LĠUnivers et notre monde

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I LĠUnivers est fini quoiquĠillimitŽ

Cette conception heurte notre esprit parce que les mathŽmaticiens nous ont habituŽs ˆ parler de lĠinfini comme de quelque chose de trs grand donc sans limite. Mais nous le faisons dĠune manire purement abstraite et, dans la rŽalitŽ, nous ne pouvons pas imaginer une grandeur physique infiniment grande. D'un autre c™tŽ, nous ne pouvons pas nous figurer non plus quĠil existerait quelque part une sorte de barrire ˆ franchir . . .

Heureusement, la thŽorie de la RelativitŽ GŽnŽrale, due ˆ Einstein, vient ˆ notre secours. LĠUnivers des physiciens est analogue ˆ une sphre. Comme elle, il est courbe et les lignes droites se referment sur elles- mmes (un rayon lumineux qui voyagerait assez longtemps finirait par repasser par son point de dŽpart (Fig).

Cette courbure est due ˆ la prŽsence de masse (dŽviation des rayons lumineux prs du Soleil -Effet Einstein- ou dŽviation de la lumire ˆ lĠŽmission sur certaines Žtoiles comme les naines blanches o la matire est ˆ lĠŽtat dŽgŽnŽrŽ - les noyaux dĠatomes Žtant en contact- dŽviation si forte que les rayons lumineux reviennent ˆ leur point de dŽpart). Le mme phŽnomne conduit aux <<trous noirs>>.Tout rayon de lumire Žmis ˆ la surface d'un trou noir est retenu ˆ la surface par l'attraction gravitationnelle avant qu'il n'ait pu aller trs loin. Et, si la lumire ne peut s'Žchapper, plus rien ne pourra s'Žchapper puisque la lumire est la plus grande vitesse possible.

Un voyageur se dŽplaant sur cette sphre pourrait faire indŽfiniment le tour de cette sphre sans jamais la quitter, sans jamais rencontrer de bornes.

Alors que dans un Univers infini chaque point pourrait tre considŽrŽ comme centre et les Žtoiles, du fait de l'attraction universelle de Newton, tomberaient vers chaque centre ce qui est manifestement impossible.

 

II LĠUnivers Žvolue

Notre conception de lĠUnivers comme un tout lĠoblige ˆ satisfaire au Second Principe de la Thermodynamique. LĠUnivers Žvolue sans repasser deux fois par le mme Žtat. Ce principe de Carnot, un des mieux vŽrifiŽs de la Physique, impose une origine et une fin ˆ lĠUnivers , ou tout au moins un certain dŽterminisme. Si cet Univers a une origine, il a un ‰ge. On doit ˆ l'empereur FrŽdŽric II Barberousse sa premire dŽtermination: l'empereur FrŽdŽric, justement appelŽ le << premier homme moderne >>, Žtait intriguŽ par le fait que l'eau de la mer Žtait salŽe alors que l'eau des rivires ne l'Žtait pas. En calculant combien de temps il avait fallu aux fleuves transporter du sel pour arriver ˆ l'Žtat actuel de salinitŽ de la mer, Halley put ainsi dŽterminer la premire estimation de l'‰ge de la Terre (4 milliards dĠannŽes). LĠ‰ge de lĠUnivers lui est estimŽ ˆ partir de la radioactivitŽ des ŽlŽments chimiques lourds (7 ou 8 milliards dĠannŽes), de lĠŽtude des amas globulaires des Žtoiles (7 ou 8 milliards dĠannŽes), de lĠŽtude dynamique de lĠ‰ge des galaxies (10 milliards dĠannŽes) ou de lĠinverse de la constante de rŽcession des nŽbuleuses extragalactiques (13 milliards dĠannŽes) . Finalement on lui attribue 15 milliards dĠannŽes. Maintenant cet Univers,

 

Comment est-il nŽ ? cĠest la thŽorie du Big-Bang, explosion gigantesque, il ya 13,7 milliards d'annŽes, dont il reste le rayonnement fossile ˆ une tempŽrature de 2,7 K. Les grands accŽlŽrateurs contemporains reconstituent pour nous un tout petit Žclat de l'explosion. nous pouvons essayer d'en trouver l'empreinte dans la carte actuelle des galaxies, par exemple sur la structure Žtonnante (en "mousse de savon ") qu'a actuellement la matire visible de l'Univers, liŽe ˆ la thŽorie du chaos. Avec le Big-Bang, la thŽorie de la RelativitŽ GŽnŽrale impose une origine au monde (Stephen Hawking et Penrose 1971) mais par suite fixe ses propres limites de prŽdiction car, si l'Univers est nŽ de l'infiniment petit, il faut lui appliquer les lois de cet infiniment petit c'et-ˆ-dire la MŽcanique Quantique et donc chercher une ThŽorie Unitaire. On peut alors imaginer que l'instant zŽro serait un goulot, une sorte de tunnel quantique ! (Abhay Ashtekar).

 

Comment Žvolue-t-il ?cĠest la thŽorie de l'Expansion de lĠUnivers. D'aprs la loi de Hubble, les galaxies s'enfuient de nous avec une vitesse proportionnelle ˆ leur distance. Leur spectre est dŽcalŽ vers le rouge par effet Doppler du fait de cette vitesse radiale d'Žloignement. Cette rŽcession des nŽbuleuses extra-galactiques conduit ˆ l'Expansion de l'Univers car sinon il arriverait un moment o cette vitesse dŽpasserait la vitesse de la lumire. Or c'est impossible d'aprs la ThŽorie de la RelativitŽ. La matire qui compose l'Univers est soumise ˆ deux forces antagonistes: lĠattraction gravitationnelle et la rŽpulsion cosmique. Le rayon de l'Univers, actuellement de 5 milliards dĠannŽes-lumire, doublerait en 14 millions de sicles.Comme le disait Jules Lemaitre: << lĠŽvolution du monde peut tre comparŽe ˆ un feu dĠartifice qui vient de se terminer. Debout sur une escarbille mieux refroidie nous voyons sĠŽteindre doucement les soleils, et cherchons ˆ reconstituer lĠŽclat disparu de la formation des mondes.>>. L'Univers est en transition entre un Žtat totalement instable et un Žtat de totale stabilitŽ o on ne trouverait plus comme ŽlŽment chimique que le plus stable d'entre eux: le fer. L'hydrogne, l'ŽlŽment le plus instable, c'est le sommet de la montagne; le fer, c'est la plaine; le carbone, l'azote, l'oxygne, ces ŽlŽments indispensables, ce sont les vallŽes intermŽdiaires. Heureusement pour nous , ce parcours est trs lent !

Cette expansion de l'Univers permet de se le reprŽsenter comme un immense ballon sphŽrique avec des points de couleur, peints ˆ sa surface, reprŽsentant les nŽbuleuses extra-galactiques. Si on gonfle le ballon, les nŽbuleuses extra-galactiques s'Žcartent et s'enfuient d'autant plus vite qu'elles sont plus lointaines. Un observateur placŽ sur n'importe quelle galaxie verra le mme phŽnomne. Aucune position n'est privilŽgiŽe pour observer l'Univers. Autrement dit, l'Univers n'a pas de centre.

L'expansion de l'Univers s'accŽlre, gr‰ce ˆ l'Žnergie noire , comme le montre l'explosion des supernovae. Il risque de finir dans la glace.

 

Comment finit-il ? Maintenant nous savons que les Žtoiles sont des objets fragiles vouŽs ˆ l'effondrement: parfois paisiblement contractŽes (les naines blanches), parfois implosant pour donner une supernova, une explosion cosmique comme la nŽbuleuse du Crabe (qu'observrent les astronomes chinois autour de l'an 1000). Les Žtoiles ˆ neutrons - rŽsidus de l'explosion- chez lesquelles toute la masse d'un Soleil est concentrŽe dans une sphre de dix kilomtres seulement ! Les trous noirs sont aussi une forme possible de fin pour une Žtoile.

 

Notre Soleil n'est pas nŽ (comme on l'a cru longtemps) de la condensation d'un nuage vierge. Il contient en fait des ŽlŽments lourds qu'il n'a pas pu synthŽtiser, et qui sont donc antŽrieurs ˆ sa naissance. Deuxime surprise: notre systme de plantes ne provient pas d'une nŽbuleuse chaude en disque autour de notre Soleil. Les grains solides qui ont formŽ nos plantes sont apparus quelques millions d'annŽes avant la naissance du Soleil sans doute dans l'onde de choc engendrŽe par une supernova.Tout cela est dŽsormais datŽ. Il y a 4567 millions d'annŽes, une supernova met en place les ŽlŽments. Un million d'annŽes aprs notre Soleil se forme. Puis vient la lente maturation des plantes. L'acte suivant, sur notre Terre, est celui de la formation des continents, et de leur longue dŽrive sur les courants de notre boule fluide. Un jour, dans cinquante millions d'annŽes, il n'y aura plus de MŽditerranŽe, des collines verdoyantes occuperont l'actuel Sahara. La Californie sera collŽe ˆ l'Alaska et les ”les de la Sonde au continent asiatique !

Dans cinq milliards d'annŽes, ayant ŽpuisŽ son combustible nuclŽaire, le Soleil se mettra ˆ gonfler et se transformera en gŽante rouge. ce faisant, il englobera progressivement les plantes infŽrieures, Mercure, VŽnus et la Terre dans son atmosphre incandescente. Le sort de notre plante est ainsi rŽglŽ ˆ long terme: ce sera la fusion.

Quant ˆ l'Univers ses modles prŽdisent soit, dans un futur infiniment lointain, une mort lente, froide et sombre, soit dans un futur plus proche (cent milliards d'annŽes), une mort violente, chaude et Žblouissante, en une conflagration finale symŽtrique du Big Bang, appelŽe Big Crunch.

 

III LĠUnivers rŽsulte de la structure de notre esprit

LĠUnivers semble donc tre lĠUnivers des lois physiques. Ces lois rŽsultent de la structure de notre esprit. Le cŽlbre astronome anglais Sir Arthur Eddington disait, dĠailleurs: << LĠUnivers et sa structure sont des consŽquences de lĠacceptation par notre esprit de certains principes >>. Nous tenons aux relations de causes ˆ effets, ˆ la logique, ˆ la nŽgation de lĠaction ˆ distance (cf le r™le du champ en Physique), ˆ la notion de temps. Cette thse de lĠa priori de la cosmologie nĠest quĠune reprise des idŽes de Kant relativistes ! : lĠespace-temps nĠest quĠune forme a priori de la sensibilitŽ.

En dŽpit des remarquables progrs rŽcents dans notre comprŽhension thŽorique de la nature, nous sommes obligŽs d'admettre en suivant de Sitter que << l'Univers est une hypothse >>. Dirigeant nos regards vers les profondeurs de l'espace, nous voyons la Lune ˆ un peu plus d'une seconde de temps, le Soleil ˆ quelques minutes, l'Žtoile la plus proche ˆ quelques annŽes, les plus proches nŽbuleuses ˆ des centaines de milliers d'annŽes, tandis que la lumire que nous recevons des nŽbuleuses les plus lointaines encore perceptibles peut avoir voyagŽ pendant un milliard d'annŽes (observations au tŽlescope du mont Palomar). JugŽe en fonction de nos Žtalons terrestres, la plus grande partie de l'espace intermŽdiaire est inconcevablement vide, mais ˆ la limite de notre vision, il n'y a toujours pas d'indice d'une fin !


Notre idŽe de lĠUnivers comme dĠun tout reste encore un produit de lĠimagination. La science tend vers le vrai mais le sens lui Žchappe.

<< ... Il y avait un moine qui se permettait contre l'enseignement du Ma”tre de poser des questions cosmologiques. Afin de savoir o le monde finit, il se mit ... ˆ interroger les dieux des cieux successifs ... Finalement le Grand Brahma lui-mme se manifesta et le moine lui demanda o le monde prend fin ... Le Grand Brahma prit le moine par le bras, l'emmena ˆ l'Žcart et dit:<< Ces dieux, mes serviteurs, me tiennent pour tel qu'il n'y ait rien que je ne puisse voir, comprendre et rŽaliser. Aussi n'ai-je pas rŽpondu en leur prŽsence. Mais, en vŽritŽ, je ne sais pas o le monde finit ... >> (Dialogues de Bouddha)

Mais, et ce sera ma conclusion, comme lĠa dit Pascal: << Lˆ o la vue sĠarrte, que lĠimagination passe outre ! >>. LĠŽpicurisme a apportŽ la VŽritŽ. Soit. Mais << ˆ chacun sa VŽritŽ >> (Pirandello).

Scientifiquement,  si notre conception  de l'Univers ˆ 4 dimensions ne nous suffit pas, on peut en imaginer une autre ˆ 10 dimensions, englobant la ThŽorie des cordes, permettant d'englober les quatre interactions fondamentales, et de rŽaliser enfin une thŽorie unitaire.

Philosophiquement, chaque tre vivant a sa perception de l'Univers et seul, un tre suprme, peut avoir  l'ensemble de ces perceptions.

COMPLƒMENTS

 

IV LĠEspace et le temps sont indissociables

Quand on y rŽflŽchit bien, l'espace et le temps sont indissociables, pour la simple raison que le temps n'est rien d'autre que la mesure de la position de la Terre dans l'espace. Une annŽe est le temps mis par la Terre pour faire un tour du Soleil autour de lui-mme et un jour est le temps qu'elle met pour tourner sur elle-mme.

Quand on avance dans l'espace, on recule dans le temps: ainsi, on peut dire quĠun astronome avec son tŽlescope, plus il voit loin, plus il voit t™t. Un tŽlescope est une machine ˆ remonter le temps !

Comme l'a dit le mathŽmaticien allemand Herman Minkowski: << L'espace et le temps conus sŽparŽment sont devenus des ombres vaines, et seule une combinaison des deux exprime une rŽalitŽ. >> Dans l'espace-temps de la RelativitŽ GŽnŽrale, les galaxies ne bougent pas, c'est l'espace-temps qui se dilate.

 

V L'Espace est courbe

Sur une sphre (espace sphŽrique de Rieman):

 

Fig 1 -Il n'y a que des lignes courbes. La ligne droite n'est pas le plus court chemin d'un point ˆ un autre.

Fig 2 -La somme des angles d'un triangle est supŽrieure ˆ 2pi.

Fig 3 - La circonfŽrence du cercle est plus petite que 2piR ou si l'on prŽfre le rapport de cette circonfŽrence ˆ son diamtre, soit pi, varie avec la prŽsence d'une masse en son centre !

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