QUI SONT- ILS ?

QU’ONT- ILS FAIT ?

A chaque NEWSLETTER, j’aurai le plaisir de présenter un personnage ayant joué un rôle majeur dans les disciplines qui nous passionnent en détaillant les travaux et découvertes du scientifique, qu’elles soient philosophiques, astronomiques ou cosmologiques…et aussi quelques anecdotes à leur sujet !

Pour n’en citer que quelques-uns, la liste n’est pas exhaustive, mais c’est une liste personnelle et propre à GOLDILOCKS !

J’évoquerai pèle – mêle : ARISTOTE, GALILEE, COPERNIC, TYCHO BRAHE, KEPLER, BRUNO, NEWTON, DESCARTES, EINSTEIN, HAWKING, BOHR, DIRAC, HOYLE, MAXWELL, SCHWARZSCHILD, REEVES, FARADAY, ANAXIMANDRE, HESEINBERG, SCHRODINGER, HUBBLE, LEMAITRE, FRIEDMANN, PLANCK, GAMOW, PTOLEMEE, DE SITTER, et bien d’autres …

En quelques lignes synthétiques, chaque lecteur aura connaissance des biographies et des principaux apports et contributions de chacun d’entre eux.

Une note, anecdote, appréciation ou expérience personnelle ou bien même un détail méconnu complèteront la bibliographie du scientifique présenté.

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PRG : POISSON ROUGE GOLDILOCKS

Chers poissons rouges,

Dans cette série dénommée pompeusement « LA DREAM TEAM, dont l’objectif est de vous présenter les scientifiques qui ont écrit une partie de l’histoire du trio que sont la cosmologie, l’astronomie et l’astrophysique, PRG avait à cœur de commencer par GALILEE, étant celui au risque de me répéter qui a su libérer les esprits en inventa la méthode scientifique moderne.

Afin de poursuivre ces présentations ici même, PRG n’a que l’embarras du choix pour sélectionner celui que je souhaite vous présenter. Il convient de dire que l’ordre de présentation est fonction de l’affection et/ou de l’admiration que je porte au personnage et je vous avoue être extrêmement embarrassé.

Tenant compte de la littérature actuelle sur la validité ou invalidité de notre modèle d’univers et des interrogations sur un des trois piliers du modèle de big bang que sont 1/l’expansion de l’univers, 2/la nucléosynthèse primordiale et 3/le fond diffus cosmologique, il m’a semblé opportun de vous présenter un acteur ayant œuvré et marqué ce fameux modèle du big bang au point qu’il fut surnommé le « PERE DE LA THEORIE DU BIG BANG » car je vais évoquer ici l’expansion de l’univers dont il est « l’inventeur ».

Il y a une deuxième raison qui m’a amené à faire ce choix et qui concerne l’actualité cosmologique. En effet, les désaccords actuels sur le taux d’expansion de l’univers et les conséquences qui en découlent sont nombreux et feront l’objet d’un prochain article.

J’ai fait volontairement cette parenthèse car je suis persuadé que peu de poissons rouges lecteurs connaissent son nom et pourtant… Si vous êtes imbattables sur les noms de vos sportifs, chanteurs, hommes politiques préférés que sais-je … et avec tout le respect que je dois à ces personnages, je doute que notre humanité puisse se rappeler leurs noms dans quelques décennies voire quelques siècles.

A contrario, celui-ci aura son nom à tout jamais gravé dans l’histoire des sciences et je vous présente donc :

GEORGES LEMAÎTRE

                                    Crédit photo Wikipédia

PRG peut présenter encore une autre raison d’avoir fait ce choix par le fait que comme j’ai pu vous le préciser par ailleurs pour les poissons rouges qui me lisent assidûment, la cosmologie et les modèles sur lesquels elle s’appuie, notamment celui du big bang, traversent une crise sans précédent.

Parmi les nombreuses problématiques soulevées actuellement, je pourrai évoquer la question énigmatique de « l’origine », la vitesse d’expansion de l’univers, la quête impossible à ce jour de l’unification des quatre forces fondamentales, la raison ou déraison de l’inflation, l’interprétation des inhomogénéités du fonds diffus cosmologique, les véritables natures de la matière et de l’énergie noires, le mystère des âges sombres ou bien même le sort de l’antimatière…

Mais il y a une centaine d’années, GEORGES LEMAÎTRE nous expliquait que notre univers fut dans un passé lointain infiniment petit (un atome primitif) dense et chaud et était donc depuis EN EXPANSION. Ce constat n’est aujourd’hui pas remis en cause par la communauté scientifique (que je sache) mais la mesure du TAUX DE L’EXPANSION devient un véritable casse-tête pour les spécialistes de cette question créant ainsi des divisions insurmontables, un peu à l’image de nos groupes parlementaires à l’Assemblée nationale en ce moment ! Les conséquences sont multiples et je vais essayer de vous expliquer pourquoi, en faisant une entorse à mon principe de présentation d’un seul personnage à la fois ; en effet, je ne peux éviter d’évoquer deux intervenants contemporains de LEMAÎTRE que sont ALEXANDRE FRIEDMANN et EDWIN HUBBLE pour leurs travaux incontournables sur ce sujet.

Bonne lecture

GEORGES LEMAÎTRE

(UN SAVANT QUI A EU RAISON TROP TÔT)

Georges LEMAÎTRE était un astronome belge né en 1894 et décédé en 1966.

Après avoir fait ses études dans un collège jésuite à CHARLEROI, il fut attiré par les sciences et très tôt s’intéressa à la cosmologie.

Il fit ensuite des études de mathématiques et de physique à l’Université catholique de LOUVAIN. Mais celles-ci furent interrompues par la guerre et il entra au séminaire à la fin de celle-ci. Il reprit ensuite ses études sur l’astronomie et la relativité générale.

Parcours ecclésiastique : Parallèlement, il fut ordonné prêtre en 1923 puis chanoine en 1935.

Son idée principale fut introduite en 1927 et il présenta cela comme un modèle d’univers présentant un commencement naturel, décrit comme une configuration initiale stable d’origine quantique, sans que celle-ci soit considérée comme un début d’univers mais rassemblant toute l’énergie et la matière ; il lui donna le nom « d’atome primitif », ce que nous appelons désormais « la soupe primordiale » constitué de particules et de rayonnements ». Cette hypothèse ne sera pas à confondre donc avec la

« Singularité initiale » de FRIEDMANN (voir ci-dessous) ou la densité est infinie. Pour LEMAÎTRE notre univers se déploie à partir de la désintégration d’un atome dans un univers existant statique et éternel.

NOTA (Une singularité est un endroit (un point) où l’énergie la pression, la température et la courbure de l’espace-temps deviennent infinies)

UN PEU D’HISTOIRE

Au XIXème siècle, les astronomes ne pratiquent pas vraiment la cosmologie. On s’intéresse à la voie lactée et au système solaire. Les nébuleuses sont censées être à l’intérieur de notre galaxie et l’univers matériel se résumerait à celle-ci. Mais malgré ce contexte, l’idée d’un commencement de l’univers apparaît. Si on laisse de côté les mythes et les religions, la physique moderne, avec le paradoxe d’OLBERS (expliqué dans un précédent article) et le développement de la thermodynamique font émerger une conception scientifique d’un commencement de l’univers.

La situation va changer au début 20^ème siècle avec l’apparition de la cosmologie relativiste amorcée par ALBERT EINSTEIN qui va, avec la théorie de la relativité, interpréter géométriquement la gravitation, soit une interaction entre le contenu et le contenant, et pour faire simple entre la matière et l’espace puis le temps.

Et surprise,

Ses équations lui indiquent que l’univers n’est pas en équilibre, l’espace évolue avec le temps et peut s’effondrer sur lui-même sous l’effet de sa propre gravité. Comme ALBERT était persuadé que l’univers était statique et fini, il rajouta un paramètre dans ses équations appelé « constante cosmologique » pour contrebalancer la gravitation.
Un premier modèle d’univers venait de naître (et pour la petite histoire réapparaîtra dans les années 1940 sous l’appellation « D’UNIVERS STATIONNAIRE » du scientifique FRED HOYLE).

Il convient de citer ici un scientifique qui présenta un modèle d’univers proche de celui d’ALBERT : WILLEN DE SITTER, mais avec deux différences : dans ce modèle la densité de matière est faible et le mouvement d’éloignement apparent des nébuleuses que l’on venait de découvrir (par l’astronome VESTO SLIPHER) était lié à la structure même de l’espace-temps sans réel déplacement desdites nébuleuses.

C’est alors qu’un jeune physicien russe ALEXANDRE FRIEDMANN, découvrant la théorie de la relativité générale, introduit en 1922, suite à ses calculs et pour la première fois, l’idée d’un UNIVERS EN EXPANSION. Une controverse à distance l’opposa à ALBERT EINSTEIN qui refusait un univers non statique.

FRIEDMANN, comme EINSTEIN et DE SITTER, fait l’hypothèse d’un univers homogène et isotrope à grande échelle MAIS à courbure variable au cours du temps, donc dynamique avec un volume variant avec le temps.

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Cette période des années 1920 fut riche en évènements concernant la compréhension de la nature de l’univers. Deux « histoires » se conjuguent alors aux alentours des années 1925, 1927. L’acteur principal de la première concerne un astronome du nom de EDWIN HUBBLE. Tous les poissons rouges en ont sûrement entendu « parler » tout récemment dans les médias suite aux observations actuelles du télescope spatial JWST au sujet de la vitesse d’éloignement des galaxies, mais PRG y reviendra ultérieurement.

Le deuxième protagoniste est donc celui faisant l’objet du présent article.

En 1927, sans connaître les échanges entre EINSTEIN et FRIEDMANN, GEORGE LEMAÎTRE, astrophysicien et prêtre de surcroît* (double casquette qui lui vaudra quelques mélanges de genres de la part de certains détracteurs) redécouvre des solutions NON STATIQUE des équations d’EINSTEIN.

Que cela veut-il dire ?

Il établira avec succès un lien entre ses calculs et les résultats des observations de HUBBLE et SLIPHER sur les distances et les vitesses des nébuleuses en interprétant le fameux décalage « vers le rouge » de la lumière de ces astres comme un effet de l’expansion de l’espace (l’onde électromagnétique se décalant vers le rouge au fur et à mesure de l’éloignement).

Comme j’ai pu l’expliquer dans un précédent article, cet effet de décalage peut s’apparenter à l’effet DOPPLER FIZEAU et correspond au décalage de fréquence d’une onde entre la mesure de celle-ci à l’émission et celle à réception au cours du temps (en acoustique souvenez – vous de la hauteur du niveau sonore de la sirène de l’ambulance ou du camion des pompiers qui est différente selon que le véhicule passe devant vous puis lorsqu’il s’éloigne).

Conclusion : la trame (la toile) de l’espace est en expansion !

Il y a quand même une différence avec la solution de FRIEDMANN car pour LEMAÎTRE l’expansion ne l’est pas à partir d’une singularité mais à partir d’une configuration stable et statique. L’univers est éternel, seule l’expansion ne l’est pas et l’univers a une histoire mais pas une origine dans le temps !

OUI, je conçois que ce distinguo est difficile entre origine et histoire mais c’était sa façon d’appréhender la question.

A FRIEDMANN
Crédit photo Wikipédia

LEMAÎTRE enverra ses articles à DE SITTER déjà cité puis à EDDINGTON, figure centrale de l’astronomie, mais ne sera pas lu. Lors de sa rencontre avec EINSTEIN au congrès de SOLVAY à BRUXELLES en 1927, EINSTEIN rejettera encore une fois cette idée d’un univers en expansion.

Crédit photo ZENITH
(CALTECH Californie 1933)

Et c’est finalement en 1929, lors de la publication de de la « loi de HUBBLE » que l’article de LEMAÎTRE sera redécouvert, publié et reconnu. Cependant, sa position concernant l’origine évoluera et il finira par accepter l’idée d’un commencement de l’univers sous la forme d’un « atome primitif », un quanta qui aurait connu un processus explosif selon les lois de la mécanique quantique. Cette explication, qui à ses yeux échappait à la science, et compte tenu du fait qu’il portait une soutane*, lui valut beaucoup de critiques et fut considérée comme un parti pris religieux même s’il s’en défendra toute sa vie.

EINSTEIN changea d’avis en 1931 et adhèrera finalement à l’idée d’un univers en expansion ainsi que la majorité des astronomes. La question de l’origine, quant à elle, demeure très ouverte.

*LEMAÎTRE a découvert presque toutes les caractéristiques du modèle cosmologique qui est le mieux vérifié aujourd’hui. Concernant sa foi, il considérait que science et foi sont deux chemins vers la vérité légitime et s’il décrivait l’univers avec la physique, il lui donnait un sens avec sa foi chrétienne. Il s’opposa à lier existences d’un DIEU et d’un BIG BANG et s’évertua à éviter la confusion entre « commencement naturel ou singularité initiale » et « création » au sens métaphysique et théologique, et ce, selon le courant de pensée de THOMAS D’AQUIN qu’il avait étudié à l’institut supérieur de philosophie de LOUVAIN. LEMAÎTRE rejettera toujours le concordisme entre science et foi. Il s’opposait à tout argument voulant démontrer l’existence de Dieu à partir du Big bang, mais a tout de même conservé de bonnes relations avec l’église à laquelle il appartenait, notamment avec les papes PIE XI, PIE XII, JEAN XXIII, et PAUL VI.

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LE MOT DE LA FIN DE PRG

Chers lecteurs, on peut toujours se prêter à dire « mais tout ceci est fragile … Cela sera remis en question avec les découvertes futures… cela sera un jour invalidé…

Ce à quoi PRG vous répondra :

Tenant compte des observations robustes, telles qu’elles ont étaient faites depuis la fin des années 1920 par EDWIN HUBBLE puis par ses successeurs jusqu’à nos jours avec le JWST et rendant compte de la fuite des galaxies,

Tenant compte de la découverte de la première lumière fossile : le rayonnement diffus cosmologique et ses enseignements, et de ses oscillations acoustiques (PRG expliquera)

Tenant compte de la nucléosynthèse, de la distribution de la matière primordiale et des travaux sur la formation de l’hélium,

Tenant compte de la formation et de la synthèse des premiers atomes et de ceux, ensuite, présentant des structures plus complexes,

Tenant compte de tous les nombreux arguments observationnels,

PRG peut affirmer que la description n’est certes pas définitive, mais le modèle d’expansion ne peut être sérieusement remis en question.

A CONTRARIO, il conviendra de présenter dans un prochain chapitre, les travaux de HUBBLE, d’expliquer la métrique HUBBLE LEMAITRE et d’avoir la pleine connaissance de la loi de HUBBLE LEMAITRE ainsi que les controverses actuelles qu’elle suscite dans son application.

Celle-ci énonce une vitesse d’éloignement des galaxies proportionnelle à leur distance dans l’univers observable, (grosso modo : plus une galaxie est éloignée plus elle s’éloigne rapidement) et la problématique actuelle concerne la mesure de cette vitesse, appelé « taux d’expansion ». Celui-ci est différent selon que la mesure est faite à partir du fonds diffus cosmologique, ou des céphéides (étoiles variables) ou de quasars et supernovæ, ou bien même des galaxies lointaines …

DONC A QUELLE VITESSE SE DILATE L’ESPACE TEMPS ?

Et quelles en sont les conséquences sur notre compréhension de l’univers

E HUBBLE
Crédit photo Wikipédia

OUVRAGES

Un atome d’Univers, la vie et l’œuvre de Georges Lemaître AUTEUR Dominique Lambert. Éditions au singulier

Le big bang n’est pas une théorie comme les autres de F X DESERT, D LEGLU et G REINISCH. Éditions la ville brûle

L’itinéraire spirituel de G. Lemaître de D. LAMBER. Éditions Lessius

La naissance du big bang de G. Lemaître. Editions réminiscences

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