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Chapitre
IV : Les monde des étoiles ***** |
table des matières de la page :
2. Les constantes à l'échelle de Planck
4. Quelle est la topologie de l’Univers ?
5. La théorie des univers multiples
10. Modèle inflationnaire de
l’univers
____________________________________________________
1. Introduction
Comme nous
l’avons vu, la physique quantique fut développée pour décrire des phénomènes à
l'échelle atomique qui restaient hors de portée de la physique conventionnelle.
Cette branche exotique de la physique s'est alliée les cosmologistes qui
tentent de comprendre ce qui s’est produit durant les premiers instants de la
Création, lorsque l'Univers était si petit, si dense et si chaud, que la
gravité et les effets quantiques qui habituellement appartiennent à des mondes
séparés étaient profondément imbriqués. Même les théories de Grande Unification
des champs s'arrêtent net dans cette voie, à 10-43 secondes du Big Bang. Certains physiciens
et mathématiciens tentent malgré tout de l'éclairer en développant une théorie
quantique de la gravitation, également appelée "supergravité",
unissant toutes les forces de la nature dans une "supersymétrie"
ébauche de la théorie "de Tout". Ces discussions ont un relent de
science-fiction et confondent les plus abstraits logiciens. Il est vrai que les
phénomènes qu'elle étudie sont loin de nos observations ordinaires, rendant
leur compréhension très ardue pour ne pas dire réservée à quelques rares
physiciens initiés. Mais une idée est sous-jacente : expliquer les
observations.
2. Les constantes à l'échelle de Planck
Nous avons
vu que la précision des mesures des objets dépend du principe d'indétermination
de Heisenberg. Cette précision joue tant sur les mesures du temps que sur la
trajectoire des particules ou la densité de l'Univers.
Ainsi la
précision de la mesure des longueurs est donnée par : 
2.10-33 cm, c'est la longueur de Planck.
La
précision sur la mesure du temps est égale à : 
9.10-42sec., c'est le temps de Planck.s
La
précision sur la densité totale est égale à : 
1094g/cm3, c'est la densité de Planck.
La
précision sur la masse est égale à : 
2,17.10-5g = 1,22.1019 GeV/c², c'est la masse de Planck.
La
précision sur la température est égale à : 
1,42.1032 K, c'est la température
de Planck.
Avec h
la constante de Planck (h/2p, le quantum d'action),
G la constante de la gravitation et c la vitesse de la lumière.
Ces
valeurs sont des constantes dans l'état actuel des connaissances. Cela a pour conséquence
d'empêcher toute mesure en-deçà de l'échelle de Planck. Si l'on ne peut placer
un phénomène dans le temps où évaluer sa position à un instant donné, nos lois
physiques n'ont plus de sens. Les concepts d'espace et de temps n'ont alors de
valeur qu'au-delà de cette période.[1]
Partant de
cette idée, Hawking et Penrose ont posé le fait qu'il était impossible
d'appréhender l'évolution cosmique avant l'échelle de Planck. Plus récemment
Hawking a tenté de trouver une solution non analytique à ce problème. Puisque
le temps ne peut plus être mesuré l'échelle de Planck, la notion d'espace-temps
n'a plus de sens. Einstein alla dans ce sens lorsqu'il disait "L'espace
et le temps sont des modalités de notre pensée; ce ne sont pas les conditions
de notre vie". Si l'Univers avait une dimension à cette époque,
Hawking considère qu'il faut trouver une fonction d'onde stationnaire pour
l'Univers, c'est-à-dire un vecteur d'état qui ne fasse pas référence au temps.
Ce serait la seule possibilité de décrire ce système. La notion d'espace doit
donc naître d'un environnement intemporel, dans lequel il n'existe pas encore
d'Univers. Mais quelle est donc la fonction d'onde de cet état fondamental ?
Les conditions dans lesquelles l'Univers s'est matérialisé doivent être fixées
par rapport à un environnement et posées chronologiquement dans le temps. Si
l'on ne peut poser de telles conditions, comment déterminer l'état de l'Univers
à l'origine ? Si au-delà de l'Univers il n'existe rien, l'Univers n'a pas de
limite. Nous avons vu à propos des théories de symétrie que mathématiquement il
s'agit d'un domaine sans limite. Ceci permet de calculer sous quelles
conditions il n'y a pas de limites aux limites d'un tel système. Si l'on peut
déterminer ces conditions, nous pouvons calculer la fonction d'onde de
l'Univers avant le temps de Planck. Si cette solution permet en théorie de
comprendre l'entièreté du phénomène du Big Bang, sa formulation reste très
complexe. De même que sa démonstration qui demandera une confirmation
expérimentale. Mais quel outil permettra d'atteindre les énergies du début de
l'Univers ?...
3. Les instabilités du vide
L'Univers
actuel représente-t-il bien l'Univers avec un grand "U", dans toute
sa globalité ? Si le principe cosmologique - homogénéité et isotropie - est une
bonne hypothèse de travail pour comprendre l'évolution de l'Univers, on peut
alors considérer que sa densité moyenne est uniforme. Aujourd'hui l'Univers est
constitué de galaxies qui sont regroupées en amas et superamas, entourées
d'énormes vides intergalactiques ainsi que nos l’on démontré les images de la
distribution des galaxies réalisées par P.Peebles ou M.Geller et leurs
collègues. Ces galaxies se sont formées à partir de l'énergie pure, lorsque
toutes les particules qui composaient
l'Univers se trouvaient sous forme de photons g. Sous l'effet de la gravitation,
certaines régions de l'Univers ont progressivement quitté leur état
"stable". Les variations de densité observées dans certaines régions
ont conduit les astronomes à étudier l'origine de ces fluctuations.
En 1970 le
physicien américain Edward Tryon de l’Université de New York s'était déjà
demandé si à l'origine, les innombrables particules virtuelles du vide
quantique n'avaient pas pu donner naissance à l'Univers... L'énergie totale de
l'Univers actuel équilibre approximativement son potentiel gravitationnel, sa
densité est proche de l'unité. Nous pouvons donc dire que l'énergie nette de
l'Univers est nulle. Dans ces conditions pensa Tryon, dans un Univers fermé une
fluctuation quantique du vide peut déclencher un Big Bang sans violer la loi de
la conservation de l'énergie. A l'époque sa réflexion déclencha la risée de ses
coéquipiers.
Pourtant
Tryon ne plaisantait pas.
4. Quelle est la topologie de l’Univers ?
En bulles en forme de tores en
mille-feuilles
Solution
: Sa forme dépend de sa quantité de matière et de l’influence des interactions
fondamentales.
La loi de
conservation de l'énergie stipule que dans un système isolé, rien ne se perd
rien ne se crée. Mais les relations d'incertitudes de Heisenberg stipulent que
si l'énergie DE est "empruntée" au vide, elle
doit la restituer au bout d'un temps Dt tel que DE. Dt 
h. Plus la quantité
d'énergie est généreuse, plus rapide sera sa restitution au vide. Ainsi, en
libérant au moins 1,022 MeV au travers des rayons g, pendant une fraction de secondes on peut
matérialiser une paire d'électron-positron. Les particules plus massives
demandent encore plus d'énergie et sont d'autant plus éphémères. C'est la
raison pour laquelle le photon, sans masse de repos se propage à l'infini.
C'est
alors qu’Alan Guth eut l'idée géniale d'inventer l'inflation qui seule pouvait
expliquer la densité actuelle de l'Univers, le fait que la courbure de
l'Univers soit absolument nulle, sa densité valant 1. Dix ans plus tard, nous
avons vu comment la théorie de Guth acquis ces lettres de noblesses. Mais
certains physiciens, tels le soviétique A.Linde ou l'anglais S.Hawking
proposaient dès 1980 des modèles où, pour des raisons de cohérence, l'Univers
était composé de champs d’énergie scalaires et non plus isotropes, se
rapprochant de l'idée exprimée par le français J-P.Vigier ou G.Ellis. A leurs
yeux il était indispensable de travailler avec un modèle le plus proche
possible de la réalité. Car il est un fait que le modèle inflationnaire a été
proposé 2 pour résoudre le
problème de l’homogénéité et de l'isotropie de l'Univers. A quoi bon
disent-ils, travailler avec un modèle isotrope pour démontrer ce que l'on sait
déjà !
Ainsi que
nous l'avons vu, suivant l'idée de Tryon, Hawking postula que même le vide
pouvait fluctuer sur base du principe d'indétermination ; le vide est instable
dit-il, continuellement des couples virtuels de quarks-antiquarks apparaissent,
vivent environ 10-24 secondes et s'annihilent instantanément. Il conclut par une boutade :
"l'Univers s'est formé à partir de rien parce que rien est instable".
Cette
théorie qui donne des fluctuations quantiques au vide permet aussi les
hypothèses les plus audacieuses. L'une d'elle affirme que notre univers n'est
peut-être pas unique : ainsi que nous l’avons entrevu au travers des mécanismes
de Higgs, si notre univers est né d'une fluctuation quantique, d'autres
fluctuations locales de l'intensité du champ ont pu donner naissance à d'autres
univers qui se présenteraient comme des appendices du grand Univers ou des
bulles-univers indépendantes. Cet Univers avec un grand "U" serait
rempli de bulles, où chacune ignorait la présence des autres bulles-univers.
Chaque habitant d’une bulle pourrait connaître ses origines en regardant
derrière lui jusqu'à son Big Bang. Chacun penserait habiter le seul Univers surgi
du néant, alors qu’il s’agit d’une bulle locale qui s'est reproduite, générant
à son tour un deuxième Big Bang. Compte tenu du confinement de la matière,
selon Linde l'énergie des trous noirs est telle que le champ est soumis à des
fluctuations qui relancent l'inflation et créent de nouvelles bulles-univers.
Le grand Univers serait un véritable gruyère sidéral, les trous noirs et les
trous de ver servant de liaison avec les autres univers. Si l'expansion d'une
bulle cesse et commence à se contracter, elle redevient un trou noir qui
donnera naissance à une autre bulle-univers en perdant la "mémoire"
de son origine. Voilà de beaux efforts d’imagination, mais il ne s’agit encore
que de spéculations.
5. La théorie des univers multiples
En 1600,
âgé de 52 ans, Giordano Bruno mourût sur le bûcher pour avoir prétendu, parmi
d'autres "hérésies", que les mondes étaient multiples. Les idées
qu'il a véhiculées, comme celles démontrées près de quatre siècles après lui
par Hawking restent délicates à saisir. De nos jours, s'il s'avère que la
densité de l'Univers est proche de la valeur critique, selon Hawking la
probabilité que l'Univers soit juste à la limite d'être ouvert ou fermé est
nulle. Car seul un choix parmi une infinité de valeurs permettrait de trouver
une densité et une vitesse d'expansion exactes qui confirment ce fait.
Comme nous
le verrons dans la théorie du Big Bang, il résout donc ce problème en affirmant
qu'il existait un nombre infini de conditions initiales et un nombre infini
d'univers. Mais ici Hawking soulève un paradoxe. Comment une situation unique
peut-elle conduire à énoncer une loi d'unification ? Une seule expérience ne
peut aboutir à formuler une loi. Les physiciens ne peuvent donc pas expliquer
l'Univers. Linde le confirme quand il dit "L'Univers est, point ".
Les
concepts invérifiables comme les univers multiples, adaptés en droite ligne des
concepts quantiques, semblent passionner les physiciens. En 1957, dans sa thèse
de doctorat Hugh Everett III, qui fut plus tard expert en armement auprès du
Pentagone, s'étonna que l'électron semblait suivre plusieurs trajectoires
simultanément, alors qu'une seule ne pouvait être localisée par le physicien,
c’est le paradoxe EPR.
Opposé aux
idées de von Neumann, mais impuissant devant l'élimination arbitraire des trajectoires
alternatives, Everett proposait que l'électron suivait chaque trajectoire dans
d'autres univers. En étendant le concept de Everett à tout l'Univers, Hartle et
Gell-Mann expliquent qu'immédiatement après le Big Bang, l'Univers était si
petit qu'il pouvait être considéré comme une particule subatomique
"face" à différentes trajectoires. Ces trajectoires seraient en fait
des chemins "potentiels" plutôt que des réalités.
On arrive
ainsi à démontrer que même si l'Univers a suivi plusieurs voies dans le passé,
il n'existe aujourd'hui qu'un seul Univers, issu de la voie la plus probable.
La théorie
de Everett, bien que reprise dans tous les manuels de mécanique quantique est plus
anecdotique que vraiment réaliste. Il faut en fait la considérer comme une
analogie sur le plan des probabilités. Néanmoins, nos connaissances actuelles
des lois de la nature ne permettent pas de l'écarter sur le plan “rationnel”.
Certains théoriciens sous-entendent donc que ce problème peut-être élucidé.
D'autres, plus cartésiens le considère comme absurde et vain. Si l'occurrence
d'un événement ne peut-être prouvée, à quoi bon l'étudier. C'est un thème que
l'on retrouve partout en science et qui porte ses griefs sur toutes les
découvertes dites "intuitives".
Nous en
reparlerons dans un autre livre, à propos du but de la science.
6. Les trous de ver
Après avoir théorisé l'existence des trous
noirs, Einstein et un
autre physicien Nathan Rosen
suggérèrent que le puits gravitationnel de certains d'entre eux puisse s'ouvrir
sur un autre puits symétrique appelé par opposition "fontaine blanche". Ce passage
est nommé "trou
de ver" ou aussi "pont
Einstein-Rosen-Podolski" (communé-ment appelé "Pont
Einstein-Rosen"). Toute matière tombant dans ce dernier serait expulsée en
un autre point de l'espace... et du temps, par la "fontaine de
lumière", jaillissement gravitationnel très énergétique.
On voit tout de suite l'intérêt de tels
objets en matière de déplacement dans l'espace. Etant donné que les 2
extrémités du trou de ver peuvent être 2 points très éloignés dans l'univers,
passer à travers le trou de ver permettrait de voyager plus vite que la
lumière! En effet, si on représente les 2 points antipodaux sur la surface
d'une pomme, la lumière suivra une trajectoire géodésique (distance la plus courte
entre 2 points dans un espace non-euclidien, c'est à dire un espace courbe
comme notre espace-temps) qui suit la surface de la pomme. En creusant un trou
(de ver!) on parcours un chemin moins long que celui qu'a empruntée la lumière
et le tour et joué. Sur des distances de l'ordre de grandeur de notre univers
le gain peut apparaître encore plus évident.
Il reste quand même un petit problème ou
deux. D’abord, des études récentes ont montré que les solutions des équations
d’Einstein qui permettent de supposer l’existence de trous noirs avec à l’autre
bout du pont des trous blancs sont extrêmement instables. En d’autres termes,
la moindre perturbation entraînerait la fermeture de ces passages, écrasant
ainsi irrémédiablement le vaisseau et ses occupants. D’autre part, si quelque
chose arriverait a à passer à travers un TN, il n’y aurait conservation de
l’énergie de cet objet, soit donc que rien ne garantit que la forme et la
consistance même du vaisseau soient gardées : il pourrait très bien
ressortir sous forme de rayonnement gamma ou du petit Robert, ce qui est quand
même assez problématique pour les êtres humains qui seraient dedans ! De
plus, le passage ne se fait pas dans le monde à nous, le monde réel…mais dans
le monde imaginaire, un peu comme les complexes et les réels en mathématiques,
et personne ne sait encore dire à quoi ressemblerait un être humain
"imaginaire".
7. Le voyage dans le temps
Il existe d'autres moyens d'utiliser les
trous de ver, mais cette fois le voyage et d'une autre nature... En manipulant
les équations de la relativité, certains scientifiques comme Kurt Godel réussirent à montrer que les
trous de ver pouvaient engendrer des boucles temporelles.
Si l'entrée d'un "trou de ver"
(le trou noir) est immobile par rapport à nous et si la sortie (la
"fontaine de lumière") se déplace à une vitesse proche de celle de la
lumière le phénomène de dilatation du temps prévu par Einstein aura une conséquence étonnante: le temps s'écoulera
différemment à l'entrée et à la sortie du tunnel. Si on suppose que la fontaine
blanche se déplace à 99,99% de la vitesse de la lumière, lorsque 48 heures
auront passé à l'entrée, il ne se sera écoulé que 28 minutes à la sortie. Un
voyageur pénétrant dans le tunnel 48 heures après sa création fera alors un
voyage dans le temps de 47h32mn! Ainsi une maîtrise de la construction des
trous de ver permettrait de choisir le moment de sortie dans le passé.
Avant d'entrer dans le
détail des paradoxes mis en lumière par le voyage dans le temps, il est
intéressant de se pencher sur une question redoutable:
- Pourquoi
nos descendants maîtrisant sûrement cette technologie ne nous rendent-ils
pas visite?
La réponse est plus simple qu'il n'y parait. La
boucle temporelle doit être créée avant de pouvoir être utilisée. Si un génial
inventeur crée un "trou de ver" le 1 janvier 2000, l'entrée et la
sortie commenceront leur existence à ce moment la. L'entrée évoluera
normalement et la sortie sera figée dans le temps pour peu qu'on lui communique
la vitesse de la lumière. L’inventeur ne pourra donc jamais revenir avant la
date de création.
Viens maintenant le moment de trouver une réponse
aux deux paradoxes très célèbres énoncés ci-dessous qui interdisent logiquement
toutes possibilités de voyage dans le temps.
- Premier paradoxe: "Paradoxe du
grand-père"
Il serait fort possible que
notre inventeur voie débarquer son petit-fils quelques secondes après avoir
crée le tunnel. Ce dernier infâme psychopathe tue notre inventeur, donc son
grand-père qui n'a pas encore de fils. Par cet acte notre psychopathe s'empêche
donc de naître, des lors comment pourrait il tuer son aïeul!
- Deuxième paradoxe: "Paradoxe de
l'écrivain"
Si à la place de tuer son grand-père,
notre arrivant du futur donne à notre inventeur un livre qui le fera devenir
célèbre. L'homme n'ayant jamais rien écrit deviendra donc célèbre simplement en
recopiant ce livre. Il n'aura donc jamais été crée mais juste recopié!
- Troisième
paradoxe : "Paradoxe des jumeaux"
Ce
célèbre paradoxe illustre que le temps ne passe pas de la même façon quoi que nous fassions : si on a deux
jumeaux et que l’un reste sur la terre tandis que l’autre embarque à bord d’un
vaisseau spatial, quand ce dernier sera revenu, il n’aura vieilli que de
quelques années tandis que son frère sédentaire sera de venu un vieillard.
Conclusion: Accepter la
possibilité de tels voyages revient à nier les principes de causalités et de
cohérence logique. En quelques mots ou bien la physique élucide ces paradoxes
ou bien il nous faut renoncer aux voyages dans le passé.
Pour répondre à
ces paradoxes de nombreux scientifiques utilisant les propriétés propres à la
mécanique quantique admettent l'existence d'univers parallèles.
Il est alors
autorisé de penser que le voyage dans le temps se fasse dans un monde
parallèle. On peut dès lors résoudre les paradoxes. Le petit fils remontant le temps
se retrouve face a son grand père qui vit dans un univers qui n'est pas le
sien. Il se prive donc de naître dans cet univers mais pas dans le sien. De
même pour le livre, il aura été copié dans un univers et crée dans l'autre,
l'acte de création aura au moins eu lieu dans un univers.
Pour
accepter l'hypothèse du voyage dans le temps il convient donc d'admettre
l'existence d'une multiplicité des univers.
8. Les mondes parallèles
Selon la mécanique quantique l'état d'une
particule est non seulement inconnu mais aussi indéterminé jusqu'au ce qu'on la
mesure: c'est le fameux principe d'incertitude d'un certain Heisenberg. C'est à ce moment précis
qu'elle se retrouve avec une charge positive ou négative. Une des
interprétations possibles suppose qu'à cet instant où on mesure l'état de la
particule l'univers se dédouble. Dans notre univers, la charge de la particule
serait positive alors que dans l'univers
parallèle cette dernière aurait une charge négative. A chaque instant se
créeraient ainsi une multitude d'univers parallèles, déclinant tous les états
de toutes les particules. Pour le physicien Michael Price "l'univers se dédouble à chaque processus
thermodynamique irréversible".
Les principaux noms de la physique que
l'on puisse citer en matière de théorie d'univers
multiples sont Andrei Linde ou
encore Hugh Everest. Selon eux, et
en s'appuyant sur la théorie des cordes, il existerait donc une quasi-infinité
d'univers parallèles au notre flottant dans ce qui est maintenant appelé un super-univers primitif. Tous ces
univers bulle seraient nés des fluctuations quantiques de ce super-univers.
Le problème est qu'il n'est possible ni de
voir, ni de détecter ces univers… Ces univers n'ont probablement pas les mêmes
lois physiques que le notre et sont de plus séparés du notre par des distances
s'exprimant en alignant quelques kilomètres de zéros. Ainsi pour prendre des
exemples concrets, il existe certainement des univers où les électrons et les
protons n'ont pas la même masse partout ou bien, plus que 4 dimensions, ou
encore, où la flèche du temps est inversée (A ce propos, on peut signaler que
des gens tels que Stephen Hawking
pensent que si un univers arrête son expansion et commence à se rétracter, le
sens du temps s'inverse, son histoire se déroule à l'envers!). Il existe
certainement un univers où vous gagnez au loto et des millions d'autres ou vous
perdez! Cependant, certaines théories cosmologiques supposent qu'il est
possible en certains points de ces univers (le nôtre y compris) il puisse se
créer d'autre univers à partir de singularités. Pourquoi alors ne pas voyager à
travers le trou de ver pour découvrir d'autres univers?
9. Les problèmes fondamentaux
En théorie, à travers les équations
compliquées de la relativité, il est donc possible de voyager rapidement dans
l'espace et le temps. Dans la pratique, utiliser les "trous de ver"
pour voyager dans l'espace et le temps parait une chose pour le moment
irréalisable étant donné l'état de nos connaissances actuelles.
Un des premiers soucis que
nous aurions si nous voulions utiliser le "Pont Einstein-Rosen"
serait de le trouver et de le garder ouvert. En effet, certains indices tendent
à prouver qu'ils existent, mais seulement à l'échelle microscopique. Ils ne
mesureraient que 10-43 cm (distance de Planck) et disparaîtrait au
bout de 10-35s (temps de Planck) pour cause d'instabilité
structurelle.
Solution: En
1985, Kip Thorne de CalTech montra
qu'il pouvait exister des trous de ver assez grands pour laisser passer un être
humain ou même un vaisseau. La seule chose à maîtriser serait l'énergie
négative si nous voulions en créer un nous même. En effet, la seule manière de
maintenir ouvert un trou de ver serait de le tapisser d'une matière
anti-gravitationelle (aussi appelée "matière exotique"), ce qui produirait un
champ anti-gravitationnel (énergie négative). Si un trou de ver existe dans
l'univers, il est prévu qu'il soit composé en partie d'énergie négative. Cette
énergie négative est nécessaire à la défocalisation à l'intérieur du trou de
ver, c'est à dire du passage de rayonnements convergents à l'entrée, à des
rayonnements divergents à sa sortie. Le puit gravitationnel induit par la
matière ordinaire (de masse positive) attire les objets environnants à l'entrée
du trou noir et la matière exotique (de masse négative) expulse les objets à la
sortie (fontaine blanche). Récemment en 1996, il a été mis en évidence
expérimentalement un phénomène connu sous le nom d'effet Casimir. Cet effet est obtenu
en imposant un fort champ électrique entre deux plaques séparées par le vide,
le champs impose au vide une telle tension qu'il l'oblige à fluctuer jusqu'à ce
qu'il donne naissance à des électrons. Ce qui revient à extraire de l'énergie
du vide, celle ci ne pouvant être que négative. En extrapolant ce résultat
expérimental à la gravitation on peut alors envisager que tout est encore
possible en matière de création de champs anti-gravitationnel. Pourtant ceux
qui voudront maîtriser les trous de ver devront résoudre le problème de
confiner de grandes quantités d'énergie négative dans des volumes extrêmement
minces. La théorie des cordes pourrait être une solution à ce problème dans la
mesure ou elle conçoit que de très fortes densités d'énergie sont réparties le
long de lignes étroites, le problème est que tous les modèles de cordes
cosmiques physiquement acceptables ont pour l'instant des densités d'énergie
positive!
Le deuxième
principal problème est de pouvoir rentrer dans le trou noir sans être
écrasé, étiré et finalement détruit car ayant été attiré vers droit sur la singularité
centrale de densité infinie.
Solution: En
1963, Roy Kerr bouscula le monde
scientifique en apportant une solution à ce problème. Il prétendit que les
trous noirs tournaient autour d'un axe central (tout comme le font les étoiles,
il supposa alors qu'elles continuaient à tourner même après s'être effondrées).
Ceci change absolument toutes les données du problème, il permet de définir un
point par lequel il est possible de pénétrer dans un trou noir en toute
sécurité. Comme dans l'oeil du cyclone, ce point serait dénué de toute force
gravitationnelle!
En 1988, M. Morris, K. Thorne et Ulvi Yurtsever ont proposé une machine
à remonter le temps fondée sur les trous de ver, et leur article et très étudié
depuis une dizaine d'années. En 1992, S.
Hawking a cependant prouvé qu'une telle machine ne pouvait exister sans
énergie négative.
10. Modèle inflationnaire de l’univers
Le rayon de l'univers observable (15 x1020 a.l.) est de loin
inférieur à la distance de l'horizon cosmologique qui représente la distance
maximale entre deux régions causalement liées par un signal lumineux.
11. Les trous de ver
A partir
des équations de la relativité générale, en 1935 Einstein et Rosen découvraient que les singularités de
l'espace-temps formaient en réalité des puits gravitationnels sans fond. Cette
image fut reprise plus tard pour illustrer la géométrie des trous noirs. La
matière s’y trouvant soumise à une densité extrême et réduite à l’échelle
Planck, il n’y avait plus qu’un pas infinitésimal à franchir pour soumettre cet
environnement aux fluctuations quantiques. C’est ainsi que certains chercheurs
soutiennent que les singularités peuvent déboucher sur des "fontaines blanches"
où jaillirait la matière rendue à sa liberté. Einstein et Rosen proposaient
sérieusement que les singularités pouvaient mener à d'autres endroits de
l'Univers, d'autres régions de l'espace et du temps. Ces connections
spatio-temporelles sont connues sous le nom de "ponts d'Einstein-Rosen". Mais ni l'un ni l'autre
n'entrevoyait une possibilité d'entretenir ces connections eut égard au
caractère instable des fluctuations quantiques.
En 1956,
John Wheeler décrivit les propriétés de ces connections et les baptisera "trous de ver", wormholes.
Quelques années plus tard à l’Université d'Harvard, HAWKING et COLEMAN
reprirent le concept de Wheeler et suggérèrent que l'espace-temps pouvait être
soumis à l'effet tunnel précité, reprenant l'idée avancée par Everett. A l'instar
des électrons qui peuvent sauter d'un point à l'autre de l'espace, l'Univers
ferait de même. L'effet tunnel créerait des ouvertures dans l'espace-temps qui
conduiraient à d'autres univers, des univers cul-de-sac ou tout aussi vaste que
le nôtre.
Pour
approfondir les conséquences de la relativité générale, Kip THORNE
et Richard MORRIS du Caltech tentèrent de découvrir par le biais de la mécanique quantique de
nouvelles particules capables d'entretenir les "trous de ver" de
Wheeler. Bientôt l'espace-temps foisonna de "sas
de liaisons" que des "voyageurs
de Langevin" exploraient au gré de leurs excursions sidérales.
La littérature de science-fiction était aux anges mais éloignait peut-être
Isaac Asimov de la réalité. Nous entrons là dans un domaine très hypothétique
et inaccessible à l’heure actuelle.
Entouré de
quelques astronomes, l'astrophysicien anglais John Gribbin considérait en 1977
que les fontaines blanches étaient une réalité : le phénomène d'expansion de
l'Univers n'a-t-il pas pour origine un Big Bang, issu d'une singularité; les
quasars ne sont-ils pas entretenus par des trous noirs ? Développées autour de
notions théoriques, ces idées seront bientôt du ressort de la philosophie...
Certains cosmologistes, tel Gérhard 't Hooft estiment même qu'une théorie
devrait interdire de tels concepts !
Selon John Wheeler, deux singularités pourraient être
reliées dans l’hyperespace par un trou de ver, sorte de sas entre deux régions
éloignées de l’univers. Seul inconvénient, nul ne sait comment entretenir un
tel passage et lui donner une taille macroscopique. En effet ce “pont” dans
l’hyperespace est à l’échelle de Planck : il mesure 10-33 cm et est
instable; il se referme sur lui-même en l’espace de 10-43 seconde !
Pire, si on essaye de l’agrandir, il s’autodétruit...
Comme aiment le dire les physiciens, le trou de ver
appartient à l’écume quantique et obéit
aux lois probabilistes. Totalement différent d’une singularité, un trou de ver
est “nu”, il demeure visible aux yeux de tous et plus extraordinaire encore, il
permet de voyager dans le temps en fonction du sens que l’on prend. Ce qui
explique son attrait.
En résumé,
les lois de la mécanique quantique apparaissent comme non déterministes, sans
pour autant laisser une place au hasard. Nous dirons qu'il s'agit d'une
stratégie qui obéit au principe d'indétermination. Le physicien et
vulgarisateur Banesh Hoffmann remarquait que face à la science traditionnelle,
le fait de prévoir des probabilités confirme que celles-ci progressent de façon
déterminée entre les observations et pour les objets du monde courant, ces
probabilités équivalent à des certitudes. Si en théorie l'indétermination ne
peut être levée, lorsqu'on porte son regard sur la trajectoire d'une planète
cette indétermination passe inaperçue.
Pour
imaginer l'état d'esprit des physiciens, ceux-ci reconnaissent aujourd'hui que
si les assureurs n'ont jamais fait faillite en calculant statistiquement les
primes de leurs clients, nous pouvons être certain que les lois qui
conditionnent la mécanique quantique nous apporteront des résultats plus
fiables encore que la mécanique traditionnelle. Mais fondamentalement, la
cohérence des lois est irrationnelle. Le principe du déterminisme perd sa
notion de prévisibilité, le principe de causalité perd sa notion de permanence
(l'équivalence des valeurs quantifiables), tandis que le principe d'alternance
(tiers-exclu) permet des assertions contradictoires concernant un même
phénomène ! Reste alors, rationnellement parlant, le principe de finalité, mais
il perd également toute raison d'être sur un plan scientifique, le monde
évoluant à partir de lois physiques et chimiques démontrées.
Le
philosophe Kant trouverait certainement ici matière à réflexion. Mais aussi rationnel
que soit Kant, un psychologue lui dirait que la vie elle-même est absurde,
remplie d'expériences irrationnelles. La vie ne s'accorde pas avec l'expérience
car l'esprit humain est profondément changeant. Ce serait aussi croire à
l'idéalisme que d'interpréter les faits de l'expérience comme la fin en soi,
ordonnés en systèmes avec harmonie.