LE CHAOS EXTERIEUR (*)

L’image de l’univers donnée par la nouvelle astronomie

vendredi 22 juillet 2011

Selon l’astronome anglais Fred Hoyle [1] , c’est l’observation du ciel qui très probablement donna d’abord à l’homme les idées de nombre, d’ordre et de logique. Si la civilisation ne naquit qu’à la fin de la dernière ère glacière, alors que l’Homo sapiens existait déjà depuis plus de deux cents siècles, c’est peut-être, dit-il, que jusqu’alors un ciel toujours couvert de nuages l’avait empêché de contempler chaque nuit l’ordre stable des corps célestes.

Ce qui est sûr, c’est que jusqu’à notre temps, l’astronomie fut la science exacte par excellence. De Pythagore à Le Verrier, rien dans le spectacle des choses ne se livra avec plus de docilité au calcul des savants, que les apparences du ciel. Égalité des jours, horlogerie des planètes, lente révolution annuelle de la voûte céleste avec son zodiaque, précession des équinoxes, tout n’était que calcul et harmonie des sphères.

Science et spéculation

Puis vinrent les grands instruments, la photographie, la spectrographie, et enfin, la radioastronomie. Et depuis quinze ans surtout, la nature a perdu sa belle simplicité. Elle l’a perdue à jamais. Plus on avance dans la connaissance du ciel, et plus on s’y perd. Le triomphe de la science est aussi la révélation d’une complexité toujours plus grande défiant la science elle-même. L’astronomie moderne ressemble de plus en plus aux sciences naturelles, à la botanique, à la zoologie. Les astronomes le savaient, certes. Mais avec le livre monumental que vient de publier M. J.-C. Pecker, professeur au Collège de France, le public va pouvoir s’en rendre compte à son tour (a).

Le lecteur d’ouvrages plus anciens, publiés, disons, jusqu’en 1960, y reconnaîtra sans doute beaucoup de notions familières, quoique elles-mêmes bien changées. Les incertitudes se sont accrues d’autant plus que les faits devenaient mieux connus. De la formation des systèmes planétaires, par exemple, les auteurs soulignent que son étude est à la fois une science et une spéculation :

− Une science, car les théories reconnues sont en accord avec les observations et sont physiquement acceptables. Une spéculation, car il est difficile de remonter dans le temps avec certitude ; devant les extraits d’un film dont une grande partie a brûlé, on peut imaginer plusieurs reconstitutions qui sont aussi acceptables les unes que les autres. Il n’y a que la connaissance des autres films du même auteur qui permettra de penser que telle reconstitution est sans doute la bonne. En faisant des progrès dans la connaissance de l’univers, on se familiarise avec ses procédés.

Cette image d’un humour voulu évoque plus le travail de l’helléniste cherchant à reconstituer à travers les citations l’œuvre perdue d’un philosophe présocratique que celui d’un astronome du début du siècle. Elle permet de comprendre le caractère marquant de la « nouvelle astronomie » : en accumulant les faits nouveaux, elle a détruit toutes les conceptions simplistes qui nous cachaient l’infinie complexité du monde. En voici un exemple frappant. L’auteur expose la répartition des corps physiques dans l’espace céleste :

− La gravitation rassemble fortement les atomes en étoiles, plus lâchement les étoiles en galaxies, et les galaxies en amas, sans doute les amas en « nuages », et peut-être y a-t-il des groupements plus grands encore ; mais pour autant qu’on sache, aucun arrangement systématique et organisé ne se révèle à très grande échelle, et plus l’échelle est grande, moins la structure est forte, plus on s’approche de l’uniformité. L’hypothèse... d’une matière uniformément distribuée dans l’espace... est maintenant raisonnablement justifiée par les observations. [2]

Or, remarque l’auteur, cette uniformité observée est incompatible avec les postulats de la physique classique. Il faut, pour l’expliquer (ou du moins pour la rendre acceptable), faire appel à la physique relativiste. Mais cette physique suppose un espace-temps courbe, tel qu’au-delà d’une certaine distance, le même objet peut être vu simultanément aux antipodes de la sphère céleste. [3]. Elle suppose, en outre, que le temps du passé est, lui aussi, limité : il existe dans le passé un moment (que le calcul fixe à une dizaine de milliards d’années [4] ) au-delà duquel aucune espèce de théorie ni de spéculation ne permet de rien concevoir. On aurait appelé cela en d’autres temps la « création de l’univers ». Étrange création cependant, que l’on est obligé d’imaginer comme une prodigieuse explosion ! Que s’est-il passé avant cet instant initial ? se demande l’auteur.

− Peut-être ce que nous montre un film passé à l’envers : une contraction brutale.

Remarquons que si l’univers passe ainsi par des phases où la flèche du temps change de sens, premièrement, la théorie devrait aussi nous montrer dans l’avenir cette singularité qu’elle nous montre dans le passé, et deuxièmement, dans un futur lointain, nous devrions revivre un jour, mais à l’envers, de la vieillesse à l’enfance, notre vie actuelle ! La seule différence de ce rêve avec la science-fiction, c’est qu’on y est conduit tout droit par les théories actuellement admises pour expliquer les apparences observées (b). [5]

Roseau pensant et espaces infinis

Complication, immensité : telle est l’image que la nouvelle astronomie nous donne de l’univers. Page 299, le nombre des planètes habitables de notre galaxie est évalué à au moins un milliard [6] . Un milliard de terres dans une seule galaxie. Et, page 203, ceci :

− (Parfois) deux galaxies proches semblent se perturber, s’arrachant des lambeaux par un effet comparable à une marée gigantesque. Dans certains cas, elles sont si proches et déformées qu’elles donnent l’impression que l’une est expulsée par l’autre, ou qu’une galaxie mère se divise en deux galaxies filles, comme une amibe. On a aussi découvert des chapelets ou chaînes, où des galaxies s’alignent les unes à la suite des autres. S’agit-il d’élections successives ?

L’homme est perdu dans ce chaos. Mais d’en avoir pris conscience, n’est-ce rien ?

Aimé MICHEL

(a) La Nouvelle Astronomie (Hachette, 1973), par une équipe de 21 astronomes français et étrangers, sous la direction de Jean-Claude Pecker.

(b) Dans un précédent article, j’ai exposé une autre théorie, due précisément à M. Pecker, qui donnerait des faits actuellement connus une autre interprétation. Cette théorie est trop récente pour avoir recueilli jusqu’ici beaucoup de suffrages. [7]

(*) Chronique n° 173 parue dans France Catholique-Ecclesia − N° 1418 − 15 février 1974.

Les Notes de (1) à (7) sont de Jean-Pierre Rospars


[1Fred Hoyle (1915-2001) est l’un des astronomes les plus connus et les plus controversés du XXe siècle. Après la seconde guerre mondiale il se fit connaître à la fois des astronomes et d’un large public pour sa théorie de l’état stationnaire selon laquelle l’univers est uniforme dans le temps mais aussi dans l’espace, existe depuis un temps infini et continuera d’exister indéfiniment. Pour contrebalancer son expansion (loi de Hubble) il proposa une création continue d’hydrogène dans le cadre de la relativité générale.

Adversaire passionné de l’explosion primordiale, c’est lui qui, en 1951, forgea l’expression de Grand Boum pour se moquer de cette théorie « naïve et puérile, digne d’un enfant de 8 ans ». Il en résulta une de ces aigres controverses dont les scientifiques ont le secret. Après la découverte du fond diffus cosmologique en 1965, Hoyle ne s’avoua pas battu et continua de critiquer le Big Bang.

Sa contribution scientifique la plus durable porta sur l’origine des éléments chimiques. Dans les années 50 il montra comment l’hydrogène se transformait au cœur des étoiles pour donner naissance aux autres éléments par nucléosynthèse. Il prédit en particulier un état excité du carbone 12 d’après l’évolution des étoiles géantes rouges, prédiction qui fut confirmé par la suite. Son collaborateur dans cette recherche, William A. Fowler du Caltech, reçut seul le prix Nobel en 1983.

Les raisons pour lesquelles Hoyle ne fut pas récompensé demeurent un mystère. On peut supposer que sa défense de la panspermie ne fut pas étrangère à cette décision. Hoyle soutenait en effet que la vie était répandue à profusion dans l’univers et que les molécules primordiales de la vie pouvaient être transportées de monde en monde, y compris le virus de la grippe et des bactéries pathogènes. Il soutint même l’hypothèse qu’une intelligence cosmique supérieure (différente de Dieu) avait ensemencé la Terre. Le reste il l’écrivit sous forme de plusieurs romans de science-fiction. « Pour réaliser quoi que ce soit qui vaille en recherche, écrivit-il, il est nécessaire d’aller à l’encontre de ses propres collègues. Pour y parvenir avec succès, sans devenir un simple excentrique requiert un jugement sûr, en particulier sur des questions à long terme qui ne peuvent pas être résolues rapidement » (www.aip.org/history/cosmology/ideas/hoyle.htm). Sa parole et sa plume faciles, son humour et son enthousiasme le rendirent célèbre mais ne lui firent pas que des amis. On l’accusa de rechercher la polémique pour le plaisir. « Quand j’étais jeune, dit-il, les vieux me tenaient pour un jeune homme scandaleux (outrageous), et maintenant que je suis vieux les jeunes me considèrent comme un vieux bonhomme scandaleux ». Comme l’écrit Nicolas Witkowski : « En science, il est bon d’avoir de l’imagination ; mais point trop n’en faut. Et s’il est bon d’être connu, il l’est moins d’être populaire. » (http://www.larecherche.fr/content/recherche/article?id=12389).

[2Cette uniformité à grande échelle n’a pas été contredite depuis. Voici comment Gilles Cohen-Tannoudji et Michel Spiro la décrivent une douzaine d’années plus tard : « L’homogénéité et l’isotropie de l’univers sont des propriétés qui ne se manifestent qu’à très grande échelle et qui n’ont été découverts qu’au début [du XXe] siècle. Elles constituent les fondements de la cosmologie, le principe cosmologique. Nous savons que les étoiles sont groupées dans des galaxies. Nous faisons nous-mêmes partie d’une galaxie, la Voie lactée. A l’intérieur de notre galaxie, les étoiles ne paraissent pas distribuées de manière homogène et isotrope. Depuis notre système solaire, excentré, la direction du centre de la galaxie, la direction de la Voie lactée, est beaucoup plus lumineuse car peuplée de beaucoup plus d’étoiles que les autres directions. Ce n’est certainement pas à cette échelle que le milieu stellaire est homogène et isotrope. Les galaxies sont elles-mêmes groupées en amas puis en superamas. Ce sont ces superamas qui constituent les molécules de notre gaz univers. » (La Matière-Espace-Temps, Fayard, Paris, 1986, p. 311).

Aujourd’hui les astronomes fondent leur description de l’architecture d’ensemble de l’univers sur la mesure des distances d’environ un million de galaxies (à l’aide de leur décalage vers le rouge). Ils ont ainsi découvert un autre niveau d’organisation : « Les superamas de galaxies s’agglomèrent à leur tour en d’immenses structures en forme de crêpes aplaties, de filaments et de murs de galaxies qui s’étendent (…) sur des centaines de millions d’années-lumière, délimitant dans le cosmos d’énormes vides (…) où l’on pourrait parcourir des centaines de millions d’années-lumière sans rencontrer galaxie qui vive ! » (T. Xuan Thuan, Dictionnaire amoureux du Ciel et des Étoiles. Plon-Fayard, Paris, 2009, p. 922). Ces bulles vides sont immenses, d’une dimension de l’ordre de 100 mégaparsecs (soit 3000 fois le diamètre de notre galaxie), et on estime aujourd’hui qu’elles représentent plus de 90% du volume de l’univers.

[3Cette idée d’un rayon lumineux faisant le tour de l’univers a été systématisée par l’astrophysicien Jean-Pierre Luminet de l’Observatoire de Meudon. Dans un livre, L’Univers chiffonné (Fayard, Paris, 2001) qui est un modèle de divulgation scientifique profonde et claire, il s’interroge sur la forme d’ensemble de l’univers : est-il infini ou fini ? L’auteur expose avec élégance comment il est possible de concevoir un univers fini mais sans bord (il serait alors l’équivalent à trois dimensions de la surface d’une sphère qui est bien finie mais sans bord) et comment il peut être en expansion sans être dans un autre espace qui le contiendrait (il « ne peut gonfler dans quoi que ce soit, car il n’y a pas d’espace en dehors de lui-même », p. 193).

L’une des hypothèses qu’il explore est que, contrairement à ce qu’on imagine généralement, l’univers réel puisse être plus petit que l’univers visible ! Cela serait possible, par exemple, dans un univers qui serait l’équivalent en volume de la surface d’un tore (un anneau). On conçoit que dans un tel univers la lumière partie d’une galaxie pourrait faire une ou plusieurs fois le tour de l’univers (suivant un grand cercle dans le plan de l’anneau, ou un petit cercle selon une section perpendiculaire à l’anneau), repassant ainsi par son point de départ et donnant à l’observateur l’illusion d’une multiplicité de galaxies.

[4L’âge actuellement estimé est 13,7 milliards d’années, voir la chronique n° 133, La création à pile ou face (Est-on sûr que l’univers a eu un commencement ?), parue ici le 14.03.2011.

[5Depuis 1998 les cosmologistes s’accordent pour penser que la vitesse de récession des galaxies augmente avec le temps, autrement dit que l’expansion de l’univers tend à s’accélérer. Cette conclusion est fondée sur l’observation d’un certain type de supernovae dont la luminosité absolue est supposée connue, ce qui permet de connaître leur distance, et dont la vitesse d’éloignement est déduite de leur décalage vers le rouge. Pour l’instant cette accélération de l’expansion n’est pas encore comprise car aucune théorie solide n’en rend compte. Si on admet ce phénomène, on est conduit à penser que l’univers deviendra de plus en plus froid et de plus en plus vide. Cependant, même cette déduction est incertaine car il pourrait exister une forme d’énergie sombre, dite « énergie fantôme », dont la densité augmente avec le temps jusqu’à atteindre une valeur infinie en un temps fini. Ce modèle est dit de la « Grande déchirure » (Big Rip) car, à la fin, toute structure, de la galaxie à l’atome, se trouvera détruite. Inutile de dire que ces vues sont très spéculatives. Le lecteur intéressé pourra consulter avec profit le livre de Jean-Pierre Luminet, Le destin de l’univers : Trous noirs et énergie sombre, Fayard, 2006.

[6On considère qu’une planète possédant de l’eau liquide à sa surface sur une longue période de temps est « habitable ». Le nombre de planètes habitables dans la galaxie était encore un sujet de spéculations en 1974. Il l’est toujours aujourd’hui mais, depuis 1995 et la découverte de la première exoplanète par Michel Mayor et Didier Queloz (début juillet de cette année on en connaissait 565), c’est devenu un sujet de recherche très actif. On dispose donc maintenant de beaucoup plus de données fondées sur l’observation directe pour tenter de préciser ce nombre.

Suivons par exemple le raisonnement d’un jeune astronome, David Kipping (http://www.homepages.ucl.ac.uk/~ucapdki/index.html). On estime à 300 milliards le nombre d’étoiles dans notre Galaxie dont 90% sont dans la séquence principale, donc stables. Parmi ces dernières, 22,7% sont de type F, G ou K c’est-à-dire ni de durée de vie trop courte (moins d’un milliard d’années), ni de zone habitable (ZH) trop proche de l’étoile. Un tiers (30 ± 10%) des étoiles de type F, G et K ont des planètes massives détectables par les méthodes actuelles, on peut donc admettre que la moitié de ces étoiles ont des planètes rocheuses comme la Terre ou Mars, dont la taille est trop petite pour qu’on puisse actuellement les détecter, et que 10% d’entre elles sont dans la ZH (sur 330 exoplanètes connues, 30 sont dans la ZH). En admettant que seulement 5% des étoiles sont dans la zone habitable galactique (ZHG, une notion contestée par Nicolas Prantzos de l’Institut d’Astrophysique de Paris) on aboutit à un nombre de 50 millions de planètes habitables dans notre seule Galaxie. Ceci sans compter les lunes habitables, en orbite autour de planètes rocheuses ou non, dont il estime le nombre à environ 25 millions.

Jianpo Guo et coll. (Probability Distribution of Terrestrial Planets in Habitable Zones around Host Stars, Astrophysics & Space Science, vol. 323, n° 4, Octobre 2009, voir http://arxiv.org/abs/1003.1368), par des arguments moins faciles à résumer, aboutissent pour leur part à un nombre mille fois plus élevé. Comme on le voit les spécialistes ne s’accordent même pas encore sur l’ordre de grandeur — une centaine de millions (Kipping), un milliard (dans le livre de J.-C. Pecker cité par Aimé Michel), 50 milliards (Guo et coll.) − on n’a que l’embarras du choix !

Mais, bien entendu, habitable ne veut pas dire habité et encore moins habité par des êtres intelligents. A titre indicatif, en se fondant sur un modèle d’évolution biologique présentant cinq phases critiques successives dont chacune n’a que 10% de chance d’être franchie avec succès, Guo et coll. estiment à 4,3 milliards le nombre de planètes portant la vie, à 3,7 millions le nombre celles abritant une vie complexe et à 360 milles le nombre de celles ayant porté la vie jusqu’à l’intelligence. Selon le même calcul fondé sur l’estimation de Kipping, la Galaxie ne contiendrait que quelques centaines de planètes « intelligentes » mais cela suffit pour ouvrir de vertigineuses perspectives…

[7C’est la théorie de la « lumière fatiguée » dont il a déjà été question dans la chronique n° 133, La création à pile ou face, parue ici le 14 février 2010. Cette théorie n’a pas reçu beaucoup de suffrage depuis.

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