L’Homme face au Cosmos

Nguyen Quang Rieu

Ancien Directeur de Recherche émérite au CNRS,
Observatoire de Paris

Lire ici la traduction vietnamienne

Vue panoramique du ciel observé dans l’infrarouge. La bande centrale blanchâtre
est la Voie Lactée entourée d’étoiles et de chapelets de galaxies (NASA).

Introduction

Depuis la nuit des temps, le ciel nocturne orné d’une bande blafarde scintillante d’étoiles a toujours émerveillé les hommes. Au gré de l’imagination des terriens, cet étrange tracé lumineux fut baptisé « Voie Lactée » par les uns ou « Fleuve d’Argent » par les autres. Durant des siècles, la voûte céleste tout en gardant son mystère, a offert par son côté féerique une source d’inspiration inépuisable à tant de poètes. Elle est aussi l’objet d’interrogations d’ordre philosophique et métaphysique, voire mystique. D’illustres astronomes et mathématiciens dans des temps anciens, comme Kepler au 16^ème siècle, pensaient que l’astrologie pouvait être considérée comme une science à l’instar de l’astronomie. L’apparition soudaine de comètes ou d’étoiles en phase d’explosion communément appelées supernovae, est suivie de près par les astrologues de tous les temps, car ces objets éphémères très brillants apparaissent comme des signes précurseurs de catastrophes naturelles.

L’intérêt que l’homme porte au Cosmos le pousse à trouver des explications rationnelles aux spectacles qui se déroulent dans le ciel. Dès le 16ème siècle, Copernic a constaté que la terre n’est pas le centre du monde, mais participe avec d’autres planètes à un ballet autour du soleil, rompant ainsi avec la conception géocentrique de l’époque. Les observations astronomiques ont débuté au 17ème siècle avec l’invention de la première lunette utilisée par Galilée pour explorer le système solaire. Les observations à l’aide de télescopes de plus en plus performants ont permis aux astronomes de scruter l’Univers lointain peuplé de galaxies et de remonter le temps presque jusqu’au Big Bang, connu comme l’évènement astronomique ayant créé l’Univers il y a près de 14 milliards d’années. Les plus récentes mesures par satellite donnent la valeur très précise de 13,82 milliards d’années. La théorie du Big Bang est pour l’instant adoptée par la quasi-totalité d’astrophysiciens, car elle est capable d’expliquer le plus grand nombre de phénomènes observés.

L’Univers primordial

L’Univers naissant infiniment petit, dense et chaud, se trouve dans l’état de « vide quantique ». Dans le monde microscopique, ce vide n’est qu’apparent car il est peuplé de particules virtuelles qui surgissent très brièvement et disparaissent aussitôt. Ces fluctuations du vide produisent une très grande densité d’énergie et génèrent une force de répulsion gigantesque. Ainsi, vers 10^-35 seconde après le Big Bang, l’Univers subit une expansion ultra rapide et soudaine. Ce phénomène, connu sous le nom « d’inflation », ne dure qu’environ 10^-3 seconde, mais fait gonfler brusquement l’Univers 10⁷⁸ fois en volume! A titre de comparaison, après l’ère inflationnaire, le volume de l’Univers n’a augmenté que d’un facteur 10⁹ durant les 13,82 milliards d’années qui représentent son âge à compter du Big Bang.

Pendant les premières centaines de milliers d’années, l’Univers primordial était si chaud que les électrons ont été arrachés des atomes. Dans cet environnement ionisé, les électrons circulent librement et diffusent la lumière, rendant l’Univers primordial opaque. Il faut attendre environ 400.000 ans après le Big Bang pour que la température décroisse jusqu’à 3000 degrés Kelvin. Les électrons peuvent alors se recombiner avec les ions et l’Univers devient transparent. C’est précisément cette image de l’Univers fraichement sorti de la période opaque qui est captée à l’heure actuelle sous forme d’un rayonnement microonde (radio) appelé « Fond Diffus Cosmologique ». Ce rayonnement initialement extrêmement chaud (10³² degrés K), a été entre temps fortement refroidi, suite à l’expansion de l’Univers. Sa température mesurée actuellement n’est que d’environ 2,7 Kelvin (~ -270 degrés Celsius).

Le rayonnement fossile du Big Bang

Le rayonnement cosmologique fossile du Big Bang est émis dans le domaine des microondes et fut détecté fortuitement en 1964 à l’aide d’un radiotélescope installé au sol. Il contient de précieux renseignements concernant l’Univers à sa naissance ainsi que son évolution. Depuis la découverte de ce rayonnement, plusieurs télescopes ont été lancés dans l’espace pour l’observer sur d’autres longueurs d’onde. Les observations par satellite ont, en effet, l’avantage de s’affranchir de l’atmosphère terrestre qui est un obstacle vis à vis des observations astronomiques, tout au moins dans la gamme des courtes longueurs d’onde. Le dernier des satellites dédié à l’étude du fond cosmologique, le satellite Planck, lancé en 2009 a montré des détails du fond cosmologique jamais révélés auparavant. Ce satellite est performant grâce à son pouvoir de résolution élevé et une technologie moderne en matière de cryogénie qui maintient les instruments de mesure à une température très proche du zéro degré absolu. Une température aussi basse est nécessaire pour réduire au minimum le bruit de fond des instruments et d’obtenir ainsi une grande sensibilité. Les données recueillies par le satellite Planck nécessitent un dépouillement minutieux de longue haleine. Les premiers résultats de Planck confirment ceux obtenus auparavant par d’autres satellites. Le fond cosmologique est homogène à grande échelle, mais présentent des écarts infimes en température, dus à la présence de grumeaux de matière qui sont les embryons des étoiles et des galaxies. Les caractéristiques des inhomogénéités du fond cosmologique permettent aux astrophysiciens d’établir un scénario sur l’évolution de l’Univers depuis sa naissance. Le satellite Planck révèle que l’Univers est âgé de 70 millions d’années de plus par rapport aux valeurs estimées à l’aide d’anciennes générations de satellites. Il a pu également mesurer avec une meilleure précision la composition des différents constituants de l’Univers. Il s’avère que l’Univers contient 68,3% d’énergie sombre et 26,8% de matière noire, toutes deux sont des entités invisibles et dont la nature est encore inconnue. La matière visible qui sert à former les étoiles, les galaxies, les planètes y compris les êtres humains sur terre, occupe à peine 5% du contenu total énergétique et matériel de l‘Univers. On pourrait donc considérer que notre Univers est quasiment invisible! L’énergie sombre sert à accélérer l’Univers dans son mouvement d’expansion éternelle. Quant à la matière noire, elle se manifeste par son champ de gravitation intense qui a pour effet de maintenir des galaxies en amas, de dévier la trajectoire de la lumière déformant ainsi les images des galaxies.

Multivers

Certains auteurs préconisent l’existence d’un multivers, une sorte d’univers quasi infini où notre Univers observable n’en occuperait qu’une partie. Les autres régions de cet immense espace seraient semblables à la nôtre avec les mêmes lois physiques. D’autres auteurs suggèrent que le multivers pourrait aussi consister en une multitude d’univers individuels dont le nôtre, chacun est régi par des lois physiques spécifiques et évolue différemment. Certains univers seraient « stériles », alors que d’autres pourraient engendrer la vie. Un processus inflationnaire fait gonfler démesurément les univers naissants pour aboutir à des espaces en perpétuelle expansion, flottant comme des bulles dans un bain moussant.

La théorie des cordes est à l’origine du concept du multivers. Les cordes cosmiques sont des entités plus minuscules que les particules subatomiques que sont les électrons et les quarks. Ce sont les différentes modes de vibration de ces cordes infinitésimales qui donnent naissance à des particules dotées de caractéristiques propres. Les cordes cosmiques se déplacent dans un espace-temps à plusieurs dimensions (au lieu de 4 seulement, 3 spatiales et 1 temporelle comme dans notre Univers). Les dimensions supplémentaires sont repliées sur elles mêmes, invisibles à nos échelles. Il est possible de créer dans cet espace surdimensionné, une multitude d’univers à 4 dimensions comme le Nôtre, chacun ayant sa propre identité. Certains de ces univers individuels sont compatibles avec les conditions qui permettent le développement des galaxies, des étoiles et de la vie intelligente. Notre Univers serait l’un de ces univers bulles au sein d’un méga univers. La notion de multivers reste néanmoins à l’heure actuelle dans le domaine spéculatif.

La vie dans l’Univers

Il existe dans notre Univers des centaines de milliards de galaxies et autant d’étoiles dans chacune de ces galaxies. Des planètes peuvent aussi graviter autour de chaque étoile, certaines pourraient avoir des conditions physiques susceptibles de favoriser l’apparition de la vie, voire la vie intelligente comme sur la planète terre. Le physicien Enrico Fermi, lors de sa visite au Centre Atomique Los Alamos (Etat de New Mexico, USA) dans les années 50, se posait en compagnie d’autres physiciens la question: puisque l’Univers a tant de planètes, il devrait y avoir des êtres super civilisés capables d’entrer déjà en contact avec nous et nous rendre visite. Mais où sont-ils donc? Cette anecdote est devenue depuis, le célèbre « paradoxe de Fermi ».

En 1977, la NASA a envoyé la sonde Voyager pour observer des planètes du système solaire, en particulier les deux géantes Jupiter et Saturne. Cette sonde est actuellement sur le point de quitter le système solaire pour errer dans l’immense espace galactique. Elle emmenait avec elle un disque enregistrant le chant des baleines, la musique rock’n’roll ainsi que le salut fraternel de l’humanité en plusieurs langues. Ce message a été conçu, probablement non sans humour, comme une bouteille jetée à la mer à l’intention d’extraterrestres susceptibles d’intercepter la sonde Voyager, dans un avenir plus ou moins lointain.

Seules les planètes qui sont moins chaudes et apparemment moins hostiles que les étoiles, pourraient abriter des êtres vivants. Leur découverte constitue un préalable à la recherche des habitants d’autres mondes. Jusqu’à présent, un millier de planètes ont été détectées dans notre Galaxie, mais la plupart d’entre elles sont des grosses planètes gazeuses inhabitables, tout au moins sous forme d’êtres vivants comme nous sur terre. Des recherches se poursuivent activement pour découvrir des planètes solides ressemblant plus ou moins à la planète terre, orbitant autour des étoiles dans des zones habitables compatibles avec le développement de la vie analogue à celle sur terre. Des tentatives de détection dans la Voie Lactée d’acides aminés qui sont les constituants des cellules vivantes ont été aussi entreprises, mais sont restées infructueuses. Parallèlement, des écoutes systématiques d’éventuels signaux radio en provenance de civilisations extraterrestres se poursuivent, mais sans résultats pour l’instant.

Un réglage extrêmement fin des conditions physiques

Les conditions physiques de l’Univers primordial sont réglées finement pour que son évolution aboutisse à l’Univers tel que nous l’observons actuellement. Si l’Univers primordial était complètement homogène sans fluctuations de densité à partir desquelles les étoiles et les galaxies sont formées et si l’expansion de l’Univers était tant soit peu plus rapide, l’Univers d’aujourd’hui serait complètement vide. Et si par exemple, la constante de structure fine qui régit la force électromagnétique assurant la stabilité des atomes et des molécules, prenait une valeur très légèrement différente, ni les atomes ni les molécules, ne pourraient se former. Les intensités des quatre forces fondamentales, à savoir les forces électromagnétique, gravitationnelle et nucléaires (forte et faible) doivent également prendre des valeurs précises et appropriées pour que l’Univers prenne l’aspect connu actuellement.

L’Univers n’a-t-il pas été créé avec une quelconque finalité ?

Certains astrophysiciens pensent que s’il existe des réglages extrêmement fins concernant les conditions physiques de départ, c’est que l’Univers primordial s’organise spécifiquement pour que la vie intelligente apparaisse ultérieurement. Selon eux, il serait impossible que le choix des conditions initiales soit le fruit du hasard. L’Univers serait créé exprès pour l’émergence de l’homme des milliards d’années plus tard. Cette prise de position s’est érigée en un principe connu sous le nom de « principe anthropique« et devient l’objet de vives discussions parmi des scientifiques. Il impliquerait l’existence d’un Être Suprême, le Créateur, et offre par ailleurs une vision anthropocentrique du monde. Le principe anthropique va ainsi à l’encontre des concepts de la révolution copernicienne, selon lesquels la terre n’est pas le centre du monde. Certains adeptes du principe anthropique dont le révérend George Coyne, astronome et membre de l’Académie Pontificale des Sciences du Vatican, pensent que le principe anthropique pourrait exercer une influence bénéfique dans la recherche en cosmologie en associant la théologie à la science. Des cosmologistes pensent, quant à eux, que les explications de nature anthropique ne seraient qu’un dernier recours, au cas où tous les arguments scientifiques en matière de cosmologie échoueraient.

Un courant du créationnisme, appelé « Dessein Intelligent », est assez répandu dans certains pays. Selon cette doctrine, l’ordonnancement et la beauté de l’Univers devraient résulter d’une cause intelligente et non d’un hasard. Elle s’appuie apparemment sur des théories astrophysiques, en particulier sur le principe anthropique en partie contesté, mais repose en fait sur des convictions théologiques. Elle s’oppose en particulier à la théorie darwinienne, selon laquelle l’évolution des espèces se fait par sélection naturelle, sans l’intervention d’un Créateur. Il arrive que le concept de Dessein Intelligent est enseigné dans des collèges en compétition avec la théorie darwinienne de l’évolution.

Les modèles cosmologiques décrivant l’origine et l’évolution de l’Univers résultent d’observations astronomiques et de théories physiques complexes. Certes, le fait qu’il existe un ajustement fin des conditions physiques de l’Univers primordial évoquerait l’intervention d’une entité qui pourrait bien être considérée comme un Créateur. L’existence de ce subtil réglage conviendrait aux idées des religions monothéistes comme le christianisme, le judaïsme et l’islam. A l’inverse, la notion de création ne correspond pas à la cosmogonie bouddhiste. Le bouddhisme considéré comme une religion sans Dieu, voire une philosophie, prône la sagesse pour atteindre l’éveil et rompre le cycle de réincarnation, source de souffrance perpétuelle. L’Univers dans le bouddhisme n’a ni commencement ni fin. Il serait plutôt en harmonie avec la théorie du multivers qui préconise l’existence des univers bulles éternels et immuables, sans passer par la phase dense et chaude du Big Bang.

Cependant, la foi religieuse relève de la conviction intime de chacun et ne nécessite pas une justification scientifique. La religion et la science poursuivent des itinéraires parallèles sans jamais se rencontrer.

N.Q.R