Notre existence a t-elle un sens? 10) Où il fait plus noir que vous ne l’imaginez


Notre existence a t-elle un sens? 10) Où il fait plus noir que vous ne l’imaginez

Cette série d’articles dans la catégorie « notre existence a t-elle un sens »? est  l’expression de  ce que j’ai écrit dans la présentation de mon blog: « Les merveilles de la nature me fascinent. Mes réflexions: le sens de l’Univers et de l’existence. En moi, il y a deux mondes: le monde extérieur du « faire »et le monde de l’intérieur, non conscient, mais tout autant réel. Ma devise: l’essentiel, c’est l’amour, amour du sacré. Mes modèlesJésus (l’amour),Pythagore (la mathématique), Einstein (la physique) ».

Je voudrais faire partager la lecture du livre de Jean Staunenotre existence a-t-elle en sens,  avec mes réflexions et les liens qu’elle m’a permis découvrir à travers internet. Ma quête est de retrouver (avec Jean Staune), le réenchantement du monde au cours des articles.


Mes articles déjà parus dans cette rubrique:

Notre existence a-telle un sens? 1) à propos de la préface du livre par Trinh Xuan Thuan

Notre existence a-t-elle un sens? 2) Le désenchantement du monde (et de l’homme!)

Notre existence a-t-elle un sens? 3) Comment ébaucher un « traité de la condition humaine »?

Notre existence a-t-elle un sens? 4) vers de nouvelles lumières.

Notre existence a-t-elle un sens? 5) première partie: Au-delà de cette limite, notre vision du monde n’est plus valable (naissance de la mécanique quantique).

Notre existence a-t-elle un sens? 5) deuxième partie : Au-delà de cette limite, notre vision du monde n’est plus valable (la non-localité).

Notre existence a t-elle un sens? 6-1) Vers un réalisme non physique…première partie

Notre existence a t-elle un sens? 6-1) Vers un réalisme non physique…deuxième partie

Notre existence a t-elle un sens? 7 partie 1) vous qui entrez ici perdez toute espérance …

Notre existence a t-elle un sens? 7 partie 2) vous qui entrez ici perdez toute espérance…

Notre existence a t-elle un sens? 8 partie 1) le murmure du big bang…La deuxième fissure dans les théories classiques

Notre existence a t-elle un sens? 8 partie 2) Le murmure du big bang… la genèse du 

Notre existence a t-elle un sens? 9-1) Dieu revient très fort partie 1

Notre existence a t-elle un sens? 9-2) Dieu revient très fort partie 2

Je consulte souvent aussi: astrosurf.com -UNE INTRODUCTION A LA PHILOSOPHIE DES SCIENCES

 

 

Exergue. « Il y a beaucoup de choses sur Terre et dans le ciel Ô Horaratio, que ne peut en comprendre toute ta philosophie. » ShakespeareHamlet.

1) Les trous noirs.

wikipedia.org -Trou-noir

wikipedia.org -Hamlet

Après avoir évoqué la possibilité d’un principe créateur  avec le principe anthropique dans l’article précédent, nous allons terminer notre parcours dans l’Univers en passant en revue des être étranges de ce « grand bestiaire céleste »  dont certains sont maintenant observés alors qu’ils n’étaient au début que objets théoriques issus des conséquences de la Relativité générale. D’autres, la matière noire et l’énergie noire correspondent à des objets que les observations ont rendus nécessaires, mais les scientifiques ignorent encore leur nature profonde. D’autres comme les cordes ou les branes correspondent a des tentatives pour réaliser le rêve d’Einstein d’unification des théories, semblables à des frères ennemis, que sont la Relativité générale et la physique quantique. D’autres, comme « les trous de ver » ne sont encore que des spéculations théoriques.

puits gravitationnel


Commençons notre exploration par les trous noirs. 
Nous savons par la relativité générale que toute masse courbe l’espace autour d’elle. Plus un corps est massif, plus cette courbure sera forte. Pour échapper à l’attraction  d’un corps céleste quelconque, il faut atteindre une certaine vitesse permettant de sortir du « puits gravitationnel »  que constitue ce corps et qu’on appelle vitesse de libération. Pour la Terre cette vitesse est de 11 km/s alors que pour le soleil, beaucoup plus massif, elle est de 617 km/s. Imaginons alors un corps tellement massif et comprimé dans un rayon si petit qu’on ne puisse sortir du puits que ce corps creuse dans l’espace-temps que grâce à une vitesse supérieure à celle de la lumière. En 1915, alors qu’il était sur le front russe (ou il mourut en 1916), l’astronome Karl schwarzschild fut le premier à théoriser ce qui pouvait se passer dans un tel cas. Il prit connaissance des travaux d’Einstein publiés le 25 novembre 1915 et, en moins de 6 mois, il envoya plusieurs articles à Einstein que celui-ci présenta à l’Académie des sciences de Prusse. Il y était question de ce qu’on a d’abord appelé la « singularité de schwarzschild » avant que Jonh Wheeler, environ 50 ans plus tard donne à ce concept le nom de « trou noir ». Il s’agissait d’un objet qui serait suffisamment massif pour creuser dans l’espace un puits si profond que la vitesse nécessaire pour s’en échapper soit supérieure à celle de la lumière. Aucun corps ne pouvait s’en échapper, y compris la lumière, mais de plus, cet objet fonctionnait comme un véritable aspirateur cosmique, tout corps passant à proximité devait être aspiré. Les astronomes et physiciens, dont Einstein et Arthur Eddington, résistèrent longtemps à une telle idée tellement elle paraissait folle. Eddington a dit: « (voiSubrahmanyan Chandrasekhar): Je pense qu’il doit y avoir une loi de la nature qui empêche une étoile de se conduire d’une façon aussi absurde » et en 1939, Einstein publia un article pour montrer pourquoi « les singularités de schwarzschild ne pouvaient exister. » Et pourtant!… A l’heure actuelle le progrès des connaissances est tel que non seulement les scientifiques ont accepté les trous noirs, mais que que ceux -ci font partie des connaissances d’un nombre de plus en plus grand de personnes. 

Qu’est-ce qu’un trou noir et comment se forme t-il? futura-sciences.com va nous conter les étapes: 

« De l’étoile à la géante rougeLorsqu’une étoile brûle son hydrogène, on dit qu’elle est dans la séquence principale. Une fois tout l’hydrogène consommé, l’étoile commence à brûler l’hélium ; elle se transforme en géante rouge. La suite des événements dépend de la masse de l’étoile. Une étoile peu massive, comme le Soleil, ne peut pas aller très loin dans la fusion, et ne pouvant brûler le carbone formé par la fusion de l’hélium, son noyau se contracte pour devenir une naine blanche, sorte de cristal de carbone baigné d’électrons qui résiste à l’effondrement gravitationnel grâce à la pression de dégénérescence de ces derniers. Cependant, la pression du gaz dégénéré ne peut résister face à la gravitation que si la masse totale est plus faible qu’une certaine valeur limite. C’est pourquoi les naines blanches ont une masse inférieure à environ 1,5 masses solaires; c’est la limite de Chandrasekhar.

De l’étoile à l’étoile à neutronsToutefois, ce cas de figure ne se présente que pour les étoiles qui sont suffisamment massives pour pouvoir aller au-delà de la fusion de l’hélium. Ces dernières forment ainsi divers éléments jusqu’au Fer56, lequel étant le plus stable des éléments est inerte et s’accumule au centre des étoiles. Ainsi, ce noyau de fer, qui résiste lui aussi grâce à la pression de dégénérescence des électrons, s’effondre soudainement lorsque sa masse dépasse la masse de Chandrasekhar. Cet effondrement brise les noyaux, les électrons fusionnant alors avec les protons produits pour former des neutrons. S’il n’a pas une masse trop élevée et si l’effondrement n’a pas été trop violent, le plasma d’électrons, protons et neutrons ainsi produit peut résister à la force gravitationnelle grâce à la dégénérescence des nucléons mais aussi et surtout grâce à l’interaction forte qui est répulsive à courtes distances. Le noyau s’est alors stabilisé pour devenir une étoile à neutrons (qui « pulse » d’une façon particulière et qu’on appelle pour cela un  pulsar).
De l’étoile au trou noir. Cependant si le noyau de Fer56 a une masse supérieure à la limite d’Oppenheimer-Volkoff (située entre 2.4 et 3.2 masses solaires), rien ne peut compenser la force gravitationnelle et l’étoile s’effondre en-deçà de son rayon de Schwarzschild pour devenir un trou noirLes trous noirs stellaires sont donc formés par des étoiles de plus de 30 masses solaires (environ), qui s’effondrent sur elles-mêmes sans que rien ne puisse stopper le processus.

Mais comment être sûr qu’on a affaire à un trou noir? Des étoiles comme les naines blanches peuvent vues au télescope, un pulsar peut être détecté au télescope, mais comment détecter un trou noir? 

wikipedia.org -Trou noir supermassif

Observation directeLa petite taille d’un trou noir stellaire (quelques kilomètres) rend son observation directe impossible… un trou noir d’une masse solaire et situé à un parsec aurait un diamètre angulaire de 0,1 micro seconde d’arc. Cependant, la situation est plus favorable pour un trou noir supermassif. En effet, la taille d’un trou noir est proportionnelle à sa masse. Le trou noir du centre galactique a une masse, bien estimée, d’environ 3,6 millions de masses solaires. Son rayon de Schwarzschild est donc d’environ11 millions de kilomètres. La taille angulaire de ce trou noir, situé à environ 8,5 kiloparsecs est de l’ordre de40 microsecondes d’arc. Cette résolution est inaccessible dans le domaine visible, mais est assez proche des limites actuellement atteignables en interférométrie« . radio…L’imagerie directe du trou noir du centre galactique est donc envisageable dans les années qui viennent. 

Observation indirecteLes deux seules classes de trous noirs pour lesquelles on dispose d’observations nombreuses indirectes sont les trous noirs stellaires et supermassifs. Le 
trou noir supermassif le plus proche est celui qui se trouve au centre de notre Galaxie à environ 8 kilo-parsecs.Une des premières méthodes de détection d’un trou noir est la détermination de la masse des deux composantes d’une étoile binaire, à partir des paramètres orbitaux. On a ainsi observé des étoiles de faible masse avec un mouvement orbital très prononcé (amplitude de plusieurs dizaines de km/s), mais dont le compagnon est invisible. Le compagnon massif invisible peut généralement être interprété comme une étoile à neutrons ou un trou noir puisqu’une étoile normale avec une telle masse se verrait très facilement. La masse du compagnon est alors comparée à la masse limite maximale des étoiles à neutrons (environ3,3 masses solaires). Si elle dépasse cette limite, on considère que l’objet est un trou noir. Sinon, il peut être une naine blanche

Cygnus X-1, détecté en 1965, est le premier objet astrophysique identifié comme pouvant être la manifestation d’un trou noir. C’est un système binaire qui serait constitué d’un trou noir en rotation et d’une étoile géante. Aujourd’hui, un consensus s’est établi pour voir en lui un trou noir. Le trou noir au centre de notre galaxie a été détecté en observant l’orbite d’une étoile située à 20 années-lumière du centre galactique. Il serait de 2,6 à 3 millions de fois plus massif que le soleil. On connait de nombreux autres candidats dont les plus gros, tapis au coeur de galaxies appelées « quasars« , auraient une masse équivalente à 1 milliard de soleils. 
Les trous noirs, comme on l’a vu sont une des conséquences les plus extraordinaires de la Relativité générale et posent des questions fascinantes. Ils provoquent de telles déformations de l’espace-temps que si un astronaute nous envoyait un film montrant son approche d’un trou noir, les images vues depuis la Terre se ralentiraient de plus en plus au point que lorsque l’astronaute franchirait l’horizon (le point de non-retour), l’image nous le montrerait immobile à cet endroit pour l’éternité alors que lui n’aurait rien détecté à cet endroit. Une autre interrogation  concerne la matière qui entre dans un trou noir: ressort-elle dans un « trou blanc » dans un autre univers? Parmi les nombreux écrits à ce sujet, on peut citer Kip Thorne (« trous noirs et distorsions du temps« ) et Jean-Pierre luminet (« Les trous noirs.« )

2) Un raccourci à travers l’espace-temps les trous de ver (vidéo).

astrosurf.com -Voyage au centre d’un trou de ver

Le deuxième objet que nous allons examiner, les trous de ver« , sont eux-aussi rendus possibles par la Relativité générale, même s’ils sont plus spéculatifs que les trous noirs. L’espace dans lequel nous vivons n’est pas forcément un un espace « plat » à trois dimensions (euclidien). « En 1935, Einstein et Rosen  découvraient qu’en excluant les singularités du champ et en modifiant légèrement les équations de la gravitation, ils obtenaient des solutions non complexes dans le cas d’une symétrie sphérique chargée et statique. C’était certes des représentations mathématiques, mais elles représentaient un espace physique constitué de deux feuilles identiques reliées entre elles par une particule représentée par un pont…En combinant les équations de la gravitation et celles de l’électromagnétisme, ils parvinrent à la même conclusion : les feuillets repliés sur eux-mêmes pouvaient être reliés par de nombreux « ponts » à l’échelle quantique« . Depuis lors, il a été souvent imaginé des « raccourcis » permettant de connecter deux régions de l’espace de façon bien plus rapide que s’il fallait parcourir la distance « normale ». L’existence (pas encore prouvée) des « trous de ver » fascine les théoriciens aussi bien que les amateurs de science-fiction (voir par exemple le film « le contact), car il s’agit de candidats potentiels pour permettre les voyages dans le temps.

Kip Thorneactuel « Professeur Feynman de Physique Théorique » à Caltech et l’un des plus grands experts dans les applications de la théorie de la relativité générale d’Einstein. Il décrit comment les trous de ver pourraient être utilisés pour les voyages dans le temps. Mais ses travaux montrent que si on veut utiliser un trou de ver, celui-ci explose dès qu’il est prêt à fonctionner en temps que machine à voyager dans le temps. On retrouve là ce que nous avons vu dans l’article 9-2 (chapitre 5)il n’est pas encore démontré que le voyage dans le temps est impossible, ce n’est pour l’instant qu’une supposition que Stephen Hawking a appelée « la conjecture de protection chronologique« chaque fois que quelqu’un essaie de faire une machine à remonter le temps, et quel que soit le dispositif utilisé à cet effet, juste avant que le dispositif ne devienne une machine temporelle, un faisceau de fluctuation du vide le traverse et le détruit. » Mais si une démonstration venait à être faite, cela renforcerait le principe anthropique superfort selon lequel la cohérence de l’Univers serait plus forte que la cohérence minimale nécessaire à l’existence d’une civilisation comme la notre.  

Liensdailymotion.com/video -luminet trous-noirs-et-matiere-sombre
vidéo cerimes.fr -Le destin de l’Univers : trous noirs et énergie sombre 

trounoir.pagesperso-orange.fr -Qu’est-ce qu’un trou noir? Vitesse de libération 

images.math.cnrs.fr -Le trou noir   utura-sciences.com -trou noir      futura-sciences.com -trou noir

trounoir.pagesperso-orange.fr -Comment se forment les trous noirs

futura-sciences.com -Trou noir, dossier introductif      cosmobranche.free -les trous noirs

astronomienfolie.free.fr -Formation et détection des trous noirs

wikipedia.org -Observation et détection des trous noirs

techno-science.net -Naissance et détection des trous noirs

Trous_noirs_et_distorsions_du_temps 

wikipedia.org -Trou de ver     Singularités, trou de ver et voyage spatiotemporel

futura-sciences.com -Trou de ver: Le pont d’Einstein-Rosen, 

wikipedia.org -Pulsar   wikipedia.org -Quasar

wikipedia.org -matière noire      wikipedia.org énergie-sombre        futura-sciences.com -énergie noire

wikipedia.org -Brane

 

3) Des mirages dans l’espace.

blogger.com -Introduction aux mirages gravitationnel, la croix d’Einstein

 

jacques.rosu.perso.sfr.fr -les mirages gravitationnels

Troisième objet du grand bestiaire céleste, « les mirages gravitationnels » qui sont aussi une conséquence de la relativité générale. En courbant l’espace, une masse déforme la trajectoire des rayons lumineux et modifie la position de certaines étoiles vues de la Terre, et de galaxies lointaines , comme le montre l’exemple de la figure ci-contre. Si deux galaxies sont, avec la Terre sur une même ligne droite, alors les rayons lumineux provenant de la galaxie la plus lointaine vont passer, à gauche, à droite, en haut, en bas de la galaxie proche et être dévies vers la Terre car les rayons vont être courbés par la masse de la galaxie proche. 

Il en est de même pour la croix d’Einstein dans l’image ci-dessus (extra large). Il n’y a que deux galaxies et non cinq, deux une au centre et quatre images fantômes de la même galaxie située derrière la première. On sait que qu’il s’agit de 4 images de la même galaxie, parce que le spectre de ces 4 images est identique. Son « décalage vers le rouge » (dû à l’effet doppler) montre que cette galaxie est beaucoup éloignée de nous que la galaxie située au centre de l’image et se trouve derrière elle. Cette structure (croix d’Einstein) a apporté une preuve éclatante de la relativité générale. On peut remarquer aussi qu’on observe 4 images et non un cercle. C’est dû au fait que l’alignement de la Terre avec les deux galaxies n’est pas parfait. Le cas d’un cercle parfait avec un alignement parfait est improbable, mais dans certains cas des arcs de cercle sont possibles.

Dernière remarque: plus un corps est massif, plus il courbe l’espace. En analysant les mirages gravitationnels, on peut en déduire la masse de l’objet qui en est la cause, ce que nous allons voir dans la prochain chapitre à propos de la masse de l’Univers.
liensunivers-astronomie.fr -Les mirages gravitationnels

jacques.rosu.perso.sfr -Les mirages gravitationnels

 

4) Quand l’invisible devient plus important que le visible.

podcastscience.fm -énergie noire

Fritz Zwick, connu comme le plus grand découvreur de supernovaes, avait prédit l’existence des étoiles à neutrons deux décennies avant qu’elles ne soient observées ainsi que celle de  la matière noire. En mesurant la vitesse de déplacement d’un ensemble de galaxies, celui de l’Amas de la Chevelure de Bérénice ou Amas de Coma, il s’aperçut que le masse visible de ces galaxies était beaucoup trop faible pour qu’elles restent ensemble étant donné leur grande vitesse. Il en déduisit que cet amas devais contenir une quantité de matière environ 10 fois supérieure à celle de la matière visible pour créer une force gravitationnelle suffisante pour assurer sa cohérence, mais cette matière était invisible. Depuis, il a été montré que c’est le cas non seulement pour les amas, mais aussi pour quasiment toutes les galaxies. Elles sont en rotation, mais si on tient compte de leur masse  visible, les étoiles de leur périphérie auraient dû être éjectées par la force centripète qui résulte de cette rotation. Les mirages gravitationnels en apportent un preuve qui semble définitive, les déformations de l’espace observées correspondent à des corps 5 à 10 fois plus massifs que leur partie visible.

Mais de quoi est constituée cette matière invisible ou matière « noire« ?

L’existence de la matière invisible n’était pas attendue par la théorie, mais provient de l’observation et des théories sont bâties « a postériori »  pour trouver des explications. Il existe deux grands types d’hypothèses.

     -1) Ce serait de la matière ordinaire que nous ne voyons pas. Parmi les postulants se trouvent des nuages de gaz (mais ils devraient émettre des rayonnements détectables), des étoiles « ratées » qui ne sont pas allumées car trop petites, des « naines brunes » (mais des expériences ont montré que ce n’était pas le cas), des trous noirs (mais comment se seraient t-ils formés?). Cette hypothèse ne semble pas suffisante, il faudrait beaucoup trop d’étoiles naines ou ratées pour expliquer les observations.

-2) Il pourrait s’agir aussi de matière noire « exotique », soit de matière noire « chaude » composée de particules légères et rapides, soit de « matière noire « froide », composée de particules lourdes et lentes. Les deux catégories interagissent très peu avec la matière et sont donc très difficiles à détecter.

Pour la matière noire « chaude », les recherches se sont concentrées sur le neutrino. « Le neutrino (voir astronomes.com) est une particule qui interagit très faiblement avec la matière ordinaire. Proposé en 1930 par Wolfgang Pauli et détecté pour la première fois en 1956, le neutrino fut longtemps considéré comme une particule de masse nulle comme le photon. Cependant, plusieurs expériences ont montré depuis que ce n’est pas le cas en détectant un phénomène appelé l’oscillation du neutrino qui n’est possible que si la masse de la particule n’est pas nulle. On retiendra en particulier la première confirmation en 1998 au détecteur Super-Kamiokande au Japon…« . C’est en 1998 que Super-Kamiokande acquit sa renommée internationale en prouvant le phénomène d’oscillation du neutrino, et donc que ces particules possèdent une masse très faible, mais non nulle. « …Cette masse n’a pas encore pu être déterminée avec précision, mais, selon sa valeur, les neutrinos pourraient expliquer une partie de la matière noire exotique. En effet, avec une densité moyenne de 100 particules par centimètre cube, les neutrinos sont très abondants dans l’Univers, bien plus que les protons ou les neutrons (la matière baryonique). Même si la masse d’une seule particule est très faible, leur grande abondance pourrait bien permettre aux neutrinos d’apporter une contribution (majeure?) à la densité de l’Univers. Mais il semblerait que cette contribution ne représente qu’entre 0,1 et 18 % de la masse manquante »

La « matière noire « froide » serait composée de particules n’ayant jamais été observées. Elles auraient comme caractéristique d’être très lourdes, beaucoup plus massives qu’un proton, et très lentes (c’est pourquoi on les appelle froides car la chaleur est liée à l’agitation). De plus, elles interagissent encore moins avec la matière que les neutrinos. Elles ont pour nom wimps axion, machosneutralino mais selon larecherche.fr Les Machos demeurent introuvables. Une équipe italienne affirme avoir des résultats à propos de l’axion, mais rien n’est sûr car, selon le prix Nobel de physique, Frank Wilczek, ces données préliminaires ne collent pas avec le modèle standard de l’axion. Elles conduisent à un refroidissement trop rapide des étoiles.

La nature de la matière reste donc encore une inconnue, mais comme nous allons le voir, il y a encore plus fort…

liens: astrosurf.com -La matière et l’énergie sombres dans l’Univers

villemin.gerard.free.fr -MASSE MANQUANTE

astrosurf.com-La matière et l’énergie sombres dans l’Univers

jcboulay.free.fr -masse cachée     mise enroffet.com évidence de la masse cachée

wikipedia.org -matière noire      wikipedia.org -energie sombre

futura-sciences.com -Matière sombre

larecherche.fr -La matière noire manque toujours à l’appel

sciences.blogs.liberation.fr -matière noire le mystère sépaissit

mi.infn.it -lcosmologie et matière noire     mi.infn.it -La question de l’énergie noire

aim.obspm.fr -Les MACHOs, des candidats à la matière noire parmi d’autres ?

astrosurf.com -ENERGIE SOMBRE ET MATIERE NOIRE

linternaute.com -Expliquez moi la différence : entre matière noire et énergie sombre

univ-paris-diderot.fr -Des astrophysiciens mesurent la décélération de l’expansion de l’Univers primitif

 

5) L’énergie noire: une mystérieuse force répulsive.

astronomienfolie.free -accélération de l’expansion de l’univers

C’est encore une fois une découverte inattendue, la mesure des distances existant dans l’Univers qui a permis de révéler cette mystérieuse énergie. En effet, pour les galaxies proches, on dispose d’une méthode basée sur le comportement périodique d’étoiles appelées céphéides. Les céphéides jouent un rôle très important comme étalons des échelles de distance dans l’Univers grâce à la relation période-luminosité qui les caractérise: plus une céphéide est lumineuse plus sa période de variation d’éclat est longue. Dès lors que l’on connaît la période d’une céphéide, aisément mesurable, la relation période-luminosité permet de déterminer l’éclat intrinsèque de cette étoile. Par une simple comparaison avec son éclat apparent, on en déduit sa distance, et donc celle de la galaxie qui l’abrite. Mais cela ne fonctionne que pour des galaxies situées aux alentours de 60 millions d’années-lumière. Quand la distance atteint des milliards d’années-lumière, il faut des repères dont la luminosité réelle soit incroyablement plus grande et soit identique pour pouvoir déduire la distance de ces objets grâce à leur luminosité apparente comme on le fait pour les céphéides. Ces objets existent, ce sont les supernovaes de type Ia qui, lors de leur explosion, dégagent une luminosité réelle quasi identique. L’accélération de l’expansion de l’univers a été mise en évidence en 1998 par deux équipes internationales, le Supernova Cosmology Project, mené par Saul Perlmutter, et le High-Z supernovae search team, mené par Adam Riess, équipes qui cherchaient à détecter des supernovaes de type Ia situées à différentes distances et à mesurer la vitesse avec laquelle elles s’éloignaient de nous (le fameux « décalage vers le rouge pour le spectre visible – observé parmi les objets astronomiques lointains »). Leur but était en fait de mesurer la décélération supposée de l’Univers. En effet, le big bang étant en quelque sorte une explosion, même si cette image n’est pas vraiment adaptée, on peut s’attendre à ce que la force initiale de celle-ci projette les « objets » dans toutes les directions, mais ensuite sous l’effet de la gravitation qui pousse les corps à se rapprocher, une décélération doit se produire. Pourtant les résultats montrèrent le contraire. Après 7 milliards d’années d’expansion de l’Univers, celle-ci a progressivement ralenti et à partir de là, on constate une inversion. Comme le dit Brian Green dans « la magie du cosmos« , « la décélération tant attendue de l’expansion spatiale s’est révélée être une accélération. »

 Ces résultats récents,ne sont pas encore d’une solidité à toute épreuve, mais ils sont a priori confirmés par les analyses du satellite WMAP qui a pris la succession de COBE dans l’étude du rayonnement de fond cosmologique. Cela pose d’une façon nouvelle la question « où allons nous? ». Il n’y aura pas de « big crunch« , l’univers ne se « recontractera » pas sous l’effet de la gravitation, mais se diluera dans le néant! Comment est-ce possible? Les astrophysiciens ont déduit de cette accélération de l’expansion qu’une mystérieuse énergie répulsive, « l’énergie noire » existait partout dans l’Univers. Au début de l’expansion, cette force, dont on suppose qu’elle reste identique au cours de l’expansion, est insuffisante pour contre-balancer l’effet de l’expansion. Mais il y a 7 milliards d’années, elle a pris le dessus sur la gravitation devenue trop faible, et qui ne peut aller qu’en s’affaiblissant.
Accélération due à une force répulsive? Nous avons déjà rencontré ce concept dans l’article: notre existence t-elle un sens 8 partie2) au chapitre 4, lors de la période inflationnaire durant laquelle ses effets n’avaient duré qu’une infime fraction de seconde (Allan Guth a proposé un mécanisme plausible permettant l’existence d’une nouvelle forme de constante cosmologique, produisant un effet répulsif et contrecarrant les effets de la gravitation). On se rappelle que ce terme correctif aux équations d’Einstein, la constante lambda, avait été introduite pour « stabiliser l’univers » et empêcher son expansion, car selon Einstein, celui-ci devait rester statique. Mais lorsque l’expansion fut mise en évidence, Il déclara que c’était « la plus grande erreur de sa vie ». Ainsi, 80 ans après, on peut dire que c’était une géniale intuition, même si la constante cosmologique actuelle n’a pas du tout la même valeur que celle postulée par Einstein, puisque la sienne devait empêcher l’expansion alors la constante actuelle l’accélère. Mais le principe reste le même: ajouter une constante aux équations. 

Selon futura-sciences.com, nul ne sait encore quelle est la nature de cette énergie et même si l’expansion accélérée semble un fait bien établi aujourd’hui, plusieurs explications théoriques ont été proposées pour cette dernière. On a même tenté de s’en passer. L’expansion accélérée pose de redoutables problèmes, comme celui de l’énergie quantique du vide, et constitue un défi majeur pour les théoriciens. En outre, elle pourrait surtout être une fenêtre ouverte sur de la physique au-delà du modèle standard, comme celle de la supergravité.

On ne connaît pas le nature de l’énergie noire, mais on peut mesurer ce qu’elle représente. L’équivalence masse-énergie (E=mc2permet de faire des comparaisons. Ainsi selon l’estimation actuelle, l’Univers serait composé de 70% d’énergie noire, 26% de matière noire, 4% de matière normale baryonique (protons, neutrons, électrons…)

liens: cerimes.fr -VIDEO: Energie noire et matière noire

podcastscience.fm -énergie noire     cea.fr -Qu’est ce que l’énergie sombre ?

youtube.com -la magie du cosmos

futura-sciences.com -Énergie noire

futura-sciences.com -Nouvelle lumière sur l’énergie noire grâce aux céphéides

futura-sciences.com -La, découverte de la mystérieuse énergie noire

futura-sciences.com -La mystérieuse énergie noire

futura-sciences.com -Énergie noire et théories tenseur-scalaire

futura-sciences.com -Inflation cosmique et énergie noire : les résultats finaux de WMap

futura-sciences.com -énergie noire et champ de higgs

futura-sciences.com -énergie noire et particules caméléon

futura-sciences.com -la constante cosmologique: «la pire prédiction jamais faite par la physique»

futura-sciences.com -énergie noire et super-cordes

futura-sciences.com -Énergie noire et homogénéité de l’univers

encyclovideo.net -vidéo: matière noire noire et énergie noire

2.cnrs.fr -Energie noire, la grande inconnue

savoirs.essonne.fr -Le mystère de l’énergie noire de l’Univers

mysciencework.com -Euclid et l’énergie noire

sciences.blogs.liberation.fr -COSMOLOGIE: EUCLID VA TRAQUER L’ÉNERGIE NOIRE

public.planck.fr -énergie noire    cosmosium.eu -Énergie noire : bientôt son portrait en HD …

public.web.cern.ch -Les côtés obscurs de l’Univers

cosmosgate.free.fr -La matière noire

iap.fr/actualites -Quasars/DécélérationUnivers

wikipedia.org -Accélération de l’expansion de l’Univers

sciences.blogs.liberation.fr -matière noire: polémique entre physiciens

sciencesetavenir.nouvelobs.com -un Nobel pour l’accélération de l’expansion de l’Univers

irfu.cea.fr -L’ENERGIE NOIRE : NOUVEL ETHER OU REALITE

blog-serge.chaudourne.fr -Les Supernova de type 1a et l’accélération de l’expansion de l’univers

 

6) L’unification: la quête du Graal du XXIè siècle.

hommelibre.blog.tdg.ch -La quête du Graall

La détermination de la nature de la matière  noire et de l’énergie noire va être un des chantiers importants de la physique du XXIè siècle. Un autre chantier fondamental se situe dans la suite du rêve d’Einstein, il concerne l’unification de la relativité générale et de la physique quantique. Un des « candidats » les plus sérieux à cette unification semble la théorie des cordes. « Futura-science la présente: Initialement proposée par Gabriele Veneziano à la fin des années 1960 pour décrire les forces nucléaires fortes, la théorie des cordes est devenue au début des années 1970 et surtout 1980 le meilleur espoir d’obtenir une théorie unifiée des champs de force et des particules de matière dans l’univers. Il s’agit également d’une piste pour réconcilier les lois de la mécanique quantique avec celle de la relativité généraleC’est Leonard Susskind et indépendamment Yoichiro Nambu qui ont compris que la théorie développée à partir des travaux de Veneziano revenait à remplacer les particules par des cordes vibrantes. Ces cordes, ouvertes ou fermées, peuvent vibrer et tourner, ce qui veut dire qu’elles peuvent contenir de l’énergie, et donc avoir une masse et posséder un moment cinétiquePendant les années 1970, plusieurs chercheurs découvrirent alors que si l’on voulait que ces cordes respectent les lois de la relativité restreinte et de la mécanique quantique, elles devenaient capables de représenter des particules de différents spins et masses, comme les quarks, les leptons et les bosons associés aux forces du cosmos comme les gluons, le photon et le graviton« .

Ainsi les particules élémentaires seraient des cordes qui vibreraient et dont les différents modes de vibration engendreraient les masses et les charges. Cette approche ne repose sur aucune donnée, mais de nombreux chercheurs sont fascinés par son aspect esthétique et par le fait que certaines propriétés de notre Univers émergent spontanément de ce modèle.

A partir de 1984 ont été développées 5 théories de « supercordes » qui nécessitent l’existence de 9 à 25 dimensions Les dimensions supplémentaires, autres que nos dimensions d’espace-temps sont « enroulées » sur elles-mêmes  dans des diamètres si petites, de l’ordre de la distance de Planck, qu’elles sont inobservables. C’est alors qu’en 1995, Edward Witten a montré qu’elles pouvaient être elles-aussi unifiées par une théorie unique, la théorie M qui elle , comprend 11 dimensions. La lecture de « l’Univers élégant de Brian Greene montre que toutes ces théories, même si elles sont de brillantes hypothèses sont encore en gestation. Le nom même de théorie « M » donné par Edward Witten  n’a pas un contenu précis et pourrait tout aussi bien s’appeler « Mystère ».

Une autre théorie, développée par Alain Connes est fondée sur la géométrie non commutative. « La géométrie non-commutative a été conçue à la fois pour répondre à des besoins en mathématiques et pour permettre d’aborder certains problèmes de physique théorique. » La non-commutativité est une notion contre-intuitive dans lequel A + B n’est pas égal à B + A. « Une des motivations fortes de la géométrie non commutative est d’obtenir un cadre mathématique cohérent dans lequel il serait possible d’écrire une gravitation quantique. Il s’agit donc de généraliser le formalisme utilisé dans le cadre de la relativité générale d’Einstein à des situations opératorielles« .

Dans le domaine de l’unification de la physique, ces théories ne sont pas les seules. En voici d’autres qui donnent une vision différente de la structure de l’Univers. 

     -L’Univers chiffonné de Jean-Pierre Luminet est une structure qui implique qu’en fait, l’Univers réel serait plus petit que l’univers observable. Une des galaxies lointaines serait des mirages et des mages fantômes de galaxies plus proches.

     -La relativité d’échelle de Laurent Nottale est « fondée sur les travaux des Américains Richard Feynman et Albert Hibbselle consiste à supposer que les trajectoires des particules sont fractales, c’est-à-dire qu’on retrouve les mêmes formes à différentes échelles. Nottale considère donc que notre espace-temps est fractal. Ce principe de la relativité d’échelle stipule que les lois de la nature sont identiques dans tout système de référence, quel que soit son état de mouvement ou d’échelle. Cette configuration se retrouve dans l’étude à long terme des systèmes chaotiques« .

Après avoir sondé les mystères de l’Univers, du visible et de l’invisible, nous pouvons poser la question: sommes-nous seuls?


liens: unification: wikipedia.org -Garret Lisi: Théorie du tout exceptionnellement simple

fbon.free.fr -L’unification de la physique

wikipedia.org -Théorie du toutmolaire1.perso.sfr -LA THEORIE DE TOUT

smsc.cnes.fr -POUR UNE NOUVELLE PHYSIQUE ?

cosmosaf.iap.fr -Dépasser la Relativité Générale et la Théorie Quantique des Champs

matierevolution.fr -Où en est l’unification quantique/relativité Conférence de Marc Lachèze Rey 2006

apc.univ-paris7.fr -La question qui tue ! Peut-on (doit-on) tout unifier ?

leonbrunschvicg.wordpress.com -topoi et physique quantique (gravité quantique et unification))

oocities.org -théorie unique qui décrive l’univers dans son ensemble

cordeswikipedia.org -théorie des cordes

sciences.ch -théorie des cordes: équation

physique.coursgratuits.net -Cours sur la théorie des cordes

iramis.cea.fr -Cordes et supercordes, ou le rêve d’Einstein

futura-sciences.com -Théorie des cordes

arte.tv/fr -Le paysage de la théorie des cordes

physique.quantique.free.fr -Les quatre interactions fondamentales

parolesvivantes.com -La théorie des cordes et le rêve d’Einstein

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supercordes: wikipedia.org -Théorie des supercordes   wikipedia.org -Supersymétrie

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futura-sciences.com -Théorie des supercordes

astrosurf.com -La théorie des supercordes

fip.phys.ens.fr -Supercordes, Supergravités, etc

youscribe.com -thèse: Supercordes en espace-temps courbe et theories conformes

blogbug.filialise.com -Vidéo: Dr Jonh Hagelin qupercordes

blog-aton.fr.over-blog.fr -les supercordes

branestechno-science.net -Membranes et p-branes

astrosurf.com -L’Univers à 11 dimensions, des supercordes à la théorie M ,

dailymotion.com/video -Einstein et la 11è dimensionI

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podcastscience.fm -Théorie M

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gravité quantiquewikipedia.org -Gravité quantique

wikipedia.org -Gravitation quantique à boucles

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géométrie non commutative: supersymetrie.centerblog.net -Le géométrie non commutative en quelques mots

science.thilucmic.fr -présentation: la géométrie non commutative

smf4.emath.fr -Géométrie non commutative d’après Alain Connes

fabien.besnard.pagesperso-orange.fr -Introduction à la géométrie non-commutative

univers chiffonné: luth2.obspm.fr -l’Univers chiffonné

httpfutura-sciences.com -Notre Univers est-il fini et chiffonné ?

larecherche.fr -Jean-Pierre Luminet : l’Univers est-il infini ?

lexpress.fr -Entretien avec Jean-Pierre Luminet

relativité d’échelle: sboisse.free.fr-La relativité d’échelle (ou relativité fractale)

wikipedia.org -Relativité d’échelle    larecherche.fr -La relativité d’échelle se confirme

jeanzin.fr -La relativité d’échelle en question

arena.obspm.fr -Relativité d’échelle non différentiabilité et espace-temps fractal

luth2.obspm.fr -Relativité d’Echelle

 

7) combien d’autres dans la galaxie?

C’est sans doute un des ultimes chantiers du XXIè siècle qui, à l’opposé du précédent, qui est entièrement spéculatif, concerne purement l’observation. 

En préambule, on peut citer Frank Drake, qui a mené la première expérience moderne de SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence, que l’on peut traduire par « recherche d’une intelligence extraterrestre »C’est un programme d’origine américaine qui date des années 1960. Il regroupe des projets dont le but est de détecter les signaux qu’une intelligence extraterrestre pourrait émettre, volontairement ou non, depuis sa planète d’origine. Les projets analysent le spectre électromagnétique provenant de l’espace et essaient de détecter les signaux par opposition au bruit aléatoire. L’équation de Drake est une célèbre proposition mathématique concernant les sciences telles que l’exobiologie, la futurobiologie, l’astrosociologie, ainsi que le projet SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence). Frank Drake même suggéré une équation  en 1961 afin de tenter d’estimer le nombre potentiel de civilisations extraterrestres dans notre galaxie avec qui nous pourrions entrer en contact: l’équation de DrakeLes résultats ne sont pas encore avérés.

Par contre, la détection des exoplanètes est désormais possible. En 1995, les suisses Michel Mayor et Didier Queloz ont été les premiers à détecter une planète extrasolaire autour de l’étoile Pégase 51. « Ils ont détecté son existence, déterminé sa masse et sa distance par rapport l’étoile. L’instrument qui leur a permis cette découverte, le spectrographe, même s’il est toujours placé au foyer d’un télescope optique, ne distingue pas les planètes, il les «sent». Dans les faits, il mesure d’infimes variations dans la lumière qui parvient des étoiles quand celles-ci subissent l’influence gravitationnelle des planètes qui orbitent autour d’elles. Cette méthode, dite des vitesses radiales, reste celle qui a capturé la très grande majorité des 300 objets connus à ce jour. » Depuis, plusieurs centaines de planètes ont été détectées. Avec la progression des moyens d’investigation, des millions de planètes seront probablement découvertes.

Pour le moment, seules les très grosses planètes, telles que Jupiter ou Saturne sont détectables, les techniques employées reposant sur l’attraction gravitationnelle que la planète exerce sur son étoile. Mais ces planètes sont a priori gazeuses et il est peu probable que la vie ait pu s’y développer. Avec les progrès récents, il sera possible de voir directement, et non plus indirectement les planètes, et d’analyser leur spectre pour connaître la composition de leur atmosphère. Par ailleurs, avec les techniques d’interférométrie, il sera possible de détecter des planètes telluriques du même type que la Terre ou Mars. Il sera même théoriquement possible d’avoir des preuves de la présence de la vie sur des exoplanètes, car celle-ci se manifeste par une modification de la composition chimique de l’atmosphère.

Une petite pause sur cette série d’articles concernant le réel, l’infiniment petit et l’infiniment grand va nous permettre de faire le point dans le prochain article avant de reprendre les réflexions sur le questionnement qui m’a a animé jusqu’à présent en partageant « ma lecture » du livre de jean staunenotre existence a-t-elle un sens?

 

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