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21 octobre 2009 3 21 /10 /octobre /2009 15:21

L’homme immodeste
(fantaisie cosmologique)


Je suis tombé en arrêt devant un texte de Stephen W. Hawking, traduit de l’anglais par Isabelle Naddeo-Souriau, aux éditions Flammarion, 1989 (texte anglais initial en 1987)


« À première vue, ce témoignage d’un univers identique quelle que soit la direction dans laquelle on regarde pourrait suggérer que notre place dans l’univers a quelque chose de spécial. En particulier, on pourrait penser que si nous voyons toutes les autres galaxies s’éloigner de nous, c’est que nous devrions être au centre de l’univers. Il existe cependant une autre explication : l’univers devrait aussi sembler le même dans toutes les directions, vu de toute autre galaxie. C’est, nous le savons, la seconde hypothèse de Friedmann. Nous n’avons aucune preuve scientifique qui confirme ou infirme cette dernière. Nous y croyons seulement par modestie car il serait beaucoup plus satisfaisant pour notre amour-propre que l’univers semblât le même dans toutes les directions autour de nous, mais pas autour d’autres points dans l’univers ! »
Une brève histoire du temps, p. 64

La personnalité de Stephen W. Hawking donne beaucoup de poids à ce texte. Un des plus grands cosmologistes de la fin du XXe siècle, il a pris l’initiative de se faire un vulgarisateur de la science cosmologique moderne. Il a donc écrit Une brève histoire du temps à l’intention des non-spécialistes et a accompli l’exploit d’en faire un ouvrage en partie compréhensible pour les profanes. Cet exploit, lié à la sympathie que suscite sa maladie incurable, a donné un grand prestige à l’ouvrage, qui a connu un grand succès mondial et de nombreuses traductions, dont celle-ci en français.

Ce qui m’a frappé dans la citation ci-dessus, c’est l’aveu que la seconde hypothèse d’Alexander Friedmann n’a aucune preuve scientifique (je crois même qu’on pourrait dire qu’elle ne peut pas en avoir), et que « nous », c’est-à-dire, je suppose, les savants cosmologistes, « y croyons seulement par modestie ». Voici une affirmation surprenante de la part d’un scientifique. Je crois qu’on ne peut la comprendre qu’en la plaçant dans une perspective historique. Voici donc un bref résumé que je propose de l’histoire des conceptions cosmologiques.

Avant l’époque néolithique, c’est-à-dire jusqu’au dixième millénaire avant nous, l’être humain, essentiellement nomade, avait une vision de l’univers réduite à une connaissance incertaine des espaces terrestres (rarement maritimes) qu’il parcourait, et à la vision d’un ciel qu’il ne comprenait pas. Un nomade ne peut guère se voir au centre du monde. Mais l’impression d’une voûte étoilée devait lui suggérer l’idée que la terre au moins était une base et une assise. Cette conception a perduré jusqu’aux temps historiques. Mais la sédentarisation, au début du néolithique, a dû lui ajouter l’idée que le groupe humain dont on faisait partie habitait au centre de la terre. Les peuples se sont ainsi donné, avec des garanties d’ordre religieux, divers centres de la terre (Delphes, Jérusalem…). La découverte par les Grecs de la sphéricité terrestre a certainement contrarié cette conception : la surface d’une sphère n’a ni limites, ni centre. Mais la terre du moins restait au centre de l’univers et les astres tournaient autour d’elle. Il a fallu attendre Galilée pour que soit mis en cause, à son tour, ce géocentrisme. Mais l’héliocentrisme de Galilée lui-même n’a pas résisté à la découverte des galaxies. L’homme, aux yeux de la science, paraît de plus en plus perdu dans l’univers.

On observe donc dans l’histoire humaine un affaiblissement progressif des conceptions anthropocentriques à la lumière des découvertes de la science. Les résistances sont le fait d’attitudes religieuses pour lesquelles l’homme, roi de l’univers, ne peut être qu’au centre. Il est donc naturel que les scientifiques modernes, et en particulier Stephen W. Hawking, se placent dans le mouvement initié par Galilée et optent pour la modestie humaine, même quand la science ne les y oblige pas. Stephen W. Hawking, avec, je pense, tout cosmologiste, choisit d’instinct le camp de Galilée, contre les religions établies. Il faut d’ailleurs remarquer que certaines attitudes religieuses se satisfont tout à fait de cette modestie : l’homme de Pascal est perdu dans un univers, dont « le centre est partout et la circonférence nulle part ».

Il faut cependant observer que la science ne donne pas toujours ainsi des leçons de modestie à l’être humain. Dans le domaine de l’organisation de la matière, les objets les plus complexes qu’elle décrit, c’est-à-dire les plus perfectionnés, sont les cellules de la vie et singulièrement les neurones humains. N’y a-t-il pas une légère contradiction entre ce constat que l’homme est, sinon le roi, du moins la merveille la plus accomplie de l’univers connu, et la croyance qu’il y est « perdu » ? C’est sans doute pour cette raison que les cosmologistes modernes cultivent volontiers l’hypothèse qu’il y a quelque part dans l’univers des organismes inconnus de nous qui seraient aussi, sinon plus, perfectionnés que nous.

Mais n’y a-t-il pas, plus profondément, dans cette attitude une incohérence épistémologique ? La science peut-elle exprimer sur l’univers autre chose qu’un point de vue humain ? Dans la démarche qu’elle constitue, l’homme est un sujet observant et l’objet observé est l’univers. Or le sujet observant est dans l’objet observé et tout sujet observant a tendance à se prendre comme centre d’observation. Certes l’esprit humain est capable de se déplacer en imagination pour dépasser les apparences. Il prend le soleil comme centre d’observation pour mieux comprendre le mouvement des planètes. Mais jusqu’à quel point est-ce possible ? Quand il s’agit de comprendre l’univers, quel est son centre d’observation ? La seconde hypothèse d’Alexander Friedmann adoptée par Stephen W. Hawking, suggère que le centre d’observation de la science cosmologique peut être partout. Mais est-ce un centre d’observation encore accessible à l’esprit humain ? N’est-ce pas le point de vue du Dieu de Pascal que la science moderne tend ainsi à usurper ? Il y a là pour la science humaine une prétention à une objectivité qui serait absolue, donc d’essence divine, la même prétention que celle que révèlent les espoirs de « la grande unification » des forces de l’univers (voir le chapitre 10 du livre de Stephen W. Hawking).

La « modestie » des cosmologistes pourrait donc cacher une prétention démesurée, prométhéenne : Pascal humiliait l’homme au profit de son Dieu ; nos cosmologistes humilient l’homme pour être comme Dieu. Mais en deçà des problèmes métaphysiques que suscite une telle ambition, je me demande si la conception actuelle de l’univers, celle qu’ils ont développée au cours du dernier siècle, est vraiment cohérente avec elle. La seconde hypothèse d’Alexander Friedmann ne paraît ni « falsifiable » ni vérifiable par l’expérience, mais dans quelle mesure est-elle conforme aux structures de l’univers qu’implique la théorie du Big-Bang ? Autrement dit, est-elle autorisée par la conception d’un univers fini, qui aurait commencé à partir d’un point il y a environ 14 milliards d’années, qui serait en expansion et qui aurait traversé des phases différentes au cours de cette expansion ? Est-elle autorisée par les nouvelles conceptions de l’espace et du temps qui en découlent ?

Les ouvrages de vulgarisation des cosmologistes contiennent bien des affirmations qui heurtent le sens commun. Le profane est souvent tenté de renoncer à les comprendre. Pour ma part, j’essaie de persévérer. Mais souvent mes efforts échouent et je finis par croire que non seulement le sens commun, mais la raison même est transgressée par certains énoncés. Et je suis parfois bien près de conclure soit à la maladresse d’expression, soit à l’imposture. Par exemple, quand je lis que l’univers pourrait être à la fois infini et en expansion, je vois une incohérence : pour moi, l’infini ne peut devenir plus grand qu’il n’est. Quand je lis que l’espace, qui aurait connu la courbure fermée infinie d’un point dans les premiers temps, est maintenant plat, je me dis que cette platitude ne peut être qu’imparfaite. Un point peut s’agrandir en sphère et la sphère devenir de plus en plus grande au point que sa surface peut devenir presque plate. Mais elle ne deviendra jamais un plan euclidien qui s’étendrait à l’infini. Dans les expressions « presque infini », « presque plat », c’est donc pour moi le mot « presque » qui l’emporte. Le « presque plat » n’est pas plat, le « presque infini » n’est pas infini.

La théorie du Big-Bang me semble donc obliger à renoncer à la vieille conception, plus métaphysique que physique, d’un univers infini et plat. Pourtant l’univers occupe tout l’espace et tout le temps, qui sont en quelque sorte ses attributs. L’explosion initiale n’a donc pas eu lieu dans un espace préexistant et la question de ce qui se passait avant ne se pose pas. Voilà certes qui heurte notre sens commun. Mais la raison, cette fois, s’en tire si on se représente l’espace tridimensionnel de l’univers comme un espace courbe et fermé dans un espace à quatre dimensions qui serait l’espace-temps. De même que la surface d’un ballon grandit en elle-même quand on souffle dans le ballon, et ne grandit pas dans une surface préexistante, l’espace de l’univers grandit en lui-même sous l’impulsion du Big-bang. Certes notre imagination se bloque, mais le raisonnement par analogie permet de passer, de la ligne de circonférence qui grandit en elle-même, à la surface de la sphère qui grandit en elle-même, et, de là, au volume spatial qui grandit en lui-même, parce que, comme elles, il est courbe et fermé dans un espace à une dimension de plus. Le temps serait la quatrième dimension de cet espace. Il en serait le rayon ou le diamètre, qui lui impose sa courbure, de même que le rayon ou diamètre d’un cercle impose une courbure à sa circonférence. Quant à notre espace, c’est une courbe fermée qui n’est pas à une dimension, comme la circonférence d’un cercle, ni à deux dimensions, comme la surface d’une sphère, mais à trois (je ne parle ici de cercle ou de sphère que parce qu'en fait de courbes fermées ce sont les plus simples ).

Ce raisonnement analogique bien simple est pour moi le seul moyen de comprendre la théorie du Big-Bang. Certaines images de nos vulgarisateurs vont dans son sens, comme celle du ballon qui gonfle pour expliquer la fuite des galaxies lointaines. Cependant, ne lui est pas conforme la figure que Stephen W. Hawking a proposée dans son ouvrage pour représenter l’univers, dans l’hypothèse où celui-ci irait du Big Bang au Big Crunch (figure 8.1).



 
Dans cette figure qui prend la terre pour modèle, l’axe du temps est le diamètre allant du Big-Bang au Big-Crunch, qui sont comme les deux pôles (axe vertical dirigé vers le bas). L’univers est représenté par les parallèles qui vont d’abord croissant puis décroissant. Mais je ne sais pas s’il s’agit seulement de la ligne du parallèle (une seule dimension) ou du disque qu’elle circonscrit (deux dimensions). Dans le premier cas, l’univers est bien une courbe fermée (qu’il faut concevoir à trois dimensions), mais le temps est un axe perpendiculaire au plan de cette courbe. Il ne faut pas alors seulement une dimension de plus, mais deux. L’espace-temps serait donc à trois plus deux, c’est-à-dire à cinq dimensions. Personnellement, je n’ai pas d’explication pour la cinquième dimension. Si au contraire l’univers est à chaque fois le disque circonscrit par le parallèle, il est plat et a une limite. Mais une limite par rapport à quoi ? Dans mon ignorance d’explications satisfaisantes, je préfère m’en tenir pour l’instant à mon hypothèse où le temps, rayon ou diamètre d’un univers circonférence, le fait grandir en grandissant.

Mais à partir de là, il y a deux façons de concevoir le Big-Bang et l’évolution de l’univers jusqu’à aujourd’hui, selon que ce que nous appelons « temps de l’univers » (environ 14 milliards d’années terrestres) est le rayon ou le diamètre de la courbe fermée à trois dimensions. Ces deux conceptions ont des conséquences capitales pour notre représentation de l’univers et tout particulièrement pour la place que l’homme y occupe. Une de ces deux conceptions me paraît conforme à la seconde hypothèse d’Alexander Friedmann : c’est la conception « modeste ». L’autre lui est contraire et fait de l’homme véritablement le roi de l’univers, bien qu’il ne soit pas au centre de celui-ci, mais à son sommet. C’est donc une conception « immodeste ».

La conception modeste est celle où le temps est le rayon de l’univers. Dans cette conception des univers circonférences successifs s’étendent de plus en plus autour d’un point central originel, qui est le Big-Bang, comparable alors à une simple explosion initiale.


Univers créé par un Big-Bang explosion:



Les univers circonférences les plus proches du centre Big-Bang sont opaques à la lumière, jusqu’au moment de l’apparition des photons (rayon d’environ 300 000 ans). Puis viennent de plus grands univers circonférences qui sont visibles. Dans les premiers, apparaissent les pré-galaxies. Dans les derniers (les plus grands et les plus proches du dernier qui est le nôtre), les galaxies se sont rassemblées en amas. L’important est que chacun de ces univers circonférences est globalement homogène et correspond à un instant donné. Comme la lumière voyage dans le temps, notre regard reçoit des messages de plus en plus éloignés dans l’espace et dans le temps. Il traverse donc ces univers circonférences successifs jusqu’au moment où il bute sur le rayonnement fossile, celui où émergèrent les premiers photons. Dans cette conception donc notre univers actuel (la dernière circonférence à trois dimensions) est homogène : tout autour, des amas de galaxies semblablement répartis. Il n’y a pas de place privilégiée pour nous.

Cette hypothèse présente des difficultés que je ne sais pas résoudre. Dans cette conception, le temps est omnidirectionnel, comme l’est le rayon d’un cercle. Bien plus, comme il est ainsi tous azimuts par rapport à une courbe fermée qui est à trois dimensions, il a nécessairement lui-même une dimension de plus : il est donc à quatre dimensions. Or nous sommes habitués à nous représenter le temps comme une dimension unique. Dans cette conception aussi, chaque univers, à un instant donné, a un diamètre double du temps passé depuis le Big-Bang. Et certains des vecteurs temps sont opposés. Or nous concevons habituellement le temps comme orienté dans une seule direction. Cela n’exclut pas qu’il puisse changer de direction, mais comment concevoir deux directions temporelles opposées en même temps ?

Dans la seconde hypothèse, les univers circonférences s’étendent progressivement non plus autour mais à partir du Big-Bang, en conservant celui-ci à la source d’eux-mêmes, comme s’ils gonflaient à partir de lui.

Univers créé par un Big-Bang gonflement :

Le point Big-Bang constitue alors le pôle inférieur d’un diamètre orienté d’un instant zéro primitif vers l’instant actuel. L’accroissement de ce diamètre (c’est-à-dire du temps) fait croître autour de lui l’univers circonférence. Il en résulte une conséquence totalement contraire à ce que nous sommes habitués à penser : il n’y a pas d’univers actuel. L’univers qui est le nôtre aujourd’hui n’est actuel qu’autour de nous. Plus ses espaces sont éloignés de nous, plus lointain est le passé auquel ils appartiennent, et le Big-Bang de l’instant zéro appartient à cet univers, comme à tous ceux qui l’ont précédé. On n’est cependant pas obligé d’expliquer uniquement par cette courbure de l’univers dans le temps le fait que nos regards vers l’espace plongent dans le passé. Dans cette hypothèse aussi, nos regards peuvent traverser les univers successifs, jusqu'à la zone opaque qu’ils conservent dans leurs lointains (par exemple, la lumière du soleil nous parvient en 8 minutes, mais le soleil peut n’être qu’à quelques secondes sur la courbure de l’univers). Je ne sais pas si on pourrait considérer que ce que nous appelons vitesse de la lumière ne serait dans cette hypothèse qu’une traduction de la courbure de l’univers (je crains qu'il ne faille de toute façon imaginer un parcours hélicoïdal de la lumière, si sa vitesse est constante).

Je suis conscient que cette hypothèse peut paraître farfelue. Ce n’est pourtant pas une raison pour la rejeter a priori. En revanche, il me semble qu’elle a d’énormes implications concernant la structure de l’univers. Elle devrait donc pouvoir être « falsifiable » par des observations ou des expériences (on devrait pouvoir montrer qu’elle est fausse, par exemple s’il y a vraiment des expériences qui prouvent que l’univers est absolument plat). Si elle est ainsi « falsifiable », c’est une hypothèse scientifique (contrairement à la seconde hypothèse d’Alexander Friedmann). Une de ses implications serait par exemple qu’un voyageur qui s’éloignerait très vite dans l’espace s’éloignerait aussi dans le temps. Son horloge irait moins vite. En revanche, s’il revient très vite, son horloge s’accélère pour rattraper la nôtre. Et la gravité, que la théorie de la relativité généralisée assimile, je crois, à de mini-courbures de l’univers, à des sortes d’affaissements locaux, provoquerait aussi des retards d’horloge. Mais je suis trop incompétent pour juger des conséquences possibles de cette hypothèse et de son adéquation avec les grandes théories actuelles.

Une autre implication de l’hypothèse est que l’univers y a un axe temporel, qui va de l’instant zéro, le plus bas, à l’instant dernier, le plus haut, son antipode. Il n’y a aucune raison pour que l’univers ne soit pas symétrique autour de cet axe (même si cette courbe fermée à quatre dimensions n'est pas nécessairement circulaire). Donc les regards qui partent de l’instant le plus haut donnent une image homogène de l’univers et éventuellement de ses stades successifs. En revanche, tout regard qui partirait non du sommet de l’univers circonférence, mais d’un côté, à un temps inférieur, donnerait une image non homogène. En particulier, le rayonnement fossile paraîtrait plus proche dans certaines directions que dans d’autres. Certaines directions, celles qui vont vers le haut, seraient mêmes opaques. Mais l'observateur s'en rendrait-il compte?

On sait que la première hypothèse d’Alexander Friedmann a été « confirmée » par l’expérience (c’est-à-dire, non « falsifiée »). Le rayonnement fossile est à la même distance quelle que soit la direction où l’on regarde. Ceci implique que, dans l’hypothèse avancée ici, notre instant actuel est bien l’instant le plus haut atteint par l’univers. Nous trônons à son sommet, à l’antipode du Big-Bang, comme des rois. Nous, c’est-à-dire la terre, le système solaire, et même peut-être notre galaxie, si petite à l’échelle de l’univers, parmi des centaines de milliards de consœurs. C’est nous qui arrivons le plus haut et le plus tard sur l’axe temporel. C’est pour nous que l’évolution passée, que commandent "le hasard et la nécessité" a parcouru le temps le plus long. Rien d’étonnant donc à ce qu’on y observe des phénomènes inconnus ailleurs, comme cet être immodeste qui prétend mesurer l’univers…

Cette image d’un univers, qui serait comme la surface d’un ballon qu’on gonfle, ou d'un fruit qui grossit, (avec une dimension en plus), maintient au bas du ballon,ou du fruit, la source énergétique de son gonflement. Un tel gonflement en continu (après, paraît-il, une première phase plus rapide appelée inflation) me semble bien correspondre à ce qu’on appelle l’expansion de l’univers. Je préfère cette image à celle d’une explosion qui aurait épuisé dès le début toute l’énergie et ne continuerait que par vitesse acquise, jusqu’à ce que les forces gravitationnelles contraires inversent éventuellement le mouvement. Avec l’image du ballon, le moteur est toujours en marche, et peut jouer le rôle d’une "constante cosmologique". La position de l’homme en haut du ballon qui gonfle est certes immodeste. Mais cette immodestie peut être tempérée par l’idée que l’ascenseur monte toujours à mesure que l’univers croît, et que l’évolution continue. L’homme serait donc sur un sommet momentané et provisoire.

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Published by Luestan - dans Big-Bang
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Luestan 21/04/2010 10:10


Merci à Ad pour son commentaire. J'ai écrit ce texte en curieux non physicien et non philosophe qui essaie de se donner une représentation de l'univers qui lui paraisse satisfaisante. Je suis donc
parti de ce que je crois comprendre dans les théories cosmologiques actuelles (le Big-bang et ce qui va avec), mais avec le souci non scientifique de donner un sens à l'aventure universelle. C'est
la raison pour laquelle j'ai mis mon homme immodeste tout au sommet de l'univers actuel, comme sa production la plus complexe et la plus aboutie. Mais bien sûr, comme l'aventure continue, il sera
dépassé.
Dans cette représentation, notre univers à trois dimensions est illimité, mais fini, comme la surface d'un ballon qui gonfle. C'est à peu près ce que dit Ad avec une argumentation différente
:"L'expansion se ferait donc au sein-même de l'univers, et non vers l'extérieur". Ce qui suggère qu'un voyageur qui partirait dans n'importe quel direction et aurait tout son temps finirait par
revenir sur terre, mais longremps après (il devrait en outre éviter les régions proches du Big-bang).
Cependant, si notre univers physique à trois dimensions est courbe et fini comme l'est la surface d'un ballon, c'est qu'il prend place dans un univers à quatre dimensions qui serait l'espace-temps.
Il est concevable que cet espace-temps, qui est au-delà de la physique, soit infini...


Ad 19/04/2010 09:35


Bonjour ! Toutes ces théories sont très intéressantes, bien que compliquée pour un non-physicien non-philosophe. Mais la nature et la forme de l'univers est un de mes sujets de réflexion
préférés.
J'aime beaucoup l'idée du centre qui est partout (même si c'est aussi immodeste que la conception géocentriste), et surtout la deuxième hypothèse sur l'univers : en pensant un peu science-fiction,
cela voudrait-il dire qu'on voyagerait dans le temps en même temps que dans l'espace ? Un type (qui aurait tout son temps et) qui partirait loin, très loin aurait-il des chances de retomber sur une
Terre préhistorique (un peu comme dans La Planète des singes, mais à l'envers) ?
En revanche, j'ai toujours eu du mal à concevoir un univers fini. Un univers infini et en expansion, ça ne me dérange pas. L'infini n'est-il pas irrationnel, et pourtant, inévitable ? Pour
reprendre l'image du ballon comme univers fini, qu'y aurait-il au-delà des limites du ballon ? Rien ? Mais rien, paradoxalement, c'est déjà quelque-chose, et ce quelque-chose est forcément au moins
un vide infini : CQFD?
Il y a aussi l'idée d'une nature discrète de la matière que j'ai attrapée quelque part (je crois que c'est dans une branche de la physique qui réfléchit plus sur l'infiniment petit que sur
l'infiniment grand, genre physique quantique, mais ça permettrait de concevoir l'idée de centre qui est partout). La matière ne serait pas continue, mais comme truffée de vides. L'expansion se
ferait donc au sein-même de l'univers, et non vers l'extérieur, l'univers serait comme plein de petits ballons qui gonflent côte à côte... Mais je m'égare, tout cela n'est pas très
scientifique.
Bref, je ne prétends pas réfuter les théories de spécialistes, qui relèvent surtout d'un niveau de conceptualisation que je n'ai pas, alors on se débrouille comme on peut. Mes interrogations
reflètent surtout mon incompréhension !