____L'Univers est-il ordre immuable ou n'est-il que chaos? L' humain est-il au centre de l'univers ? l'Univers est-il infini ?
Par http://www.777-mafia.com/us/home, vendredi 9 novembre 2012 à 14:49 :: ___Battlefiel IV - BLOODSLATTERS - Survival Of The Fittes - Everyday Gun Play - Street Life :: #4224 :: rss
Ha Ca réincarné Questions résolues Autre question »
L'Univers est-il ordre immuable ou n'est-il que chaos?
Voilà ce qui se passe (enfin se passait il y a des millions d'années, le temps que l'image nous parvienne) dans la constellation des antennes. Deux galaxies se sont rentré dedans. Au lieu de belles spirales lumineuses, ça donne une espèce de grande saucisse cosmique faite de gaz, de poussières, de millions et de millions d'étoiles avec leurs planètes... Yen a partout, dans tous les sens, c'est du propre...
Dieu oserait-il se soumettre à l'alcootest?
Tenez, l'image vaut le coup : http://sciences.blogs.liberation.fr/.a/6…
LA STRUCTURE DE L'UNIVERS
La partie de l'Univers accessible à l’œil nu est bien limitée puisque nous voyons à peine la galaxie d'Andromède, qui est pourtant notre proche voisine, alors que les milliards d'autres galaxies qui peuplent l'Univers ne sont observables qu'au travers de grands télescopes munis de détecteurs beaucoup plus sensibles que l'oeil.
Que nous ont appris les télescopes ?
Les galaxies sont réparties en groupes, ou amas, eux-mêmes regroupés en superamas. Cette structure en poupée gigogne semble d'ailleurs s'arrêter là. Tout récemment, on a découvert qu'il y avait de vastes zones de l'Univers vides de toute galaxie et on a trouvé de grandes structures filamentaires suivant lesquelles les galaxies étaient réparties comme une chaîne. Parfois, même, ces filaments semblent courir à la surface d'énormes bulles.
On s'oriente maintenant vers l'idée d'une structure en éponge à grande échelle suivant laquelle il y aurait effectivement de vastes zones vides de galaxies, avec une distribution continue de galaxies autour de ces espaces vides. Il ne s'agirait pas pour autant d'un gruyère car les zones vides, tout comme les zones pleines, auraient une continuité entre elles, exactement comme dans une éponge.
Simuler l'Univers (NASA)
L'Univers est-il immuable ?
A l'échelle humaine, on ne voit rien changer. Les galaxies dans le ciel ont la même disposition et, bien qu'elles tournent sur elles-mêmes à des vitesses de rotation de plusieurs centaines de kilomètres par seconde à leur périphérie, elles sont si grandes et si lointaines que cette rotation ne change pas leur aspect de manière significative pendant des millénaires. Seule la mesure directe de la vitesse permet donc de prendre conscience des mouvements dans les galaxies.
L'Univers lui-même n'a pas une structure figée mais, là encore, seules les mesures de vitesse permettent de s'en rendre compte. Mais comment peut-on mesurer ces vitesses ?
Comment mesurer les vitesses des astres ?
L'effet Doppler-Fizeau est bien connu en acoustique. Lorsqu'un véhicule vient vers nous en émettant un son à une certaine fréquence (véhicule actionnant un avertisseur sonore, par exemple), il va à la rencontre des ondes qu'il émet (et qu'on peut imaginer comme une série de vagues concentriques lorsque le véhicule est au repos). Le son nous paraît plus aigu qu'il n'est en réalité car, en raison du déplacement du véhicule, nous percevons des séries de vagues plus serrées qu'elles ne le sont à l'origine. A l'inverse, une fois que le véhicule est passé à côté de nous et s'éloigne, le son apparaît plus grave car le véhicule abandonne alors derrière lui les vagues sonores qui nous apparaissent ainsi plus étalées qu'elles ne le sont à l'origine.
Ce phénomène est identique pour la lumière qui est un phénomène vibratoire (à la différence près que les ondes lumineuses se propagent sans support, contrairement aux ondes acoustiques qui ont besoin de l'air pour se propager). Les ondes lumineuses émises par un astre s'approchant de nous vont donc nous apparaître avec une longueur d'onde plus courte qu'en réalité, ce qui correspond à un décalage des couleurs vers le bleu (les différentes couleurs correspondent à des longueurs d'ondes différentes des ondes lumineuses, du violet-bleu jusqu'au rouge dans l'ordre croissant de longueur d'onde). A l'inverse, un astre s'éloignant de nous nous apparaîtra avec un décalage vers le rouge. L'application de l'effet Doppler montre que vous pouvez ainsi, en toute bonne foi, voir un feu de signalisation vert alors qu'il est rouge pour peu que votre vitesse soit assez grande en arrivant au carrefour. Votre excès de vitesse devra être toutefois assez considérable puisqu'il vous faudra pour cela atteindre environ 100 000 km/s, c'est-à-dire un tiers de la vitesse de la lumière !
Toutefois, l'effet Doppler ne nous permet de mesurer que la vitesse radiale d'un astre, c'est-à-dire la vitesse suivant la ligne de visée. Il nous manque donc la composante de vitesse tangentielle, celle qui correspond au déplacement apparent de l'astre observé dans le ciel et reste donc impossible à mesurer pour les objets lointains (tout au moins à l'échelle humaine).
Il faut aussi préciser que les étoiles visibles dans le ciel et les galaxies voisines de la nôtre ont des vitesses trop faibles pour que l'effet Doppler provoque un décalage de couleur perceptible à l'oeil. Ainsi, les étoiles que nous voyons rouges ne sont pas en train de s'éloigner mais sont réellement de couleur rouge, de même que les étoiles bleues ne sont pas en train de se rapprocher mais sont réellement de couleur bleue. La mesure de leur décalage de couleur est très délicate et nécessite un appareillage spécial.
La mesure de l'effet Doppler se fait essentiellement à partir de spectres des astres observés. Un spectre est le résultat de la décomposition de la lumière d'un astre en ses différentes composantes et, donc, en ses différentes couleurs. La comparaison avec un spectre d'étalonnage d'un objet immobile permet de mesurer le déplacement relatif du spectre de l'astre observé. En général, on regarde le décalage des raies dans le spectre (les raies spectrales), chaque raie ayant une couleur caractéristique et correspondant à un élément constitutif de l'astre observé. Les appareils placés derrière les télescopes et permettant d'obtenir des spectres d'astres s'appellent des spectrographes.
D'autres techniques de mesure de l'effet Doppler sont également utilisées en astronomie, fondées notamment sur les interférences lumineuses, comme l'interféromètre de Pérot et Fabry inventé à Marseille au début du siècle et essayé la première fois en 1914 à l'Observatoire de Marseille pour mesurer les vitesses du gaz dans la nébuleuse d'Orion.
On peut noter d'autres applications de l'effet Doppler dans la vie courante, comme la mesure de la vitesse des véhicules par radar ou encore la mesure de la vitesse du sang dans les vaisseaux sanguins, ce qui permet de localiser des rétrécissements éventuels (pour conserver le débit, la vitesse du sang est alors localement plus élevée).
L' humain est-il au centre de l'univers ? (NASA)
Dans les années 1920 à 1930, l'astronome Hubble a constaté que toutes les galaxies avaient leurs spectres décalés vers le rouge et ce d'autant plus nettement qu'elles étaient plus lointaines; autrement dit, les galaxies s'éloignent de nous d'autant plus vite qu'elles sont plus lointaines. L'interprétation la plus simple, qui s'est d'ailleurs largement confirmée depuis, est que l'Univers est en expansion. L'Univers est né il y a 10 milliards à 15 milliards d'années dans une vaste "explosion", qu'on appelle souvent le Big-Bang (on devrait dire le Grand Boum en français), et les parties d'Univers qui ont été "éjectées" avec la vitesse la plus grande sont maintenant les plus lointaines. Cela explique bien pourquoi une galaxie a une vitesse de fuite d'autant plus grande qu'elle est plus éloignée.
Pourtant, un problème philosophique se posait. On croyait en avoir fini avec ce vieux principe d'anthropomorphisme qui veut que l'homme soit au centre de tout. On avait fini par comprendre que la Terre tournait autour du Soleil et non pas l'inverse, on avait ensuite vu que le Soleil lui-même était loin du centre galactique et qu'il lui tournait autour, mais voilà que, tout d'un coup, on se retrouvait au centre de l'explosion d'où l'on voyait fuir toutes les galaxies, au centre de l'Univers lui-même...
En fait, chaque galaxie voit toutes les autres s'éloigner et pourtant aucune n'est au centre. On peut, pour mieux comprendre cela, donner une image simplifiée mais parlante. Imaginons un Univers constitué par la surface d'un ballon de baudruche; sur sa surface sont placés des points représentant des galaxies (c'est donc un Univers à deux dimensions plongé dans notre Univers à trois dimensions). Si on gonfle ce ballon de baudruche, on voit tout de suite que les points s'éloignent tous les uns des autres sans pour autant qu'il y en ait un privilégié, chacun voit tous les autres s'éloigner de lui. Le point initial, quant à lui, ne fait même plus partie de l'Univers considéré, réduit ici à la surface du ballon. D'autre part, on a affaire à un Univers fini (son étendue n'est pas infinie, elle correspond à la surface du ballon) et sans borne (c'est-à-dire qu'on peut se promener partout, en faire tout le tour sans jamais rencontrer de mur ou d'obstacle sur son chemin). Eh bien, notre Univers est certainement comme cela, fini mais sans borne. Quant à imaginer réellement sa structure, c'est autre chose car, en extrapolant l'image précédente, il faudrait imaginer un Univers à trois dimensions qui se gonflerait dans un Univers à quatre dimensions... On peut décrire le phénomène mathématiquement par des équations mais se le représenter dans la tête est une autre paire de manches.
L'Univers est-il réellement tel qu'on le voit ?
Compte tenu de la vitesse finie de la lumière (300 000 km/s), les galaxies lointaines qu'on aperçoit ne sont déjà plus à l'endroit observé et, surtout, n'ont sûrement plus actuellement l'aspect qu'on leur voit. En effet, lorsqu'un objet est situé à des milliards d'années-lumière, cela veut dire qu'on reçoit aujourd'hui seulement la lumière émise il y a des milliards d'années. C'est une façon de remonter le temps, car plus on regarde des objets éloignés et plus on les voit jeunes, autrement dit, plus on se rapproche de la naissance de l'Univers. En regardant suffisamment loin dans l'Univers, on devrait donc pouvoir observer la lueur de l'explosion originelle!
Cette dernière reste malheureusement inaccessible car on ne peut pas remonter plus loin que le moment où la matière et le rayonnement, intimement mêlés au départ dans une boule opaque très dense et très énergétique, se sont physiquement séparés. La lumière a alors pu enfin s'échapper de la boule mais elle apparaît si décalée vers les courtes longueurs d'onde par l'effet Doppler dû à l'expansion qu'on la perçoit sous forme de rayonnement radio. On capte de tous les points de l'Univers le rayonnement caractéristique correspondant à cette séparation. C'est un rayonnement en ondes radio de très courte longueur d'onde, ultime témoin de la formation de l'Univers, découvert par Penzias et Wilson en 1964, ce qui leur a valu le prix Nobel de physique en 1978.
Ce rayonnement a été baptisé rayonnement cosmologique à 3 K (degrés Kelvin) car il est caractéristique d'un corps à cette température.
L'Univers était, en fait, beaucoup plus chaud (aux environs de 3 000 degrés) lors du découplage matière-rayonnement mais l'effet Doppler résultant de l'expansion a décalé le rayonnement correspondant des longueurs d'ondes visibles aux longueurs d'ondes radio.
Qu'est-ce qu'un quasar ?
Les galaxies les plus lointaines qu'on puisse observer sont vues, nous l'avons dit, alors qu'elles étaient relativement jeunes. Au-delà d'une certaine limite, on ne voit plus de galaxies (en grande partie d'ailleurs à cause du fait que le rayonnement qui nous parvient devient trop faible pour être détecté), mais des quasars. Ce nom vient du raccourci de l'anglais quasi stellar car, sur les images prises avec des grands télescopes, ces objets apparaissent comme des étoiles et non comme des galaxies. Rapidement, on s'est aperçu que ces objets n'étaient pas des étoiles mais des objets très lointains, plus lointains que les galaxies; et, surtout, compte tenu de leur éloignement, des objets intrinsèquement très brillants.
On pense actuellement qu'il s'agit de galaxies jeunes, ou peut-être même en formation, que nous voyons dans une phase d'activité importante, notamment au niveau de leur noyau.
L'Univers sera-t-il toujours en expansion ?
L'expansion de l'Univers se fait à la suite de l'impulsion originelle donnée par le Big-Bang, elle se perpétue donc sur la lancée. La force de gravitation due à la masse des milliards de galaxies constituant l'Univers va donc peut-être avoir raison un jour de cette expansion, du moins la ralentira-t-elle. S'il y a suffisamment de masse dans l'Univers, on pourra même avoir renversement de la tendance et contraction de l'Univers jusqu'à repasser par un point ultime de contraction qui pourra amener ensuite à un nouveau Big Bang. L'Univers aurait alors des cycles perpétuels d'expansion-contraction.
Pour l'instant, si l'on s'en tient à l'estimation de masse qu'on peut faire à partir de la matière visible dans l'Univers, il n'y a pas assez de masse pour ralentir l'expansion (on dit souvent pour "fermer" l'Univers). Celui-ci est donc "ouvert" et condamné à une expansion infinie. Tout se diluera donc progressivement et ce sera la mort lente par refroidissement généralisé.
Mais toutes les découvertes récentes amènent à découvrir de la masse qui était jusque-là sous des formes indétectables: on est donc constamment en train de réviser à la hausse la quantité de matière présente dans l'Univers. On est encore loin d'arriver à la valeur correspondant à la fermeture de l'Univers, mais rien ne dit qu'on n'y arrivera pas. Par exemple, il suffirait que le neutrino ait une masse, même très modeste, pour " fermer " l'Univers, tant les neutrinos sont nombreux. Mais, pour l'instant, on n'a pu donner que des limites supérieures à cette masse. La physique des particules apportera peut-être bientôt, grâce à l'étude de l'infiniment petit, la réponse à ce problème qui touche à l'infiniment grand.
En cas de fermeture de l'Univers, il faudrait s'attendre qu'un jour il se recontracte et que sa densité et sa température augmentent jusqu'à provoquer un nouveau Big-Bang. Ce serait alors la mort dans un enfer de feu et de flammes.
On voit qu'il n'y a aucun moyen d'y échapper, dans un cas comme dans l'autre. Mais, de toute façon, nous avons plusieurs dizaines de milliards d'années pour prendre toutes nos dispositions...
Et avant le Big-Bang ?
Y avait-il quelque chose avant le Le Big-Bang: Même si l'on admet l'hypothèse d'un Univers cyclique avec expansion-contraction, ce cycle a bien dû commencer un jour... On arrive là dans le domaine de la philosophie. Ce qui rassurera certains, c'est que Dieu a ainsi toujours sa place, même au milieu des théories scientifiques les plus évoluées...
Le satellite Hipparcos a catalogué plus de 100 000 étoiles : position, parallaxe, déplacement. Les mesures de parallaxe ont permis de mesurer les distances des étoiles jusqu'à 20 000 années lumière. Ces données ont conduit à réévaluer l'âge de l'univers désormais estimé entre 10 et 13 milliards d'années. Ces valeurs se rapprochent de celles prévues par les cosmologistes : entre 9 et 12 milliards d'années.
http://spt06.chez.tiscali.fr/home.htm
03/06/2005.
Propos recueillis par Élisa Brune
1 E. Gausmann et al., Classical and Quantum Gravity, 18, 1, 2001.
2 R. Lehoucq et al, A&A, 363, 1, 2000.
3 N.J. Cornish et al., Classical and Quantum Gravity, 15, 2657, 1998.
4 J.-P. Luminet, La Recherche, p. 511, avril 1983. ASTROPHYSIQUE Jean-Pierre Luminet : l'Univers est-il infini ?
Einstein voulait un Univers fini et statique. Sans régler la question du fini ou de l'infini, la théorie de l'expansion a apparemment mis fin au paradigme de l'Univers statique. Mais qu'en est-il réellement ? L'étude attentive des formes d'espace possibles permet de construire un modèle testable d'après lequel notre Univers est beaucoup plus petit que nous le pensons.
LA RECHERCHE : Vous vous intéressez aux caractéristiques globales de l'Univers : sa forme, sa taille, sa structure. Est-ce que ce sont des questions que l'on peut se poser scientifiquement ?
JEAN-PIERRE LUMINET : A l'heure actuelle, oui. Il est vrai que pendant longtemps ces sujets sont restés de l'ordre de la spéculation philosophique. Les observations scientifiques se bornaient plutôt à mesurer les distances et les grandeurs des objets qui peuplent l'Univers. Entreprise fascinante d'ailleurs, et ponctuée d'étonnants épisodes dont je raconte certains dans mes romans scientifiques. Mais ce n'est qu'à partir de la relativité générale, en 1917, que l'on peut légitimement parler de l'Univers entier en tant qu'objet de mesure. D'une part parce que la théorie de la relativité générale fait appel à des géométries non euclidiennes* pour décrire l'espace tel qu'il est façonné par la gravitation. Or, qui dit géométrie non euclidienne dit courbure, et qui dit courbure pose la question de la taille de l'Univers. D'autre part, on récolte depuis cette époque de nombreuses observations cosmologiques, comme la fuite apparente des galaxies et le rayonnement de fond*, qui traduisent des propriétés globales du Cosmos. Dès lors, beaucoup de cosmologistes font le pari de considérer l'Univers comme un objet d'étude à part entière.
Pour Einstein, l'Univers est courbé, mais pas n'importe comment. D'où tire-t-il les caractéristiques qu'il attribue à l'Univers ?
JEAN-PIERRE LUMINET : De considérations pratiques et esthétiques. Les équations de la relativité générale ne peuvent pas être résolues dans toute leur généralité. Il faut les simplifier en posant certaines hypothèses. Pour la cosmologie, les deux hypothèses les plus courantes sont l'homogénéité et l'isotropie. C'est-à-dire que la matière est en moyenne répartie de manière uniforme et qu'il n'y a pas de direction privilégiée dans l'Univers.
Ces deux hypothèses sont compatibles avec les observations disponibles (pour de très grandes échelles spatiales du moins) et elles simplifient considérablement les calculs. Mais il reste encore une infinité de solutions possibles. C'est là qu'intervient le sens pratique. Einstein voulait un Univers fini, parce que c'était la seule façon d'éviter les paradoxes que l'on rencontre dès que l'on introduit une valeur infinie dans les calculs. En outre, il avait aussi une vision esthétique, liée au voeu de relier la description du niveau local à celle du niveau global dans les sciences physiques. Un Univers infini aurait ruiné cette ambition, car l'infini est sans commune mesure avec le fini, et tout espoir de relier les deux niveaux aurait donc disparu. Autre hypothèse encore : Einstein considérait que l'Univers devait être statique, en vertu d'une esthétique plutôt culturelle celle-là, issue de la tradition philosophique aristotélicien- ne dans laquelle baignait l'Occident et qui voulait que l'Univers ait toujours existé tel qu'il est, immuable et éternel. Espace fini et Univers statique, telles sont donc les deux hypothèses qui ont conduit Einstein à sélectionner le modèle de l'hypersphère, c'est-à-dire une géométrie non euclidienne de courbure positive.
Qu'appelez-vous topologie cosmique ?
JEAN-PIERRE LUMINET : C'est l'étude des formes d'espace - des espèces d'espace, aurait dit Georges Perec - qui correspondent toutes à une même description locale. Je considère que la question de la géométrie se pose à quatre niveaux différents. De même que la surface de la mer paraît lisse vue d'avion, ondulée vue d'un paquebot et chaotique vue à la nage, l'espace physique se décrit comme courbé à grande échelle (celle de la relativité générale), euclidien à moyen- ne échelle (la nôtre) et probablement fluctuant à l'échelle microscopique (on n'a pas encore atteint une finesse suffisante pour en être sûr). Mais ce qui nous intéresse ici est une échelle encore plus élevée, celle de l'Univers tout entier. Eh bien, la structure décrite par une solution donnée des équations d'Einstein peut parfaitement s'insérer dans plusieurs modèles complètement différents au niveau de leur topologie. Tout comme la mer qui paraît lisse vue d'avion pourrait s'insérer indifféremment dans plusieurs contextes globaux qui ne modifient pas ses propriétés (piscine géante, mer fermée, océan, simulation...).
Précisons d'abord que l'hypersphère statique imaginée par Einstein en 1917 a fait long feu. La découverte de l'expansion de l'Univers a mis fin au paradigme de l'Univers statique. D'autres solutions aux équations d'Einstein, dynamiques celles-là, furent découvertes indépendamment par Alexandre Friedmann et par Georges Lemaître. Ceux-ci considèrent trois familles d'espaces : les espaces euclidiens (à courbure nulle), les espaces sphériques (à courbure positive) et les espaces hyperboliques (à courbure négative). Physiquement parlant, cette courbure dépend de la densité moyenne de matière dans l'Univers. En outre, ces espaces changent de taille au cours du temps : soit ils se dilatent perpétuellement (on parle d'Univers ouvert), soit ils se dilatent puis se contractent (on parle d'Univers fermé). Les observations actuelles tendent à prouver que la courbure n'est pas très grande (donc que l'espace est proche d'être euclidien, ou « plat » comme disent les Anglo-Saxons), et que l'expansion se poursuivra éternellement, en s'accélérant d'ailleurs au cours du temps. L'espace plat à expansion accélérée est en passe de devenir le modèle cosmologique « standard » !
Pourquoi parlez-vous d' « espaces euclidiens », au pluriel ?
JEAN-PIERRE LUMINET : Parce que, de tous les espaces tridimensionnels à courbure nulle, l'espace euclidien de notre vie quotidienne n'est que le plus simple. Il y en a beaucoup d'autres. Pour être précis, il y en a dix-huit en tout. Et chacun de ces espaces est compatible avec le modèle standard. En effet, une solution particulière des équations d'Einstein (par exemple le modèle plat) correspond à une métrique donnée, c'est-à-dire qu'elle fixe la définition des distances dans l'espace, mais beaucoup de topologies respectent cette métrique particulière. Ce qui nous trompe, c'est que nous envisageons toujours un espace monoconnexe, c'est-à-dire constitué d'un seul tenant, alors qu'il peut très bien présenter une structure cristallographique, apparemment compartimentée. Je m'explique.
Une topologie est définie par une forme de base et des opérations mathématiques qui décrivent comment on reproduit cette forme de base. Prenez un cube par exemple. Appliquez une opération mentale qui consiste à faire coïncider chaque carré de surface avec le carré opposé. Cela signifie que si vous vous déplacez dans le cube et que vous en sortez par un point, vous entrez à nouveau dans le même cube par la face opposée.
Bien que l'espace physique soit limité dans un volume égal à celui du cube, vous avez créé un espace mathématique fini et sans bord dans lequel vous pouvez voyager indéfiniment. Si vous changez la définition de l'opération mentale, par exemple en faisant coïncider deux faces contiguës, vous changez de topologie, vos trajets vont être modifiés, mais vous restez toujours dans la même métrique.
L'Univers pourrait-il avoir une structure répétitive?
JEAN-PIERRE LUMINET : Bien sûr ! C'est ce que j'appelle l'Univers chiffonné. Selon cette hypothèse, nous ne serions pas dans un Univers aussi grand que celui observé, mais dans une cellule plus petite à travers laquelle les rayons lumineux bouclent plusieurs fois, tout comme le voyageur dans le cube. Vous trouverez peut-être bizarre qu'une transformation mathématique apparemment arbitraire corresponde à une opération physiquement réalisable. C'est pourtant ce qui arrive très concrètement sur un cylindre, quand vous revenez à votre point de départ alors que vous avez marché toujours tout droit. Du point de vue de la métrique, le cylindre n'est pas différent du plan. Du point de vue de la topologie, en revanche, le cylindre et le plan n'ont rien à voir.
La topologie multiconnexe (c'est-à-dire qui répète une forme de base) de l'Univers n'est pas un jeu de l'esprit, mais une extension possible des propriétés connues et faciles à comprendre sur des surfaces. Reprenons le cylindre, et deux points placés à sa surface. Un rayon lumineux qui relie ces deux points peut emprunter une foule de chemins différents. Un chemin direct, un chemin qui fait un tour du cylindre, un chemin qui fait deux tours du cylindre, etc. De nouveau, on peut extrapoler à trois dimensions et comprendre que dans tous les signaux lumineux que nous recevons de l'espace, il y en a peut-être de nombreux qui proviennent de la même source et qui ont emprunté des chemins différents.
Votre Univers chiffonné fait penser à une galerie des glaces cosmique !
JEAN-PIERRE LUMINET : Exactement. Si vous entrez dans une pièce tapissée de miroirs sur ses six côtés, vous aurez l'illusion d'un espace infini dans toutes les directions. C'est peut-être ce qui nous arrive avec l'Univers. La seule différence, c'est que dans la galerie des glaces, le rayon lumineux est réfléchi par le miroir, tandis que dans l'Univers chiffonné, il traverse la « paroi » et vous revient par une direction quelconque, déterminée par la topologie des lieux. Cela impliquerait que chaque objet cosmique (chaque galaxie, par exemple) devrait nous apparaître en plusieurs exemplaires, un seul étant direct (selon le trajet lumineux le plus court), les autres étant des images fantômes observables dans différentes régions du ciel.
J'ai mentionné que si la courbure était nulle, on avait dix-huit topologies possibles. Chacune découle d'un choix sur la forme de base et sur le type d'opérations mathématiques qui la duplique. Mais dans le cas où la courbure serait positive - et cette hypothèse est favorisée par les récentes observations - il existe une infinité de topologies possibles, dont l'hypersphère chère à Einstein n'est que la plus simple. Avec mon équipe, nous avons récemment entrepris l'étude complète de ces espaces sphériques et nous avons montré que, compte tenu des contraintes observationnelles, il reste environ 3 000 topologies à courbure positive candidates pour décrire la structure globale de l'Univers 1.
Quel est l'intérêt fondamental d'un tel modèle, mis à part son aspect fascinant pour l'imagination ?
JEAN-PIERRE LUMINET : C'est qu'il aborde de front l'une des deux lacunes fondamentales de la relativité générale. Cette théorie, si puissante soit-elle, est d'abord incomplè- te dans le domaine des très petites échelles. Il faut y incorporer les préceptes de la physique quantique pour tenter de mettre au point une théorie de la gravitation quantique - tentative qui est en cours depuis quatre-vingts ans. Ce que l'on sait beaucoup moins, c'est que la relativité générale est incomplète également à l'échelle supérieure, puisqu'elle ne décrit pas toutes les propriétés de l'Univers. Comme on l'a vu, une seule métrique peut s'accommoder de toutes sortes de formes globales différentes. La topologie n'est pas incluse dans les équations d'Einstein. La raison profonde en est que les équations de la relativité générale sont des équations aux dérivées partielles, ce qui signifie précisément que l'on ne fait que décrire localement l'évolution des systèmes. Le rêve qui consiste à essayer de lier le local au global n'a jamais été concrétisé dans aucune théorie physique. C'est pourquoi je pense qu'il est incontournable de se poser la question du niveau global. Entendons-nous bien, il s'agit d'un saut d'échelle. Le modèle de l'Univers chiffonné ne remplace pas les modèles dits de Big Bang, il les englobe.
Et qu'en est-il des vérifications expérimentales ? Sont-elles possibles ?
JEAN-PIERRE LUMINET : Non seulement elles sont possibles, mais elles sont déjà en cours. Après des années de recherches purement théoriques, nous voyons enfin arriver le moment où il devient possible de détecter par l'observation ce qu'on appelle le signal topologique. Il faut d'abord savoir que la tentative d'identifier individuellement des objets cosmiques à travers leurs images fantômes n'est guère réaliste. Sans connaître la topologie au départ, il est impossible de reconnaître des images disséminées n'importe où, provenant d'époques différentes, d'orientations différentes - sauf si l'Univers est vraiment très petit, ce qui ne semble pas être le cas. Mais il existe deux autres voies d'approche, et elles sont statistiques. La première est baptisée la cristallographie cosmique et été développée dans mon équipe. Elle consiste à repérer des corrélations statistiques dans la distribution des objets célestes lointains. Si la topologie de l'Univers est multiconnexe, il doit y avoir une sorte de rythme dans la composition du ciel, des répétitions de structures analogues aux répétitions d'atomes observées dans les cristaux... sauf qu'il s'agirait d'un cristal spatio-temporel dont les unités lointaines sont des images déformées et anciennes des unités plus proches 2.
L'autre méthode a été initialement développée aux Etats-Unis 3 et est actuellement perfectionnée au sein de mon équipe. Elle se base sur des corrélations à repérer dans le fond diffus cosmologique, autrement dit dans les cartes détaillées des fluctuations de température du rayonnement fossile. Là aussi, on devrait voir apparaître des motifs caractéristiques, sous forme de paires de cercles, liés au fait que si l'Univers réel est plus petit que l'Univers observable, il présente nécessairement des duplications d'informations. Pour cette méthode de recherche, deux satellites vont être d'une importance capitale : le satellite américain Map, qui commence à être opérationnel, et le satellite européen Planck, qui sera lancé dans cinq ans.
Quel est l'accueil réservé à l'Univers chiffonné par la communauté des astrophysiciens ? Quand vous suggérez que l'Univers réel est plus petit que l'Univers observable, il s'agit d'un renversement de perspective qui pourrait en chiffonner plus d'un !
JEAN-PIERRE LUMINET : Oui, mais n'est-ce pas ainsi que doit fonctionner la science ? Certains sont enthousiastes, d'autres curieux, d'autres encore franchement critiques. En France, nous ne sommes qu'une poignée à travailler sur ce sujet, et je dois dire que nous avons beaucoup plus de succès auprès des mathématiciens et des physiciens qu'auprès des cosmologistes. C'est un phénomène probablement lié à certains blocages structurels dans la recherche française. A l'étranger, le domaine de la topologie cosmique est très bien accepté. Nous travaillons avec des Américains et des Brésiliens, et il y a une cinquantaine de chercheurs actifs dans le monde entier. Le domaine est actuellement en pleine expansion, comme le montrent le nombre croissant d'articles publiés chaque mois et l'éclatement en plusieurs spécialités. Les mathématiciens sont particulièrement séduits par notre approche et certains se disent prêts à se lancer dans la cosmologie qui, avant cela, les intéressait peu. C'est donc paradoxalement quand les cosmologistes nous trouvent trop imaginatifs que les mathématiciens commencent à nous trouver sérieux. Mais je ne m'inquiète pas trop. Il faut laisser le temps aux idées de faire leur chemin, et surtout aux moyens techniques d'apporter des réponses concrètes. Quand j'ai théorisé les « crêpes stellaires » il y a une quinzaine d'année, c'est-à-dire les déformations soudaines des étoiles sur le point d'être englouties par un trou noir, il n'existait aucun moyen de vérification expérimentale 1. Ce n'est qu'aujourd'hui que des confirmations sont apportées par les observations. De la même façon, les mirages gravitationnels ont fait sourire au début et sont maintenant universellement acceptés. Ces mirages engendrent des illusions d'optique, des déformations du réel, provoquées par la présence d'une masse sur le trajet des rayons lumineux, mais qui restent locales, c'est-à-dire limitées à un objet cosmique. L'Univers chiffonné, lui, est un mirage global, à l'échelle de l'Univers tout entier. C'est bien normal qu'il surprenne un peu !
Propos recueillis par Elisa Brune
http://www.larecherche.fr/content/actualite/article?id=5949
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