DEBATS A BATONS ROMPUS

SUR LES PROPRIETES DE L’UNIVERS

L’AVANT ET L’APRES BIG BANG

 

(Avec l’aimable autorisation de quelques poissons rouges PP (Participants Passionnés)

__________________________________________

 Il ne se passe entre eux rien d’autre que ceci :

Ils parlent ensemble…

(S. FREUD)

Chers poissons rouges,

PRG (POISSON ROUGE GOLDILOCKS) vous retrouve avec plaisir et vous propose d’assister à un débat très animé au fond de la grotte sous-marine du bocal « profane »

J’ai donc invité nos participants à parler à bâtons rompus, librement et sans contrainte, une parole libre donc avec un maître mot : « des mots, des mots et encore des mots » pour reprendre une citation de HAMLET.

PRG vous fait donc assister aux vives discussions sur quelques-unes des principales questions qui interpellent beaucoup d’entre nous : Les propriétés de l’univers et le big bang …

Qu’est-ce que l’univers ? Faut-il repenser l’univers ? L’univers a-t-il un sens ? l’univers a-t-il des limites ? Est-il infini ? Notre univers est-il un trou noir ? Est-il un hologramme à deux dimensions ? Y a-t-il une multitude d’univers ? etc. …

Qu’est-ce que Le big bang et qu’y avait -il avant ? Le big bang a – t -il vraiment existé ?

Nul ne peut contester ne pas avoir connu un jour (ou souvent la nuit) ces questionnements qui nous interpellent et bien souvent nous donnent le vertige. Si la science peut apporter des réponses à certaines de ces interrogations, nous verrons que quelques autres font toujours l’objet de recherches avec de nombreuses hypothèses à la clé. Et sur un plan philosophique et de manière très générale, PRG pense pouvoir rajouter que les grandes questions ne changent pas …on modifie simplement notre façon d’y répondre au gré des découvertes.

____________________________

_____________

_____

Nous voilà donc bien installés confortablement au fonds du bocal dans une belle grotte sous-marine ressemblant très fortement à la caverne de PLATON. PRG est présent afin d’animer, modérer, voire orienter les débats, impatient de prendre connaissance des opinions de chacun.

PRG commence à faire remarquer aux participants qu’ils ne sont en rien enchaînés et immobilisés dans la grotte, mais que, quelque part, ils tournent (non pas leur dos) leurs nageoires dorsales à l’entrée de cette caverne sous-marine.

Face aux murs du fond, ils voient passer quelques hypothèses et idées cosmiques projetées sur ces murs en provenance de l’extérieur de la grotte et de leur propre bocal. Je leur explique que dans l’Allégorie de la caverne de PLATON, les humains enchaînés et immobilisés croient voir la réalité, alors qu’ils n’en voient qu’une projection ! En serait-il de même pour eux et leurs intuitions sur le monde (au sens de cosmos) qu’ils pensent connaître ? Accèderont-ils au monde supérieur ? aux merveilles du monde intelligible ?

Pour reprendre une ou deux idées Du récit de « l’allégorie de la caverne » PRG rappelle aux participants que la connaissance nécessite un apprentissage, que le chemin est souvent difficile et ce que nous voyons de notre monde est vraisemblablement une réalité biaisée et subjective, ce qui est d’autant plus vrai en cosmologie.

_____________________________________

PRG : Conformément aux principes du « HAUT CONSEIL DES LECTURES ET DES DEBATS » de la communauté des poissons rouges, la parole est donnée au doyen pour débuter.

PR doyen : J’ai l’honneur d’être le premier à m’exprimer et vous en remercie ; je vais vous faire part de mon expérience et de mon savoir.

J’ai été prisonnier de mon bocal pendant quelques décennies ; je n’avais du monde extérieur qu’une vision tronquée et très limitée et puis, au gré de mes lectures, j’ai enfin compris que ce que je voyais n’était peut-être qu’une intuition-illusion et je faisais une mauvaise interprétation de mon environnement, avec des erreurs de déduction, influencé par la perception des choses.

C’est ainsi que, conscient de mon ignorance, j’ai été amené à porter un réel intérêt à la cosmologie scientifique moderne et à approfondir les innombrables découvertes récentes qui bouleversent notre perception du monde. Cette discipline m’a apporté une vision différente de la réalité de celui-ci, non pas uniquement sur un plan philosophique mais principalement avec une approche scientifique.

In fine, je pense avoir acquis désormais les connaissances nécessaires à l’exposé que je vais vous présenter sommairement et je terminerai en précisant avoir atteint ce niveau de connaissances tout seul, grâce à une éducation et une démarche autodidacte que je me suis imposées. Bien évidement je resterai attentif aux opinions de mes éventuels contradicteurs, sachant que je suis personnellement adepte du modèle cosmologique standard.

Au 19^ème siècle, donc il n’y a pas si longtemps, l’humanité pensait que l’univers était uniquement constitué de notre galaxie La Voie Lactée. Cet univers était considéré comme fixe et immuable.

Il a fallu attendre les années 1920 et les découvertes de E. HUBBLE pour enfin avoir les preuves que la voie lactée n’est qu’une galaxie parmi d’autres et que notre univers est immensément grand. Je suis un fervent adepte du modèle standard qui décrit l’histoire de l’univers observable :

Ensemble de tout ce qui existe régi par les lois de la physique, l’univers est homogène et isotrope (c’est-à-dire le même dans toutes les directions) en expansion, avec de grandes structures dues à l’effondrement gravitationnel de la matière formée pendant une période ou phase appelée inflation ou expansion qui se serait produite juste après le big bang se traduisant par un grossissement de 10 ²⁶ dans un temps de 10 ^-36 à 10 ^-33 seconde. Ce concept appelé « inflation » est apparu dans les années 1970 – 1980 et a pu être testé grâce aux nombreuses observations astronomiques, notamment l’analyse du fond diffus cosmologique par le satellite Planck, mission qui s’est terminée récemment en 2018. Il convient de préciser qu’il ne faut pas confondre l’inflation primordiale avec l’expansion continue et actuelle de l’univers.

Quant au big bang lui-même, il y a donc un modèle pour décrire l’origine de l’univers qui serait datée de 13,8 milliards d’années, sans que cela préjuge de l’existence d’un instant initial où d’un commencement. Ce que l’on sait c’est que l’univers est issu d’une dilatation donc depuis une époque où il était extrêmement dense et chaud, moment appelée « singularité ». Ce big bang n’est pas une explosion et ne s’est pas produit à un endroit précis, ni un lieu privilégié. Concernant ses caractéristiques, on sait donc désormais que l’univers né de ce big bang n’est pas statique, non stationnaire et non immuable ; je m’explique : un univers qui serait stationnaire verrait son expansion accompagnée d’une création continue de matière contrebalançant exactement la dilution de celle-ci et serait donc éternel, ce qui n’est pas le cas puisqu’on sait qu’il a un âge fini.

PR contradicteur : Cher poisson rouge doyen, tout d’abord je vous rejoins quand vous affirmez que l’on peut percevoir notre réalité de façon illusoire ; cette idée mise en avant par PLATON est plus que jamais d’actualité au regard de toutes les problématiques actuelles liées au développement des fake news, et cela est d’autant plus vrai pour les disciplines qui font l’objet du présent débat.

Mais revenons à ce qui nous préoccupe ; vous me paraissez bien convaincu de l’exactitude des modèles que vous présentez, à savoir les théories du BIG BANG et du MODELE STANDARD DE COSMOLOGIE.

Permettez-moi de vous faire remarquer que de nombreuses questions et problèmes restent en suspens avec ces théories qui me paraissent imparfaites et pour ainsi dire quelque peu naïves. Tout d’abord, concernant le modèle standard, et sans rentrer dans le détail, un certain nombre de paramètres sont ajustés arbitrairement pour que l’ensemble du modèle soit viable

. Ensuite, si je ne conteste pas l’homogénéité et l’isotropie de l’univers, que l’on appelle communément « principe cosmologique », et qui sont observées, rien ne prouve que cela a été le cas à l’origine ; l’explication du fait que l’univers pût être homogène et isotrope est cependant inconnue et rien ne dit qu’au-delà de l’univers que l’on observe cela soit le cas.

Concernant l’inflation primordiale, cette théorie résulte d’une « invention » apparue dans les années 1970 – 1980. Ce processus physique, appelé aussi « transition de phase » ne repose sur aucune base sérieuse. Les cosmologistes adeptes de ce processus prétendent qu’à l’origine ce celui-ci une matière hypothétique qu’ils nomment INFLATON en serait responsable, comme un CHAMP SCALAIRE ; Celui-ci serait une fonction qui représente les variations spatiales de grandeurs mais avec sa propre dynamique. Au risque de me répéter, personne n’est à ce jour sûr de l’existence et du comportement de cette entité physique, ce « faux vide » hypothétique ! et elle ne résout pas les problèmes qu’elle est censée résoudre.

PR passionné de cosmologie primordiale : Permettez-moi d’intervenir mais je dois dire que si l’univers n’avait pas été homogène et isotrope tôt dans son histoire, il ne le serait pas aujourd’hui car l’expansion actuelle ne peut le rendre homogène et isotrope. Et PR « contradicteur » semble oublier que l’inflation résout deux à trois problèmes majeurs, celui de l’horizon, de la platitude et des « monopôles magnétiques ». Je m’explique :

Le mécanisme de l’inflation, testé grâce à de nombreuses observations astronomiques, est une phase d’expansion exponentielle d’une fraction de seconde, et a été mis en avant par le physicien Alan GUTH pour résoudre les énigmes précitées, s’appuyant entre autres sur la découverte en 1964 du RAYONNEMENT FOSSILE et sur les observations de celui-ci par la suite avec les satellites COBE WMAP et PLANCK. Ce rayonnement électromagnétique est détectable dans toutes les régions du ciel et serait daté d’environ 380 000 ans après le big bang.

C’est une chance extraordinaire de l’avoir découvert car il nous apparait comme isotrope avec une température et une intensité très similaire dans toutes les directions du ciel. Mais alors comment des régions si éloignées des unes des autres de l’univers pourraient être identiques et présenter les mêmes caractéristiques si elles n’avaient pas été liées à une certaine époque ? Il y a eu à un moment donné un échange d’informations entre les deux à la vitesse de la lumière qui est finie, mais compte tenu de l’âge de l’univers et des distances en question, cette homogénéité aurait été impossible ! et bien c’est là qu’intervient l’idée d’Alan GUTH en nous expliquant qu’avant l’ère inflationnaire, la taille de l’univers était 10 ⁵⁰ plus petite que maintenant. Toutes les régions de l’Univers observable aujourd’hui étaient causalement liées et les informations ont pu être facilement échangées.

Autre question résolue : la platitude de l’univers ; Je laisse le soin à PRG de développer ultérieurement les notions de courbure de l’espace-temps mais à minima je rappelle que la relativité générale d’ALBERT envisage trois géométries possibles pour l’univers : comme une sphère il est alors fini fermé sans bord, comme une selle de cheval ouvert et infini, ou plat et infini. La théorie de l’inflation nous indique que la courbure avant celle-ci était très nette et marquée ; l’inflation a réduit cette courbure pour la tendre vers zéro et cet état a bien été confirmé par l’observation du satellite WMAP en 2001.

PR adepte des théories exotiques : Je rajouterai que si l’on considère que l’inflation a eu lieu dans ce qu’est devenu notre univers, il est tout à fait acceptable de penser que l’inflation ait pu avoir eu lieu dans d’autres régions, ce qui impliquerait l’existence d’un multivers infini ou fractal. Ce qu’il convient désormais d’appeler une inflation éternelle produisant des bulles d’espace, verrait ainsi se développer des régions en croissance exponentielle aux côtés de régions dites stables.

PRG : Mais cette inflation repose sur un évènement qu’il lui est antérieur : le big bang ; peut-on en discuter ?

PRG DOYEN : la théorie du big bang à laquelle je crois fermement est globalement acceptée par la communauté scientifique. Si le physicien A. FRIEDMANN évoque pour la première fois en 1922 un univers chaud et dense et en expansion à partir des équations de la relativité générale d’ALBERT, c’est à G. LEMAITRE astrophysicien et prêtre de surcroit que l’on doit ce modèle en 1927, étayé par les observations de E. HUBBLE en 1924. Si on remonte le film à l’envers et que l’univers est en expansion, il y a eu un moment où il était extrêmement petit, dense et chaud puis dénommé « atome primitif » par G. LEMAITRE, ce qui créa bien des controverses et des interprétations.

Ce que l’on sait, c’est que la température était très élevée en présence de très hautes énergies et que les distances étaient nulles. Les astrophysiciens et les cosmologistes peuvent décrire l’univers jusqu’à environ 10 ^-43 seconde après le big bang mais il leur est impossible d’accéder avant cela car les équations se perdent dans des infinis et c’est l’inconnu. Trivialement, on n’y comprend plus rien puisque la relativité générale devient quantique et les notions usuelles MATIERE ENERGIE ESPACE et TEMPS perdent leur sens.

Je rajouterai pour ma part, qu’antérieurement on n’est pas en présence d’un instant initial mais d’une ‘transition de phase » qui s’est produite dans toutes les régions de l’univers et donc le commencement de la dilatation avec l’avènement de l’espace et du temps puis de la matière.

PRG : Vous évoquez la physique quantique qui décrit les lois dans l’infiniment petit et je vous remercie de cela car vous me donnez l’occasion de présenter prochainement un article sur les deux physiques qui se tournent le dos, qui sont incompatibles mais qui semblent œuvrer ensemble au moment du big bang mais aussi au cœur des TROUS NOIRS. Pour revenir au big bang, en somme vous nous dites qu’il y aurait eu une « transition de phase » ? Un avant ?

PR doyen : ne sachant pas décrire le big bang précisément on peut envisager en lieu et place un rebond d’un univers antérieur. En tout état de cause, si ce n’est pas le cas, la question de l’avant big bang n’a pas de sens ; ce serait pour reprendre une phrase célèbre : « chercher le pôle nord au nord du pôle nord ».

PR incrédule : en ce qui me concerne je pense que l’on peut remettre totalement en question l’existence du big bang.

PR croyant : je pense que cela confirme « FIAT LUX ». Lorsque l’abbé LEMAITRE évoqua l’explosion originelle d’où a surgi l’univers, nombreux y compris le pape de l’époque ont fait un rapprochement avec la création divine !

PR contestataire : Je m’inscris en faux car LEMAITRE fut le premier à refuser cet amalgame et mena en parallèle l’une et l’autre voie sans mélanger science et foi. Le responsable c’est PIE XII qui, mal inspiré a cru pouvoir dire : « La vraie science en effet, contrairement à ce que l’on a inconsidérément affirmé dans le passé, plus elle progresse, et plus elle découvre Dieu, comme s’il attendait aux aguets derrière chaque porte qu’ouvre la science ». « Il semble en vérité que la science d’aujourd’hui, remontant d’un trait des millions de siècles, ait réussi à se faire le témoin de ce ‘Fiât lux’ initial, de cet instant où surgit du néant, avec la matière, un océan de lumière et de radiations, tandis que les particules des éléments chimiques se séparaient et s’assemblaient en millions de galaxies. « Vers cette époque, le cosmos est sorti de la main du Créateur ».

Le pape, par sa maladresse pris le risque de relancer la guerre entre science et religion et fort heureusement reviendra sur ses propos par la suite en 1952 en tenant un discours diamétralement opposé ; LEMAITRE joua un rôle majeur dans la position de l’église vis-à-vis de la cosmologie moderne en retournant la pensée du pape, tenant fermement à sa distinction radicale entre science et religion.

PR incrédule : tout cela me dépasse … comprendre tout ce qui nous entoure est équivalent à demander à une fourmi de comprendre le fonctionnement d’un ordinateur. Pour ma part, il est permis de douter du big bang puisqu’il n’y a pas d’expansion de l’univers mais plutôt un déplacement constant de celui-ci ; je pense que l’espace doit être considéré non pas comme un vide sidéral mais comme une matière invisible dans laquelle se déplace la matière. C’est donc le déplacement de la matière dans la sphère univers qui fait que nous croyons que l’univers est en expansion.

PR audacieux : j’ai fait le constat que la difficile question de l’existence d’une période d’inflation juste après le big bang n’a jamais été prouvée. Et comme je suis adepte des nouvelles théories cosmologiques, je voudrai vous présenter mon opinion basée sur des observations récentes notamment effectuées par le télescope spatial JAMES WEBB.

Ce télescope permet de voir dans l’univers très lointain et semble contredire la théorie d’un univers vieux de 13.8 milliards d’années. Ne pourrait-on pas imaginer que le « cône » de celui-ci puisse s’étaler sur une période bien plus longue en possédant les mêmes lois que nous connaissons aujourd’hui sans faire appel à l’inflation qui ne semble pas avoir été prouvée. Cela permettrait ainsi de « solutionner » la question de l’avant big bang de notre univers puisque on serait en présence d’un univers à rebond. On appelle cela la théorie du REBOND, ou BIG BOUNCE.

Pour vous résumer, l’univers subirait une expansion suivie d’une contraction et du fait d’une densité élevée il rebondirait sans le besoin d’une inflation pour expliquer l’uniformité des températures. Ce BIG BOUNCE (grand rebond) serait précédé d’un BIG CRUNCH (grand écrasement) antérieur dans une suite d’univers cycliques. Un goulot d’étranglement quantique interviendrait en lieu et place d’un big bang et l’inflation ne serait plus nécessaire.

Le physicien J. WHEELER, spécialiste dans ce domaine, nous présente cela comme une succession d’univers cycliques et le nôtre serait la descendance d’une multitude d’univers antérieurs. D’autres théories sur ces cosmologies oscillatoires sont à l’étude et une des plus connues est celle du physicien R. PENROSE, prix NOBEL 2020.

 

PR expert en cosmologie primordiale : Je vous arrête là cher poisson rouge audacieux ; vous semblez oublier qu’une succession d’expansions – contractions viole le second principe de la thermodynamique selon lequel l’entropie, qui comme vous le savez est la quantité du désordre, ne peut qu’augmenter, ce qui n’est pas le cas dans les modèles cycliques proposés, sauf à considérer que les rayons et durées de chaque cycle croissent au cours du temps.

PRG : revenons aux propriétés de l’univers et plus précisément sa forme géométrique, sa topologie et sa courbure. Les observations du satellite PLANCK démontre une courbure localement nulle de l’univers et cela confirme la platitude de celui-ci et donc que le modèle cosmologique standard est correct. Mais qu’en est-il de sa finitude ? fini ou infini ?

PR incrédule : Il me semble que vous allez vite en besogne. Il n’est pas possible à mon sens de déterminer cela et de répondre avec certitude. J’ai fait récemment l’inventaire des dernières découvertes et théories émises et celles-ci sont souvent contradictoires, voire antinomiques et d’une manière très générale, je fais le constat que la science n’est pas « établie » donc éphémère et les lois de la physique ne sont pas immuables.

Notre cosmologie est sous contrainte et les théories qui fonctionnent comme notre « modèle standard » ont des défauts et elles ne sont donc pas définitives. Par ailleurs, les supposées découvertes récentes soulèvent bien plus de questions qu’elles n’en résolvent. Je voudrai avant tout rappeler à titre d’exemple que l’on ne sait toujours pas pour quelles raisons à l’aube de notre univers un surplus de matière s’imposa face à l’antimatière alors que particules et antiparticules auraient dû s’annihiler.

Ensuite, plus de 95 % du contenu de notre univers nous est inconnu, la matière noire représentant plus de 25 % de l’énergie de l’univers est détectable uniquement par ses effets gravitationnels, et l’énergie sombre, appelée aussi énergie du vide, étrange et mystérieuse représente les 70 % restant, ce qui nous « laisse » simplement 5 % du contenu compréhensible, soit la matière ordinaire telle que nous la connaissons dite : « baryonique ».

Un autre problème majeur est apparu ces dernières années et il est de taille : les mesures de la vitesse d’expansion de l’univers qui serait en accélération, si tant soit peu elle existe, nous donnent des résultats très différents selon que la mesure est effectuée par le satellite PLANCK à partir du fond diffus cosmologique ou bien à partir de supernovas, de quasars et de céphéides, ces étoiles variables et géantes. Vous en connaissez les conséquences chers poissons rouges ; cela remet en question l’âge de l’univers, l’existence du big bang puisque le passé (la mesure à partir du fond diffus cosmologiques) et le présent (à partir des céphéides) de l’univers sont en désaccord. Le modèle lambda CDM serait à revoir avec une nouvelle physique et c’est tout l’édifice qui s’écroule.

PRG : Chers poissons rouges, je dois vous féliciter pour vos présentations et permettez-moi de clore cet échange d’idées et je vous propose de nous retrouver prochainement pour poursuivre ce débat.

Remerciements

Et n’oublions surtout pas qu’un poisson rouge ne se noie pas ….

_______________________________________________

GOLDILOCKS EST A CONSOMMER AVEC PASSION OU MODERATION, COMME IL VOUS SIED…