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    12/02/15 - Et si le Big Bang n?existait pas ? L?équation qui dit que l?univers n?a pas de commencement

    La relativité générale, l'une des théories scientifiques les plus édifiantes du XXème siècle, demeure confrontée à plusieurs limites. Parmi elles, le Big Bang, que les mathématiques n'arrivent toujours pas à apprécier. Et des chercheurs ont récemment trouvé comment rendre nos modèles cohérents : imaginer que l'univers a toujours existé.

    Atlantico : Deux équipes de chercheurs égyptiens ont récemment montré dans une publication (Physics Letters B) que la limite constituée par le Big Bang dans la relativité générale d'Einstein pouvait être dépassée grâce à une nouvelle équation quantique. En effet, pour certains scientifiques, les modèles mathématiques ne réussiraient pas à saisir le Big Bang en lui-même, mais uniquement les fractions de secondes qui ont suivi. Cette équation impliquerait également que le Big Bang ne soit pas l'origine de l'univers.

    En quoi consiste cette équation exactement ?


    Aurélien Barrau : Il faut d?abord préciser que le fait que le Big Bang ne soit plus l?origine de l?Univers mais qu?il puisse exister une phase en amont de celui-ci est loin d?être une idée nouvelle.

    C?est en effet une prédiction que l?on trouve dans pratiquement toutes les théories de gravitation quantique qui tentent de prolonger la relativité générale d'Eintsein. Et pour cause : au sens strict, le Big Bang est une "pathologie" mathématique, il correspond à une défaillance de la théorie classique. Dès lors que que le modèle est raffiné en tenant compte de la physique quantique, une des premières exigences consiste précisément à vérifier que le "problème" du Big Bang est résolu. Rien d?étonnant donc à ce que dans cette étude le Big Bang disparaisse, c?est un résultat attendu.

    Dans l?approche de la gravitation quantique à boucles, par exemple, une théorie mature qui jouit maintenant de 25 années de travail acharné, le scénario cosmologique est aujourd?hui assez clair et très largement étudié. Le Big Bang, là aussi, est remplacé par un Big Bounce, un grand rebond. Il y aurait donc une phase de contraction qui aurait précédé l?actuel phase d?expansion.

    Le travail auquel vous faites ici référence est une nouvelle pierre à cette édifice. Une autre approche, plus spéculative et plus incertaine, qui vient elle aussi remettre en cause l?idée de Big Bang. Il s?agit ici dans ce cas de se fonder sur une interprétation originale de la mécanique quantique, dite de Bohm, qui permet de calculer de nouvelles équations d?évolution de l?Univers.

    Si les chercheurs ont pu dire que le Big Bang n'était pas le point de départ de l'univers, imaginent-ils ce à quoi il pouvait ressembler avant ?

    Si le Big Bang, en tant qu?origine, disparait, il est en effet légitime de se poser la question de ce qui avait lieu "avant". Dans le cadre de la gravitation quantique à boucles, la réponse est donc claire pour ce qui concerne la dynamique de l?espace : il se contractait. Elle l?est nettement moins en ce qui concerne le contenu de l?espace : qu'y avait-il dans cette phase de condensation du Cosmos ? J?ai moi-même émis l?hypothèse que la constante cosmologique, un des termes des équations d?Einstein, puisse "remplir l?Univers" en rayonnant de la lumière à la manière des trous noirs.

    Dans ce travail, les auteurs sont relativement peu loquaces sur ces aspects puisqu?il s?agit d?un modèle encore tout jeune. Je ne vois aucune raison de penser qu?il y aurait ici aussi une phase de contraction. Il s?agirait plutôt de quelques chose d?assez analogue au Big Bang mais celui-ci serait "rejeté" dans un passé infiniment lointain.

    Si physiquement, l'idée d'un univers qui aurait toujours existé est une potentialité, celle-ci pourrait-elle remettre en cause le concept métaphysique selon lequelle tout à un début et une fin ?

    Il faut se méfier des idées reçues et des "préceptes". L?Histoire des sciences nous a enseigné la plus extrême modestie. Je pense que pratiquement toutes les évidences ont à un moment ou à un autre été déconstruites. Par exemple "rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" n?est plus exact au sens naïf : l?équivalence E=mc2 permet justement de créer des particules à partir du mouvement de ces dernières (mais l?énergie, en effet demeure constante). Ce qui est vrai en chimie ne l?est plus en physique des particules...

    Il est évident que l?abandon du Big Bang serait une révolution dans l?histoire des idées. Mais si celle-ci devait advenir ? ou ne pas advenir ? ce ne pourrait être qu?une conséquence des calculs et des observations, certainement pas sa capacité à demeurer en adéquation avec le sens commun. L'intuition s?ajuste aux découverte et non pas l?inverse ! Le monde est presque toujours surprenant, c?est sa beauté ...

    Finalement, est-il vraiment plausible d'imaginer que l'univers a été créé sans que rien ne lui préexiste ?

    Il me semble clair que l?idée d?un Big Bang "créateur" est beaucoup plus complexe d?un point de vue métaphysique que l?idée d?un Univers ayant existé de toute éternité. La transition du "non être" à l?être est extrêmement difficile à penser. De plus, elle s?accompagne comme nous l?évoquions de problèmes mathématiques sévères. En ce sens, en effet, un Univers "éternel" est certainement plus satisfaisant.

    Mais, une fois encore, il ne faut pas légiférer à priori : il faut étudier ce que nos modèles prédisent et en tirer les conséquences en demeurant toujours perméable au doute.

    Je pense, pour ma part que ce que le modèle du Big Bang décrit est essentiellement correct entre un milliardième de milliardième de milliardième de seconde et aujourd?hui. En amont de cet instant, tout reste à comprendre mais je parie que la "singularité" originelle disparaitra.

    Que reste-t-il à prouver pour renforcer cette théorie ?

    Presque tout ! A mon sens l?attrait principal de cette théorie est de tenter de rendre compte également de ce qu?on nomme "l?énergie noire", c?est à dire du fait que l?Univers actuel est non seulement en expansion mais qu?il est de plus en expansion accélérée. Cette accélération est assez mystérieuse. Il est intéressant que cette théorie, permettant ? comme la plupart des approches de ce style ? de se passer du Big Bang, permette aussi d?expliquer cette accélération. C?est à mes yeux le réel avantage de ce modèle.

    Mais il est encore très embryonnaire. L?essentiel, bien sûr, c?est de calculer des observables, comme nous le faisons depuis près de dix ans en gravitation quantique à boucles, pour essayer de prédire des conséquences observables et donc testables. C?est extrêmement difficile. Mais c?est une nécessité si les auteurs veulent espérer un jour convaincre...

    Source: www.atlantico.fr - Interview d'Aurélien Barrau


    05 et 09/01/15 - Big Bang, la théorie qui pourrait tout changer: ce ne serait pas l?origine de l?univers

    C'est une idée qui fait son bonhomme de chemin dans la communauté scientifique : le Big Bang ne serait pas le commencement de tout. Autrement dit, contrairement au modèle standard actuel il est possible que l'Univers ait existé de toute éternité.

    Atlantico : Une hypothèse agite actuellement la communauté scientifique : le Big Bang de serait pas à l'origine de l'univers. En quoi consiste cette découverte ?

    Aurélien Barrau : Il est sans doute prématuré de parler de découverte. C?est un modèle qui a suscité des centaines d?articles de recherche et beaucoup d?interventions à des conférences internationales. Nous n?avons à ce jour aucune certitude. Mais le fait est qu?un faisceau d?indices tend aujourd?hui à remettre en cause l?idée ou l?image d?un Big Bang en tant qu?instant originel de l?Univers. Il est en effet possible que ce que nous pensions être le "début" ne soit en réalité qu?un point de passage ou un goulet d?étranglement entre l?actuelle phase d?expansion de l?Univers et une phase de contraction qui l?aurait précédée.

    On parle alors de Big Bounce (grand rebond) à la place du Big Bang.

    Naturellement, il s?agirait d?une immense révolution puisqu?au lieu d?avoir une origine, comme le suggère le modèle usuel, notre univers réinvestirait l?éternité ! Il aurait alors toujours été là et ce que l?on croyait être le Big Bang ne serait qu?un état extraordinairement dense (autour de 10 93 g/cm 3) qui séparerait deux états distincts : celui de "tassement" et celui de "dilatation" de l?espace. Il deviendrait donc enfin possible d?évoquer l?avant Big Bang (ou plus exactement donc l?avant Big Bounce).

    Comment cette nouvelle théorie a-t-elle émergé ?

    A ce stade ce modèle est purement théorique. Mais il repose sur des approches fiables et sous contrôle de physique mathématique.

    En physique, nous avons deux grandes théories : la mécanique quantique, d?une part, qui décrit très bien l?infiniment petit, et la relativité générale, d?autre part, qui décrit très bien l?infiniment grand. Hélas ces deux approches sont extrêmement difficiles à concilier. Depuis près d?un siècle les plus grands esprits s?y emploient sans succès évident. Heureusement, la situation a changé il y a quelques décennies. De nouvelles pistes sont apparues, en particulier la "gravitation quantique à boucles". Celles ci permettent, en quelque sorte, de penser de l?autre coté du Big Bang.

    Ces modèles ? fondés sur une physique relativement bien connue et comprise ? font apparaître une structure granulaire de l?espace qui serait composée de petits "atomes", à l?instar de la matière elle même. Mais ces atomes d?espace évolueraient de façon quantique, c?est à dire en partie aléatoire !

    Quelle(s) théorie(s) remet-elle en cause ?

    C?est naturellement la relativité générale d?Einstein qui serait ici remise en cause. Mais il s?agit moins de la remplacer que de la prolonger. La gravitation quantique demeure fidèle à l?esprit de la relativité, elle tente simplement d?intégrer également les leçons de la physique de l?infiniment petit, c?est-à-dire de la physique quantique.

    L?avènement d?une telle théorie serait d?une immense portée, comparable aux révolutions que nous avons connues au début du vingtième siècle.

    Dans le domaine de la cosmologie, c?est donc tout l?histoire de l?univers très jeune qui se trouverait radicalement modifiée puisque le Big Bang ne serait plus qu?un "point de passage", rebaptisé Big Bounce. Contrairement au modèle standard actuel, l?Univers aurait donc existé de toute éternité.

    Mais les conséquences vont au-delà. Elles se déploient par exemple dans le domaine des trous noirs. Ceux-ci pourraient totalement changer de statut.

    Ils deviendraient en particulier des astres en rebond. En fait au sens strict, il n?y aurait plus des trous noirs.

    A quelles nouvelles recherches ce nouveau modèle ouvre-t-il la voie ?

    Le futur immédiat de ces avancées, c?est évidemment le lien avec l?observation. Des calculs, aussi élégants et subtils soient-ils, ne suffisent pas. Il faut des indices expérimentaux. Et je dirais que c?est la bonne nouvelle : bien que l?on parle ici de choses extraordinairement lointaines, il n?est plus exclu que des traces visibles demeurent !

    Par exemple en scrutant le rayonnement cosmologique fossile (celui-là même qu?observe le satellite européen Planck), nous espérons pouvoir dans les prochaines années trouver des vestiges des cette phase de contraction avant le grand rebond. Voire des restes de l?ère de gravitation quantique. C?est une perspective extrêmement excitante et novatrice. Les physiciens attendent ce moment depuis très longtemps?

    Y a-t-il des conséquences plus... philosophiques?

    Incontestablement la "naissance" de l?Univers ex-nihilo, telle que suggérée par le modèle standard, est plus que délicate à penser d?un point de vue métaphysique. Que, finalement, l?univers ait pu exister éternellement ? comme on le suggère ici ? est certainement un pas remarquable vers une plus grande cohérence. Il se pourrait même qu?en réalité l?image du monde devienne cyclique puisqu?il aurait pu y avoir plusieurs Big Bounce, en écho avec certaines cosmogonies anciennes.

    Au-delà, il s?agit ici du grand récit de nos origines. D?une science fondamentale qui ne cherche pas les applications ou les retombés économiques et se concentre sur les questions essentielles du savoir "pour le savoir". Espérons que celle-ci, comme la philosophie, les arts et la littérature ne soit pas totalement oubliée par notre société consumériste qui semble bien peu s?en soucier ?

    Source: www.atlantico.fr - Interview d'Aurélien Barrau

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