Le temps s'accélère si la vitesse ralentit, et inversement le temps ralentit si la vitesse s'accélère.
D'où le fameux paradoxe de Langevin (1911) :
"Un cosmonaute qui quitterait la terre avec une vitesse avoisinant celle de la lumière, et qui y reviendrait au bout de deux ans de son temps propre trouverait la terre vieillie de deux siècles.
Ce thème est souvent illustré dans les romans et les films de science-fiction, par exemple le film : La Planète des singes.
Cette théorie a été confirmée en 1960 : une horloge atomique placée dans un avion faisant le tour de la terre vers l'est retarde par rapport à celle qui voyage dans le sens contraire, donc celle dont la vitesse est plus lente.]
2. L'espace est une propriété physique de l'univers. Il est incurvé, analogue à celui de Riemann (géométrie à courbure positive), illimité, mais non infini.
3. La masse varie en fonction de la vitesse. Elle deviendrait infinie à la vitesse de la lumière.
4. L'énergie possède inertie et pesanteur. Les rayons qui viennent des étoiles sont attirés et déviés par la masse du soleil.
NAISSANCE DE LA COSMOLOGIE
Les progrès des connaissances en cosmologie sont liés à l'évolution des télescopes.
Chronologie rapide des découvertes :
-1923. Télescope du Mont Willson, diamètre 2,54m., permet de voir jusqu'à 1 Million d'années-lumière. Surprise : on découvre une cinquantaine d'autres galaxies, à l'extérieur de la nôtre. Si elles se trouvent à 1 million d'années-lumière, cela signifie que la lumière que nous voyons aujourd'hui a mis 1 million d'années pour arriver jusqu'à nous !
Ces galaxies sont-elles toujours là ? Pourquoi se poser une telle question ? Parce qu'elles sont rouges. Pourquoi sont-elles rouges ? Parce qu'elles se déplacent.
-1924. Explication par "l'effet Doppler-Fizeau". Le spectre d'un corps lumineux se décale vers le rouge lorsque celui-ci s'éloigne de l'observateur.
Les galaxies sont rouges parce qu'elles s'éloignent les unes des autres, et de notre galaxie.
Ces galaxies étaient là il y a un million d'années, mais elles ne sont plus là. Où sont-elles aujourd'hui ? Quelle distance ont-elles parcouru pendant ce million d'années ? Leur vitesse est-elle constante ? En accélération ? En décélération ?
Il apparaît donc que le ciel que nous regardons n'existe pas comme nous le voyons ! En effet, puisque la lumière des corps lumineux met du temps à nous parvenir, nous voyons des galaxies qui ne sont plus là où nous les voyons, des étoiles qui sont mortes depuis longtemps. Et nous ne voyons pas les corps qui sont nés il y a longtemps, mais dont la lumière n'est encore pas arrivée jusqu'à nous.
Plus nous explorons des zones lointaines du cosmos, plus nous reculons dans le passé !
4. Troisième révolution : Le Big Bang |
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Mais que se passait-il auparavant ? Si l'on recule vers le passé, si l'on déroule le film à l'envers, alors, les galaxies se rapprochent les unes des autres. C'est l'hypothèse de Lemaître (1927) : à l'origine, toutes les galaxies devaient être concentrées dans un point de la grosseur d'une tête d'épingle : "l'atome primordial". Celui-ci a dû, en explosant, être à l'origine de l'univers.
-1930 : Hubble propose la théorie de l'expansion de l'univers. Les galaxies s'éloignent les unes des autres à une vitesse proportionnelle à leur distance. Il évalue leur vitesse de fuite à environ 225.000 Km/s. Le monde devient vertigineux au sens propre !
-1948 : Très importante découverte : Théorie de Gamow : "Le Big Bang", = "le grand boum", l'explosion à l'origine de l'univers. (Théorie reprise en 1978).
Le monde n'est donc pas éternel, il a une histoire, il a un commencement et il aura une fin. L'univers est mortel !
Les pulsars et les trous noirs
-1945 : Entre temps, l'invention des radiotélescopes bouleverse l'image et l'idée que les astronomes se font du ciel. En effet, de certains endroits où le ciel semble vide, proviennent des sons rythmés, très divers et très bruyants….En 1968, les radiotélescopes permettent de découvrir d'abord les pulsars, (minuscules "étoiles à neutrons", tournant sur elles-mêmes comme des toupies sans émettre de lumière. Leur densité est telle qu'un morceau de sucre y pèserait 300 millions de tonnes !), puis les trous noirs, qui émettent un très fort rayonnement X, et "gobent" tous les corps matériels qui se situent dans leur entourage.
Le rayonnement fossile
En 1965 : confirmation du Big-Bang, l'univers, malgré son refroidissement, garde encore une faible température, le "rayonnement fossile" : 3° K = 3 degré Kelvin (= -270°), (le Zéro absolu : 0°K = -273°). Ce rayonnement serait le résidu de la chaleur originelle de l'univers. En 1992, il est étudié en détail grâce au satellite COBE (cosmic Background Explorer).
- En 1970, l'univers s'agrandit : le télescope du Mont Palomar (diamètre : 5,08 m.) permet une vision jusqu'à 6 milliards d'années-lumière.
Et à cette distance, on découvre encore des milliards de galaxies, de toutes sortes de formes (ressemblant souvent à des coquillages), disposées en amas, puis en superamas.
Les quasars
D'autres découvertes dans les années 1970, font l'objet d'un intense questionnement : les quasars (quasi stellar). Ils ressemblent à des étoiles, mais émettent une énergie aussi importante que des centaines de milliers de galaxies.
Plusieurs hypothèses sont alors formulées à l'époque :
Y a-t-il dans l'univers d'autres Big-bang, c'est-à-dire d'autres mondes en train de naître ? (Idée d'une pluralité des mondes). Cette hypothèse a été formulée par Geoffrey Burbidge et Jayant Narlikar. Ils proposent un modèle d'univers alternatif à celui du Big Bang. Pour eux, l'univers n'est pas engendré à partir du rien car le vide absolu n'existe pas : le vide quantique possède un niveau d'énergie minimum, non nul, fluctuant. Ils postulent une multiplicité de "mini-Bangs", éparpillés dans le temps et l'espace infinis. Cf. P. de Brem).
Puisque l'univers est courbe, des galaxies de matière et des galaxies d'antimatière rentrent-elles en collision, et s'annihilent-elles réciproquement, dans un flamboiement apocalyptique ?
S'il existe des "trous noirs", dans lesquels l'énergie et la matière sont "avalées", le quasar n'est-il pas un "trou blanc", c'est-à-dire l'envers d'un "trou noir", l'autre côté, celui par où l'énergie est déversée… ?
Ces quasars ne sont-ils pas des images fossiles de notre Big-bang déformées et multipliées, à cause de la courbure de l'espace ? On les appelle : mirages gravitationnels.
… Sont-ils des noyaux de galaxies ?
Les télescopes sont de plus en plus puissants
-1979 : télescope de l'Arizona (60 miroirs, diamètre 10 m.). Vision jusqu'à 10 milliards d'A.L.
-1984 – télescope du Caucase, 12 milliards d'A.L.
-1985 – Space-telescope. (Sur satellite)
-1987 – télescope de Maunakéa (Hawaii), 15 milliards d'A.L. (= horizon universel).
-1990 – télescope HUBBLE, sur satellite, (si difficile à mettre en marche…)
-2009 – V.L.T. (Very Large Telescope), au Chili, il permet de voir les galaxies les plus lointaines, au moment de leur formation c'est à dire les confins de l'univers.
Tous ces télescopes captent les images de centaines de milliards de galaxies. Chaque galaxie contenant une centaine de milliards d'étoiles.
La perception de l'univers ne cesse de s'agrandir à mesure que notre technologie progresse.
"La terre n'est pas au centre du système solaire, le soleil n'est pas au centre de la galaxie, la galaxie n'est pas au centre de l'univers." M.Cassé.
"La terre participe à un fantastique ballet cosmique. Elle nous entraîne d'abord à travers l'espace à trente kilomètres par seconde dans son voyage annuel autour du soleil. Celui-ci emmène à son tour la terre dans son périple autour de la Voie Lactée à deux cent trente kilomètres par seconde. La Voie Lactée tombe à quatre-vingt-dix kilomètres par seconde vers sa compagne Andromède. Et ce n'est pas fini. Le groupe local qui contient notre galaxie et Andromède tombe à quelque six cents kilomètres par seconde vers l'amas de la Vierge, lequel tombant lui-même…" T.X.Thuan.
"Le silence éternel des espaces infinis m'effraie" écrivait déjà Pascal, il y trois siècles…
L'univers actuel s'étend à environ 15 milliards d'A.L. Il comprend des milliards de galaxies dans un espace contenant des gaz, poussières, particules atomiques…et un "vide" immense que par ignorance l'on nomme "matière noire" ? (Voir Ch.5).
Description du Big Bang
Théorie de Gamow, américain, vulgarisée dans les années 1978, par Weinberg : Les trois premières minutes de l'univers. Cette étude a été possible grâce aux grands accélérateurs du C.E.R.N. à Genève. On appelle temps zéro : T.0, le moment exact de l'explosion, le commencement de l'univers. Pour l'instant cet instant est une limite de la connaissance. Il est impossible de remonter au-delà. En mars 2010 les chercheurs du CERN viennent de remonter à quelques milliardièmes de milliardièmes de seconde après l'explosion.
Temps |
Température |
Apparition |
Forces |
10 – 43 seconde |
10 32 K |
Quarks, leptons, électrons, neutrinos,
et leurs antiparticules. |
Force de Gravitation |
10 – 35 '' |
10 28 K |
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Force nucléaire
Force électromagnétique. |
10 – 10 '' |
10 15 K |
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Force quarkienne. |
10 – 6 '' |
10 13 K |
Protons, neutrons. |
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1" |
10 10 K |
Deutérium. |
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3 minutes |
10 6 K |
Noyaux atomiques légers :
Hydrogène, hélium, lithium. |
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15 minutes |
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Fin de la nucléosynthèse.
L'univers continue à se dilater et à se refroidir. Il était opaque, il passe du violet au jaune, puis devient orange et enfin rouge. |
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300.000 ans |
3000 K |
L'univers devient transparent.
Début de la matière. |
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1 milliard d'années |
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Formation des premières galaxies |
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15/16 Milliards d'années |
3 K
(Rayonnement fossile) |
Evolution biologique : émergence de la vie.
Evolution anthropologique : émergence de la conscience. |
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Il n'y a aucune trace de ce qu'il y avait "avant" le big-bang. On se heurte là à une limite absolue de la connaissance.
L'explosion originelle engendre : l'espace, le temps, la matière et l'antimatière.
L'univers a donc une histoire, un devenir. Il n'est pas immobile, ni éternel comme le croyaient les Anciens. L'évolution est d'abord nucléaire, puis chimique, (à mesure que l'univers se refroidit, les corps chimiques apparaissent, dans l'ordre du tableau de Mendeléiev), puis biologique, et enfin anthropologique.
L'évolution est-elle terminée ?
Le devenir du cosmos évolue vers une complexité croissante. La structure de tous les objets est hiérarchisée.
Les différentes forces qui "tiennent" l'univers sont présentes dés les premières secondes. Elles sont de plus en plus "fortes" ou intenses à mesure que l'on va vers l'univers microscopique. Ces lois physiques sont les mêmes partout. Leur origine est inexplicable.
A.L. = Année-lumière.
1. Qu'y avait-il avant le big-bang ?
Il semble tout à fait normal de se poser cette question, et pourtant, elle n'a pas de sens pour les scientifiques. En effet, "avant" le big-bang, le temps n'existait pas. Qu'est-ce qui explique l'existence de l'atome primordial ? Est-il lui-même le résultat de la concentration d'une soupe de particules, produite par la désagrégation d'un univers antérieur ? La pensée scientifique ne peut pas remonter au-delà du "temps zéro". D'où la place pour les réponses des religieux qui font intervenir la puissance d'un Dieu créateur, en 1951, le pape Pie XII identifia le big-bang au fiat lux (= Que la lumière soit) de la Bible, et pour les hypothèses des philosophes…
2. D'où viennent les lois qui régissent l'univers ?
Quatre lois physiques, que les cosmologues nomment "conditions initiales" assurent dés le départ l'organisation rigoureuse du cosmos.
a. "La force nucléaire forte est responsable de la cohésion des noyaux atomiques. Elle est la colle qui lie ensemble les protons et les neutrons constituant ces noyaux ainsi que les quarks…
b. La force nucléaire faible est responsable de la radioactivité, c'est-à-dire de la transmutation de noyaux d'atomes qui perdent spontanément de leur masse en émettant des particules ou des rayonnements électromagnétiques.[…] Son champ d'action (…) n'est que le dixième de celui de la force forte.
c. La force électromagnétique teint ensemble les atomes, les molécules et les doubles hélices de l'ADN.(…) C'est elle qui est responsable de la forme d'un pétale de rose. (…)Elle confère de la solidité aux choses…
4. La force de gravité nous colle à la terre (…) Son domaine d'action s'étend à l'univers entier. C'est elle qui est responsable de son architecture….." Thuan
Aujourd'hui on les réduit à Trois forces. On a pu établir que la force nucléaire faible (n°2) et force électromagnétique (n°3) était deux facettes d'une même interaction.
Dès lors, l'objectif des physiciens est de montrer que les trois forces s'unifient à très hautes températures et qu'aux premiers instants de l'Univers, juste après le Big-Bang, elles étaient réunies.
Ces trois forces et une quinzaine de constantes physiques assurent le réglage de l'univers.
Ce réglage est d'une précision mathématique stupéfiante et parfait. L'équilibre entre la force explosive (centrifuge) du big-bang et la force gravitationnelle (centripète) qui ralentit le mouvement est presque miraculeux. "Le désordre sait s'organiser" dit Prigogine.
Si l'on changeait d'une manière infinitésimale l'intensité de des forces, l'univers serait stérile ou se désagrégerait immédiatement. T.X.Thuan affirme que le réglage de la densité de l'univers à son commencement a une précision de 10-60. Est-il le fruit d'un hasard ou l'œuvre d'un principe organisateur ?
Une nouvelle théorie : la théorie de la gravité quantique propose d'unifier les trois forces décrites plus haut en une super force : les "supercordes". Cette théorie permettrait de décrire tous les phénomènes de l'univers.
Illustration de la précision : "L'effet papillon".
En 1961, Ed Lorenz, météorologue américain à Boston, décide, afin de simplifier les calculs, d'arrondir d'une manière infinitésimale les chiffres de l'ordinateur. Ces résultats le conduisent à prévoir des tornades… qui ne se produisent pas ! Il comprend alors que la modification même infinitésimale d'un paramètre réel a des conséquences gigantesques. Il a nommé cette découverte "L'effet papillon" (Butterfly effect). "Un battement d'aile de papillon peut engendrer des tornades", un grain de sable mal placé… Des modification microscopiques peuvent engendrer des événements macroscopiques. D'où l'explication possible du déséquilibre de la planète terre.
Les savants ne savent pas quelle est la nature de cet ordre et de ces forces, présents partout et à chaque instant, dans le monde macroscopique et dans le monde microscopique. Ils "tiennent" l'existence et la structure de l'univers en permanence. Si ces "forces" venaient à "lâcher", ou à changer d'intensité, l'univers se désagrégerait immédiatement. Le hasard ne produit rien. A tous les niveaux, le monde est "tenu" et architecturé.
3. Comment se sont formées les galaxies ?
C'est une question impossible à résoudre pour le moment. L'univers est hétérogènes. La présence des "cordes cosmiques", êtres vibratoires longilignes, représentant des densités énormes d'énergie, pourraient expliquer l'origine des galaxies.
4. D'où viennent les étoiles et à quoi servent-elles ?
Les étoiles se forment au cœur des galaxies. Leur centre est le lieu d'une intense activité nucléaire. Tous les atomes s'y forment. "Certaines étoiles font de l'or d'autres du carbone". M.Cassé. La mort de l'étoile se traduit par une explosion. Les atomes sont projetés dans l'espace, sous forme de poussière, et "inséminent" l'univers. "La poussière est notre aïeule et notre devenir. […/…] Les étoiles sont fontaines d'atomes, les hommes cathédrales d'atomes". M.Cassé.
5. D'où nous viennent les informations que nous pouvons avoir sur l'univers lointain ?
« C'est d'abord la lumière qui nous apporte l'essentiel de l'information. Le spectre de l'étoile (= sa lumière diffractée à travers un prisme de cristal) nous donne une très grande quantité de renseignements sur cette étoile (voir début du cours). Mais l'information que la lumière nous donne n'est pas instantanée. La lumière met du temps à se déplacer. Même si elle est très rapide, à l'échelle du cosmos les distances se chiffrent en millions et en milliards d'années-lumière. Donc c'est une information à retardement. Le ciel n'est pas comme on le voit. Plus on voit loin, plus on remonte dans le temps. Par ailleurs, l'espace et les forces gravitationnelles peuvent déformer, parfois dédoubler, les images lumineuses. D'où le problème de l'interprétation de ces images par l'intelligence humaine.
« Ensuite ce sont les sons, mais nous sommes loin de savoir tous les décrypter.
Si la lumière brille de partout et de si loin, pourquoi le ciel est-il noir la nuit ?
Parce que la vitesse de la lumière n'est pas infinie. Elle ne peut pas remplir l'espace qui, lui, est en expansion constante. C'est un peu comme si l'on essayait de remplir une baignoire qui se dilaterait sans cesse…
6. Quelle est la forme (ou la géométrie) de l'univers ?
- Est-il sphérique, semblable à l'univers géométrique à courbure positive, décrit par Riemann ?
- Est-il en forme de goulot, ou "selle de cheval" (= à courbure négative) ?
- En nid d'abeille (les trous noirs seraient-ils des passages vers d'autres univers)?
- Notre univers n'est-il qu'un microcosme par rapport à un macrocosme comme l'affirme le philosophe Leibniz dans sa théorie des mondes emboîtés. De sorte que toutes les galaxies ne seraient rien d'autres que de petits coquillages sur une plage, dans un autre monde infiniment plus vaste ?
- N'est-il qu'une "bulle dans un océan de champagne" ? (voir plus loin).
7. L'univers est-il en expansion ?
Voici quelques théories divergentes :
1. Les galaxies s'éloigneraient les unes des autres à l'infini.
2. C'est l'espace qui se dilaterait, entraînant les galaxies qui, elles, seraient au repos. (Comme des points sur un ballon que l'on serait en train de gonfler).
3. La force de gravité devrait ralentir graduellement l'expansion, la freiner, puis contracter l'univers. C'est la théorie du "Big Crunch", (= effondrement final), théorie de Friedmann. Selon Hubert Reeves, pour justifier cette théorie, il faudrait pouvoir mesurer et connaître la densité des neutrinos, ce que nous ignorons encore.
4. La fuite des galaxies ne serait qu'une illusion. Les galaxies sont immobiles. Le déplacement du spectre lumineux vers le rouge serait dû à un vieillissement, à une usure de la lumière au cours de son trop long voyage.
8. La causalité est-elle la seule forme d'explication des phénomènes ?
Non, il faut ajouter le phénomène de la synchronicité. Einstein, Podolsky et Rosen, (="paradoxe E.P.R"), affirment que chaque particule est immédiatement informée de ce qui se passe dans l'univers. Par exemple les molécules d'eau réagissent instantanément aux explosions du soleil, et non aux effets que la lumière en apporte 8 minutes après. Il faudrait donc postuler l'hypothèse selon laquelle, tous les corps seraient reliés par des rythmes parallèles.
9.. De quoi est fait l'univers ?
A première vue, de matière et d'énergie. Mais la "matière se dématérialise", elle est tourbillon d'énergie dans le vide. L'univers visible, audible, bref celui que nos instrument techniques nous rendent perceptible, et qui compte des milliards de milliards de galaxies, ne représente qu'une infime partie de l'univers réel. En effet 90 % à 99% de l'univers est constitué de ce que les scientifiques appellent la "masse manquante", "matière sombre", "masse cachée" ou encore "la matière noire". On peut en mesurer la masse mais on en ignore la nature.
La théorie de "l'inflation cosmologique" implique que "la grande majorité de la matière se trouve sous une forme "noire" ou transparente "vide", encore non détectée", M.Cassé. Il est possible que tout ce que nous connaissons de la "matière" ne soit que 'l'écume de la matière universelle". Il se pourrait même qu'il existe "une multitude d'univers dont chacun aurait ses caractéristiques propres" L.Duquesne, Du Big Bang à l'homme.
Dans sa théorie de "l'inflation chaotique", Andréi Linde affirme que les fluctuations d'énergie du "vide originel" constituent autant d'éclosions d'univers. Pour simplifier, il compare ces variations d'énergie à un océan, dont les mouvements engendrent une écume légère, une mousse constituée de bulles en nombre infini et apparaissant continûment. Il y aurait d'autres univers que le nôtre, en nombre infini, qui auraient chacun la taille d'une bulle par rapport à un océan de champagne. (Revue Eurêka 1998). Peut-être même les lois cosmiques (lois physiques) ne sont pas les mêmes dans chaque univers. Les lois ne seraient pas universelles, mais seulement locales. "L'univers se brise en plusieurs royaumes, ou bulles causales, où règnent des lois différentes et plus déconcertant encore, des dimensions spatio-temporelles non nécessairement égales à quatre". M.Cassé.
Les particules élémentaires de la matière seraient la manifestation de vibrations de bouts de "cordes" extrêmement petits (10 –33 centimètre).
La théorie des cordes est l'une des voies envisagées pour régler une des questions majeures de la physique théorique : fournir une description de la gravité quantique c'est-à-dire l'unification de la mécanique quantique (inévitable pour décrire la physique aux petites échelles) et de la théorie de la relativité générale (nécessaire pour décrire la gravitation de manière relativiste).
La principale particularité de la théorie des cordes est que son ambition ne s'arrête pas à cette réconciliation, mais qu'elle prétend réussir à unifier les quatre interactions élémentaires connues, on parle de théorie du tout. (Wikipedia)
Il s'agit peut-être d'une quatrième révolution cosmologique
La théorie des supercordes est une tentative pour expliquer l'existence de toutes les particules et forces fondamentales de la nature, en les modélisant comme les vibrations de minuscules cordes supersymétriques. Elle est considérée comme la plus prometteuse des théories pour une gravité quantique, même si elle souffre des mêmes défauts que la théorie des cordes (impossibilité actuelle de réaliser la moindre expérience de vérification).
Sous notre observation, notre espace physique n'a que quatre grandes dimensions, et toute théorie physique doit en tenir compte. Mais rien n'empêche d'avoir plus de 4 dimensions. La théorie des cordes requiert pour sa cohérence 10, 11 ou 26 dimensions. Le conflit entre l'observation et la théorie est résolu en modélisant des dimensions compactes.
10. Quel est le destin de notre univers ?
Deux forces sont à l'œuvre dans l'univers :
a. Une force de complexité croissante (ou néguentropique) créatrice de structures et d'êtres de plus en plus complexes et intelligents. H. Reeves compare cette force à une pulsion de vie.
b. Une force d'inertie, l'entropie universelle, qui use, désagrège, détruit peu à peu l'univers. Hubert Reeves la compare à la pulsion de mort.
"L'univers vogue à entropie légèrement croissante", H.Reeves. Ce qui signifie que la force de mort devrait l'emporte sur la force de vie.
La mort du soleil
Le soleil, par exemple, consomme 800.000 tonnes d'hydrogène par seconde. Il lui reste 50% de sa masse originelle. Dans quelques milliards d'années, (environ 5), il s'éteindra nécessairement. En explosant, il détruira toutes les planètes du système solaire, puis il se transformera en une naine blanche. H.Reeves décrit ainsi la mort du soleil.
L'effondrement final de l'univers devrait se produire dans 70 milliards d'années.
Si l'univers doit un jour s'anéantir, pourquoi a-t-il existé ?
6. L'énigme de la conscience |
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La matière "monte" vers sa propre intelligence… L'être humain, dernier stade de l'évolution de l'univers, (mais stade provisoire) cherche à comprendre l'univers.
La conscience est la tête chercheuse de l'univers et il y a une mystérieuse connivence entre la conscience et l'univers.
Physiquement, "L'homme est intégralement enfant du cosmos", H.Reeves. Il est fabriqué de poussière d'étoile, à la croisée de l'infiniment grand et de l'infiniment petit. "Nous avons pris au ciel les éléments dont nous sommes composés. Mais venus des étoiles, nos atomes retournerons aux étoiles." M.Cassé, p.35.
"Nous sommes au premier ordre des structures mortelles composées d'éléments immortels". M.Cassé
Et notre conscience ? D'où vient-elle ? Faut-il la chercher dans les atomes, dans les particules élémentaires ou dans les forces mystérieuses qui organisent l'univers ? Ou au-dessus d'elles ?
Si elle est enfermée dans une poussière d'écume de l'Univers, que peut-elle savoir de lui. Ne lui est-il pas à tout jamais opaque ?
Quelques hypothèses :
L'univers serait réglé dés le commencement pour l'émergence de la conscience.
C'est l'hypothèse des savants partisans du "principe anthropique" (attention, ne pas confondre avec "entropique" !).
Pour B.Carter, Dyson, Trinh-Xuan-Thuan, la conscience est déjà présente au moment du big-bang. Un principe organisateur aurait "programmé" l'apparition de la conscience.
Si oui, où se trouve-t-elle ? Charon, dans son livre Les électrons pensants, la situe au niveau des particules élémentaires, indestructibles donc immortelles, que sont les électrons.
Ou bien, la conscience serait produite par l'univers.
La conscience n'émerge que chez des êtres dont le degré de complexité est très avancé. Mais la conscience n'est-elle présente que quand elle est perceptible ?
Ou bien encore, est-ce "une" conscience qui produit l'univers ?
- Celle de Dieu comme le pensent les religieux ?
- Celle de l'observateur du cosmos ? (L'ordre que nous trouvons dans le monde serait la projection de l'ordre qui se trouve dans notre esprit : théorie transcendantaliste).
Les Bouddhistes pensent que l'univers, que nous appelons monde réel, n'est qu'une fabrication de la conscience, la "Maya", une sorte d'illusion ou de rêve. La conscience serait perçue comme un continuum, une sorte de flux parallèle à la Maya.
David Bohm, physicien, se demande si le "réel" ne serait pas une sorte d'hologramme de l'esprit. La danse de l'Esprit ou le sens déployé 1989.
Comment un système (l'univers) peut-il générer une conscience capable de l'expliquer ?
Si la conscience est un produit de l'univers, donc une partie de l'univers, comment pourrait-elle comprendre le tout et se comprendre elle-même ?
"La conscience ne donne pas un sens évident à l'univers, et l'univers ne donne pas un sens évident à l'homme". H.Reeves.
La conscience qui nous fait connaître l'univers, l'éclaire-t-elle vraiment ou nous en éloigne-t-elle ? Nos codes sont-ils adéquats à ceux de l'univers ? La réalité que nous percevons n'est-elle pas modifiée par notre propre système neuronal ?
La conscience est-elle la finalité de l'univers, le sens du monde ou bien a-t-elle pour finalité de donner elle-même un sens à l'univers ?
Peut-être conscience et matière sont-elles deux faces du réel, comme le dedans et le dehors ?
Malgré notre intelligence et tous nos moyens d'investigation, le réel nous reste bien opaque et mystérieux. La science n'explique qu'une minuscule partie de l'univers qui nous entoure. Notre conception de l'univers n'est qu'une construction de notre esprit. La science ne répond pas à tous les problèmes. L'univers est peut-être une réalité à plusieurs facettes, que l'on peut aborder par des démarches différentes : poétique, symbolique, religieuse, artistique..
Si l'on compare la connaissance scientifique à la surface intérieure d'un cercle, et l'ignorance à longueur de la circonférence. Paradoxalement, plus l'on sait, plus le cercle s'agrandit, plus la circonférence s'allonge aussi, donc plus on sait qu'on ignore…
En bref, plus la science progresse, plus les questions sans réponses augmentent.
La philosophie commence là où la science s'arrête
Socrate disait déjà : "Je sais que je ne sais rien".
Il est important de comprendre la relativité de ce que l'on sait par rapport à l'immensité de ce que l'on ignore.
Où trouver le sens de notre existence ?
L'être humain doit-il chercher la jouissance, la puissance, ou la connaissance… ?
D. Desbornes. 2009