NOBEL de physique 2006 : Autour de COBE !

Time Line of the Universe – Crédit: NASA/WMAP Science Team

LA COSMOLOGIE MODERNE
Une nouvelle page se tourne ! 

Un peu plus de treize milliards d’années après de début de l’Univers, une nouvelle page de son livre d’histoire s’ajoute au grand album de l’Académie royale des sciences de Suède, le prix Nobel de physique 2006 venant d’être accordé à deux chercheurs ayant contribué à cartographier les traces résiduelles de son explosion initiale : les docteurs John C. Mather et George F. Smoot . Vous avez probablement entendu parler des satellites COBE ou WMAP ou encore vu apparaître régulièrement dans les médias scientifiques et les magazines cette illustration ovale (plus bas) représentant une cartographie du rayonnement fossile de l’Univers, aussi appelé fond diffus cosmologique.

Cette découverte scientifique peut désormais être considérée comme une des plus importantes en cosmologie; elle est un des éléments clé soutenant la cohérence de la théorie du Big Bang.

Ainsi, après maintes années d’exposition au public, même dans des magazines moins spécialisés, ces scientifiques y ayant contribué méritent enfin leurs lettres de noblesse ! C’est un signe de reconnaissance prestigieux de la part de la communauté scientifique, confirmant que ces observations détaillées du rayonnement fossile sont d’ importance égale à la découverte initiale de Penzias et Wilson, eux aussi couronnés du prix Nobel de physique en 1978. Les anglophones pourront désormais utiliser Smoot & Mather – matière douce – pour les désigner, comme si leur nom était prédestiné !

CHRONOLOGIE
Une succession de découvertes

En 1964, les radioastronomes Penzias & Wilson sont gênés par un bruit de fond parasite lorsqu’il tentent d’entrer en communication avec le satellite Echo. Leur tentative d’élimination de cette émission semblant émaner de toutes directions les conduit involontairement à une découverte majeure, alors qu’ils entrent en contact avec d’autres membres de la communauté scientifique. Voilà qu’un chercheur du MIT, Bernard Burke, leur suggère que ce bruit de fond pourrait avoir une origine cosmologique. Cette découverte presque fortuite au départ se transforme rapidement en une découverte majeure, donnant aussi suite aux intuitions de Gamow, Alpher et Herman, dans les années 1940, à savoir qu’un bruit de fond résiduel pourrait provenir du Big Bang. Une série de mesures, avec des moyens limités à l’époque, permit enfin d’établir que cette intuition était fondée.

Cette première série de mesures conduit, beaucoup plus tard entre 1989 à 1993, à la mission COBE (Cosmic Background Explorer). Le lancement d’une sonde dotée d’instruments de mesure beaucoup plus précis permet d’effectuer les premiers relevés du rayonnement fossile. Cette image, tirée de la banque multimédia de la mission, permet de constater que les fluctuations du rayonnement sont très faibles : une mesure de différence de température de 1 sur 100 000, soit un cent millième de degré, relativement à une température uniforme moyenne de 2.73 degrés Kelvin du champ observé. Ces infimes différences dans le résidu de l’explosion initiale, même si elle ne constituent que des fluctuations très légères, sont considérées comme suffisantes pour être à l’origine de la disparité énorme des structures qui populent maintenant l’Univers : des amas de galaxies côtoyant de vastes régions de l’espace où elles sont absentes. Comme dans les modèles météorologiques – en se référant à la sensibilité aux conditions initiales dont il est question dans la théorie du chaos – ces infimes différences ont été déterminantes pour générer ces structures.

Depuis 2001, la mission WMAP (Wilkinson Anisotropy Probe) permet de produire une carte encore plus détaillée de l’Univers, dans ses premiers moments, mais avec une sensibilité 45 fois plus grande que la mission précédente. Pour faciliter la compréhension, rappelons que sur cette image les couleurs indiquent des points plus chauds (rouge) et moins chauds (bleu), tandis que les barres blanches indiquent la direction de la polarisation de la lumière plus ancienne. Il ne s’agit donc pas d’une représentation visuelle de l’Univers – à ne pas confondre – mais bien d’une représentation de ses variations de température, mesurée à une grande échelle et sur de grandes distances. En fait, c’est comme un thermomètre : une thermographie en trois dimensions des premiers instants de l’Univers. Cette nouvelle information permet de déceler encore plus précisément quand les premières étoiles se sont formées et procurent de nouveaux indices sur les événements qui se seraient produit dans le premier trillionième de seconde de l’Univers (10^-12 seconde).

Comme les deux premières missions ont apporté des résultats intéressants, mais avec un degré de précision qui n’est pas encore satisfaisant, une troisième mission majeure suivra celle de WMAP de 2007 à 2009. La mission PLANCK permettra d’atteindre une précision de mesure infiniment plus grande. Sur la gauche, l’illustration est une simulation du type de carte qui pourrait s’obtenir à partir des mesures de la sonde qui sera expédiée dans cette mission. Jusqu’à date, l’existence des galaxies dans leur configuration actuelle indique aussi qu’il suffit de variations très minimes de température pour que le modèle conserve sa cohérence. Ces minimes changements sont en quelque sorte les «graines» – sous forme d’aspérité de la température. Cette nouvelle mesure pourra maintenant s’effectuer à un degré de précision qui peut déceler une différence de 1 sur 5 000 000 de degré, permettant ainsi de produire des simulations encore plus précises de la formation des amas de galaxies à partir des nuages de gaz initiaux.

Bien sûr, ce sommaire n’expose que les points essentiels; en examinant le sommaire des objectifs scientifiques de ces missions (COBE – WMAP – PLANCK) sur leurs sites respectifs, on peut constater de légères différences malgré un fond commun.

UNE DOUBLE CONSÉCRATION ?
Cosmologie et géométrie euclidienne

La lecture du texte de présentation grand public du Nobel de physique 2006 risque de créer un remous pour qui veut lire entre les lignes.

« [...] Le projet COBE peut aussi être considéré comme le point de départ pour la cosmologie en tant que science exacte : Pour la première fois, des calculs cosmologiques (comme ceux concernant la relation entre la matière sombre et la matière ordinaire, visible) ont pu être comparés avec des données réelles de mesure. Ceci transforme la cosmologie en vraie science (plutôt qu’une sorte de spéculation philosophique, comme la cosmologie traditionnelle).

[...] La conclusion semble aussi être que l’Univers est Euclidien – autrement dit, que notre géométrie nous disant que deux lignes parallèles ne se croiseront jamais semble tenir,  même à une échelle cosmologique. »

The Nobel Prize in Physics 2006
From unexepcted noise to precision Science

Ces propos sont intéressants à double titre, voulant d’une part promulguer définitivement la cosmologie au rang de science exacte, mais d’autre part évoquant aussi ce credo Euclidien de la géométrie. Cette allusion n’est-elle pas clin d’oeil, presque moqueur, à une partie de la communauté scientifique - les théoriciens de la physique – qui tente tant bien que mal d’inscrire nos existences dans un espace géométrique non euclidien, en deçà de dimensions apparemment cachées de l’Univers ?

Il faudra voir, dans les prochaines années, si la physique théorique saura conduire ses chercheurs au podium de L’Académie Royale des Sciences de la Suède ! Et surveiller aussi qui réagira à cette déclaration pour le moins inusitée ! Les auteurs Peter Woit et Lee Smolin, dont les ouvrages ont été sommairement présentés dans ce blogue, devraient sûrement sourire devant cette proclamation euclidienne, puisque leur essai constitue un regard très critique sur la physique théorique.

Cette déclaration univoque ramenant la géométrie euclidienne à l’ordre du jour, et nous invitant à errer encore pendant longtemps entre des lignes parallèles, aura-t-elle des conséquences sur les recherches sur les modèles cosmologiques alternatifs ? Est-ce une institutionnalisation encore plus définitive du modèle standard, devenant une nouvelle frontière à l’hérésie ? En fait, pourrait-on voir des traces d’un certain fondamentalisme scientifique devant une telle déclaration ?

Donc, même si la cosmologie est sur la voie de devenir une science exacte, ajoutons une note légère et un peu d’eau au moulin des débats à venir. Mentionnons que la physique théorique, au lieu d’offrir un modèle cosmologique unique, propose un nombre incalculable de modèles. Nous écrivions dans un billet précédent qu’une récente recherche suggèrerait qu’il y aurait 10⁵⁰⁰ théories M parfaitement valables, chacune décrivant une physique différente.

Cette opinion est reprise différemment, avec une certaine pointe d’humour faut-il  dire, par le journaliste scientifique George Johnson du New-York Times dans un article intitulé Oh, for the Simple Days of the Big Bang.  

« Si on décompte le nombre d’univers imaginables, chacun avec une dose différente d’énergie sombre, il est si vaste qu’il “est mesuré non en millions ou en milliards, mais en googol ou en googolplex”. (Avant qu’il ait été transformé en nom d’engin de recherche, un googol a été défini comme étant 10 à la puissance de 100 et un googolplex comme étant 10 à la puissance googol.) Pourquoi nous retrouver par exemple dans l’univers numéro 110 310 077 252 serait encore une tautologie : si nous n’y étions pas, nous ne serions pas ici pour demander. »

Voilà donc de quoi faire sourire et effectivement nous ramener à la géométrie euclidienne dans notre Univers numéro 01 pour le moment… univers zéro un pour reprendre le titre de ce blogue ! Le plancher parait-il maintenant plus solide ? Les fondations du modèle standard sèchent dans leur nouveau coffrage, tout du moins.

APOSTILLE 2006-10-23
Savoir changer de point de vue

Je dois nuancer mon propos de la section précédente, suite à un éclaircissement prodiqué par Robert Lamontagne, en réponse à mon commentaire laissé dans son billet Nobel et Cosmologie, dans le blogue Science ! On blogue Astonomie.

Lui ayant fait part de mon observation sur cette remarque de l’Académie, à propos de la géométrie euclidienne, il me répond fort à propos – je cite ici l’essentiel de sa réponse :

Je ne suis pas convaincu que la déclaration accompagnant le Nobel de cette année soit un “clin d’oeil” aux théoriciens de la cosmologie. J’y vois plutôt la reconnaissance du fait que les récentes observations du rayonnement fossile permettent de trancher de façon définitive (?) entre plusieurs représentations géométriques possible de l’Univers observable.

Les modèles cosmologiques basés sur la théorie de la relativité générale proposaient 3 géométries possibles pour notre Univers: une géométrie à courbure positive (un Univers fermé, fini, et dont la durée de vie est finie), une géométrie à courbure négative (un Univers ouvert, infini dans le temps et l’espace), ou une géométrie à courbure nulle (un Univers euclidien ouvert et infini dans le temps et l’espace).

Cette réponse n’a pu que m’inciter à me ralier sans réserve à son observation judicieuse, et j’ai ajouté ceci, en partie, pour clore la discussion :

En y réfléchissant à deux fois, je me ralie à votre interprétation, effectivement ! En reprenant les termes cruciaux de la citation de l’Accadémie, sur la géométrie : « [...] basis for calculations concerning the fundamental shape of the Universe. [...] even in the cosmological scale ».

Ainsi «forme fondamentale» et «échelle cosmologique» peuvent effectivement référer aux trois géométries possibles de l’Univers OBSERVABLE comme vous le dites si bien. Ces trois modèles, qu’on mentionne dans tous les ouvrages, n’auraient rien à voir en quelque sorte, avec la potentielle géométrie différente à une échelle sub-planckienne, effectivement ! Bref, nous voilà à nouveau à cheval entre le microcosme et le macrocosme, entre la relativité et la mécanique quantique.

Donc, voilà qui peut adoucir ma critique précédente de l’Académie, où je m’était aventuré un peu trop rapidement sans suffisamment réfléchir. Comme quoi on peut revenir sur ses positions, même si ceci ne demeure que de la petite histoire, dans un blogue qui n’est pas tenu par un scientifique. Nous apprenons sans cesse, bref ! Impossible de ne pas remercier chaleureusement M. Lamontagne pour cette mise au point…

OPPORTUNITÉ DE LECTURE
Les rides du temps

Cette consécration de la mission COBE constitue une belle opportunité pour se familiariser avec l’histoire de la mission COBE en ajoutant un livre à sa bibliothèque personnelle ! Un des deux récipiendiaires du Nobel – George Smoot – a publié l’essai Wrinkles in Time, maintenant traduit dans la collection Champs Flammarion. Même s’il date de 1994, avant la mission WMAP, cet essai expose les éléments essentiels de cette «découverte du siècle», selon Stephen Hawking. En quatrième de couverture, on nous la présente comme une aventure – une intrique : « quinze ans de recherches pendant l’âge d’or de la cosmologie, à traquer l’antimatière, à lancer des ballons, à utiliser l’ancien avion espion U-2 pour envoyer des radiomètres dans la haute atmosphère, à convaincre la NASA, après l’échec tragique de Challenger, de s’intéresser au satellite COBE ».

D’ailleurs, un des aspects passionnants de la recherche scientifique, c’est lorsqu’elle est racontée en s’insérant dans la trame du vécu. C’est à ce moment que le récit scientifique emprunte la voie romanesque, démontrant bien comment la science peut alimenter nos existences.

QUESTION
Laisser un commentaire

1. Après cette déclaration que L’Univers est euclidien, quelle attitude devons adopter face aux travaux de physique théorique qui explorent les dimensions cachées ?
2. Cette consécration des théories prédictives ajoutant plus de poids à la théorie du Big Bang ferme-t-elle la porte aux autres théories ?
3. Doit-on continuer à investir dans ce genre de recherches ?

 RÉFÉRENCE

• Google Trends – Tendance de recherche pour CMB, COBE, WMAP.
• 1978 – Arno Allan Penzias et Robert Woodrow Wilson - pour leur découverte du fond de rayonnement cosmologique.
• 2006 – John C. Mather George F. Smoot - pour leur découverte du spectre du corps noir et de l’anisotropie du rayonnement cosmique micro-ondes.
• Annonce dans le Nouvel Observateur - Le Nobel de physique à deux américains.
• Le communiqué officiel de la NASA - NASA Scientist Shares Nobel Prize for Physics
• Un nouveau dossier de Valérie Borde, de l’Actualité – revue québécoise – intitulé La recette de l’Univers, c’est pour bientôt! – pour se remémorer que la physique théorique gagne du terrain !
• Un article de Lamontagne, sur le bloque Science on Blogue Astronomie

Niveau 201 – Bibliothèque de Signets mise à jour régulièrement sur le sujet

Rayonnement fossile

 

Cosmologie pour tétracapilotomaniaque !

Ralentir dans les courbes des ésotériques équations

C’est un défi de taille, pour un chercheur sans papiers, d’exercer sa curiosité pour des domaines de recherche aussi vastes que l’astrophysique et la cosmologie. Même en s’astreignant à un programme de lecture exhaustif, destiné à combler les déficiences d’une démarche non encadrée dans une institution, cela ne nous met pas à l’abri d’obstacles incontournables – en apparence.

Que ce soit la quantité démesurée d’informations à digérer ou la profusion de nouvelles questions jalonnant ce parcours, un isolement relatif rend la démarche plus périlleuse sans reconnaissance de ses pairs. Cependant, puisque ce blogue est un espace ouvert, un commentaire exprimant une opinion dissidente est un encouragement intéressant, puisqu’il est une invitation à approfondir certains aspects de sa recherche afin de dissiper tout malentendu. Et il demeure un incitatif supplémentaire à ne pas abandonner ses recherches personnelles.

Il ne faut surtout pas renoncer, ni sauter un chapître ardu sous prétexte qu’il dépasse notre capacité de compréhension, non. Ainsi cette lecture, qui s’annonçait bravement en quatrième vitesse dans un précédent billet, s’avère plus ardue. Concédons que c’est plutôt en troisième vitesse qu’il faut progresser devant certaines courbes, sur un chemin particulièrement sinueux. Un trait vertical, en accolade d’un paragraphe, devient alors une espèce de garde-fou, plus particulièrement si un énoncé de l’auteur provoque une réaction inattendue; que ce soit un pur étonnement ou une insondable perplexité. Dans le dernier cas, il ne faut pas esquiver les questions troublantes qui hantent l’esprit. Il faut déposer les armes, replacer le signet et se tourner alors vers d’autres auteurs, vers Wikipédia pour débrouissailler une notion plus ardue ou enfin rechercher sur le Web des sources d’information fiables. Bref il faut tenter de lever le voile et dissiper le brouillard afin de pouvoir reprendre sa lecture en étant convaincu qu’on comprend un peu mieux !

En résumé, cette investigation personnelle au coeur de la cosmologie contemporaine, partagée dans un blogue au lieu d’être isolée dans des carnets de notes invisibles aux autres, demeure un passe-temps extraordinaire.  C’est surtout un grand plasir de constater que quelqu’un d’autre vient de temps à autre émailler son cahier de notes public d’un commentaire intéressant !

Une mélodie secrète - et complexe… 

À cette heure le chapitre VI, L’invisible et le devenir de l’Univers, retient mon attention. Je suis allé fouiner dans un chapitre subséquent, Dieu et le Big Bang. L’auteur ayant exposé clairement sa foi en préface, d’un raccourci élégant et efficace, ramène son lecteur rapidement au problème de la cause première, la cause des causes, en utilisant un argumentaire tout à fait convaincant.

Les physiciens pensent, nous l’avons vu également, que ce qui est vrai pour une particule élémentaire l’est aussi pour l’univers tout entier à ses débuts. Le flou quantique permet au temps et à l’espace, puis à l’univers, de surgir spontanément du vide. Au temps de Planck (10^-43 seconde), l’univers n’avait qu’une taille de 10^-33 centimètre, 10 millions de milliards de milliards de fois plus petit qu’un atome, et la mécanique quantique qui régit le monde microscopique peut faire son oeuvre. L’univers n’a plus besoin d’une cause première. Il apparaît par la grâce d’une fluctuation quantique (p. 300).

L’univers apparait grâce à une fluctuation quantique : voilà donc un nouveau credo provisoire, qui hantera désormais mon esprit ! Avouons que depuis que je m’intéresse à l’astrophysique, le principe d’incertitude de Werner Heinsenberg m’avait bien séduit, au moment où j’en pris connaissance dans le Tao de la physique de Fritjof Capra, il y a une quinzaine d’années. Mais hier, en lisant ce passage, une nouvelle liaison s’est effectuée dans mon imagination. Je n’avais jamais songé que cette hypothétique particule initiale, étant donné sa taille infime et sa masse infinie, puisse être soumise à ce principe. Pourquoi ? J’ai toujours cru qu’il s’appliquait à toutes les particules de l’Univers dans son étendue infinie, en ce moment même, sans faire cette transposition d’échelle ramenant l’Univers à une seule particule infime, même dans un vide dont on ne connaît la nature exacte pour le moment.

Serait-ce donc un changement de paradigme perceptif que je viens d’expérimenter ? Si tel est le cas, il projette un nouvel éclairage sur ma compréhension de la théorie du big bang; une fluctuation quantique de mon minuscule esprit perdu dans cet infime cosmos, pourrais-je ajouter ironiquement !

Pour rendre compte du chapitre terminé – Le livre d’histoire de l’Univers, même si Trinh Xuan Thuan y présente les différentes étapes de la formation de l’Univers dans une vue à vol d’oiseau, il nous en met pourtant plein la vue, à partir du moment initial de la création de l’Univers – qui n’est pas tout à fait le moment zéro – comme l’a si bien démontré le physicien allemand Max Planck. Même si nous sommes contraints à démarrer cette histoire à 10^-43 seconde, dans une dimension de 10^-33 centimètre, cet état de compression ultime n’empêche pas les astrophysiciens d’élaborer avec infiniment de soin un scénario très détaillé pour chacune des étapes de la formation de la matière. Ce scénario nous conduit ultimement jusqu’à la formation d’amas de galaxies et de superamas. Beaucoup de détails, ayant exigé de nombreuses expérimentations et d’interminables calculs, doivent donc être évoqués pour raconter une histoire des premiers moments qui se déroule dans un temps infiniment court, pourtant. On pourrait résumer ainsi : c’est la plus longue histoire pour le plus court moment de notre propre genèse.

L’auteur ne néglige pas non plus de faire un détour par l’exobiologie, qu’on néglige souvent lorsqu’il s’agit de raconter cette belle histoire. Le passage de la matière inorganique à la matière organique, ce point de rupture ayant permis l’apparition des premiers acides aminés, demeure aussi un moment crucial – sinon, nous n’y serions pas pour nous l’imaginer ! Deux pistes de recherche peuvent retenir notre attention : l’apparition de la vie ou de formes organiques dans l’espace et l’apparition de la vie sur le Terre. Dans ce dernier cas, il suffit de se référer à cette fascinante expérience de Urey-Miller sur les origines de la vie qui serait un des points marquants de notre apprivoisement de cette époque cruciale ayant indélibilement marqué notre destin. Et c’est surtout dans l’adjonction des conditions initiales ayant permis cette genèse du vivant qu’il faut aussi s’étonner.

Au détour, si on laisse un peu galloper son imagination, cette probable contribution de la foudre à l’apparition de la vie - le dieu Zeus des anciens – nous ramène à cette force vitale qu’est l’électricité. Pensons à cette troublante image de Fritz Lang dans Metropolis, au moment d’insuffler la vie à un robot. On comprend depuis un bon moment cette connexion entre la vie et les pulsations électriques – notre coeur ne nous le rappelle-t-ils pas assez à chaque pulsation ou nos interconnexions neuronales à chaque pensée !

L’ordre de grandeur des nombres ou des dimensions figurant tout au long de ce récit, la transformation graduelle des quatres qrandes forces de cohésion de l’Univers et toutes les multiples combinaisons et recombinaisons de différentes particules consituent un récit difficile à comprendre. Même si on ne doute pas de la cohérence de toutes ces explications s’étendant sur un centaine de pages, dans un texte dense, c’est une matière difficile à assimiler, surtout en voulant la lire uniquement comme un roman… Même si ce chapître est garni de schémas explicatifs d’une clarté exceptionnelle, il faut parfois longuement méditer pour comprendre le sens de la réalité qu’on tente d’y exposer sommairement. 

Là ou on risque de devenir tétracapilotomaniaque… 

L’auteur nous introduit aussi à une terminologie imagée. Il utilise par exemple la notion d’univers-jouets – un terme que je ne connaissais pas – pour nous parler des simulations. Cet astrophysicien ouvre aussi une parenthèse très intéressante sur les modèles théoriques en nous exposant clairement les différentes contraintes gravitationnelles qui doivent être appliquées aux différents modèles, surtout en tenant compte de la matière supplémentaire requise pour leur fonctionnement adéquat – ce pourrait être dans ce cas la matière sombre évoquée dans un billet précédent.

Pour demeurer au niveau de ces simulations, comment les astrophysiciens doivent-ils s’y prendre pour compléter le modèle standard ? Selon lui, «les théoriciens qui tentent d’unifier les quatre forces de la nature en une seule prédisent, dans les toutes premières fractions de seconde d’apparition de l’Univers, l’apparition d’une foisson de particules aux noms les plus étranges les uns que les autres, mais qui ne manquent pas d’une certaine poésie : neutrions, axions, photinos, higgsinos, gravitinos, monopoles magnétiques, pyrgons, maximons, newtorites, etc. ». Un peu plus loin il précise « qu’à l’exception des neutrinos, aucun de ces objets ou particules n’a été découvert jusqu’à présent ni dans l’univers, ni en laboratoire ».

On se retrouve ici en plein coeur de l’astrophysique théorique – sans être pourtant dans la théorie des cordes. Nul doute que le modèle standard est tout à fait cohérent et tient la route. Si on veut s’étonner de la complexité de cette danse cosmique des particules, il suffira simplement de se balader entre les multiples ramifications et renvois dans la liste publiée dans Wikipédia; cette balade nous rappellera bien combien de temps on peut passer à comprendre cette extraordinaire chorégraphie de la matière. Ainsi, on pourrait donc décréter sans malice que l’astrophysique est une science tétracapilotomaniaque; il faut vraiment couper les cheveux en quatre pour s’y retrouver ! Sans malice, oui, et sans vergogne non plus, faut-il vouer une grande admiration pour ces jeunes étudiants et étudiantes qui se lancent sur une si longue route, un si périlleux itinéraire intellectuel que j’aimerais maintenant entreprendre, si je pouvais revenir en arrière. Une certaine nostalgie des comencements, moi aussi !

Pour continuer à peaufiner le modèle standard du Big Bang, nous continuons à observer des phénomènes cosmiques de plus en plus loin dans l’espace-temps. Même en considérant l’amélioration incessante des instruments d’observation(pensons à WMAP ayant remplacé avantageusement COBE dans l’observation du fond diffus cosmologique ou à Hubble bientôt remplacé par James Webb) nous demeurerons toujours soumis aux limites de l’horizon cosmologique. Tant et tout va si bien pour le modèle cosmologique standard semble-t-il, même si 96% manque à l’appel comme nous l’avons mentionné précédemment. Mais il y a péril en la demeure pour une autre théorie cosmologique réputée – la théorie des cordes – qui tente pourtant de conserver une place respectable dans la communauté scientifique.

… ensuite, au bout de la corde ?

Alors, dans un autre ordre d’idée, septembre demeurant ce mois de la rentrée jusqu’à preuve du contraire, pour des millions d’étudiants et d’étudiantes reprenenant le chemin de l’école, cela permet d’espérer qu’une génération montante de chercheurs et de chercheuses à l’affut des derniers retentissements dans l’arène de débats entre les théories cosmologiques. Sans prétendre que la cosmologie est cousue de fil blanc, semble-t-il que la théorie des cordes suscite de plus en plus la controverse. Dans le Scientific American de septembre, une recension de George Johnson – ironiquement intitulée The Inelegant Universe - leur permettra de se mettre quelque chose «sous la dent» pour ces longues soirées d’hiver ou avant de s’inscrire à leur cours de physique théorique.

Johnson émet un point de vue assez critique sur la théorie des cordes, soulevant ironiquement les titres complexes, sinon ésotériques, des articles scientifiques qui selon lui prétendent pourtant au sérieux.

Deux nouveaux livres suggèrent plutôt le contraire : que la frénésie de la recherche dans les cordes, les branes et les dimensions incurvées est un cas de surface sans profondeur, un brassage solipsiste de symboles aussi pertinent spour comprendre l’univers qu’une prose dadaïste générée automatiquement.

The trouble with physics – Lee Smolin

Pour donner un avant goût du lieu de discours de Smolin, Johnson en extrait un propos s’inscrivant bien dans le contexte social et économique dans lesquel se déroule la recherche scientifique. Malgré toute l’objectivité qu’on veut bien prêter à la science, il est impossible de faire abstraction du creuset dans lequel s’élaborent nos discours et nos pratiques. La science est un gagne-pain aussi. Selon Smolin, donc, « certains jeunes théoriciens des cordes m’ont dit qu’il se sentent contraints à travailler sur la théorie des cordes, qu’ils y croient ou non, parce que cela est perçu comme le billet d’entrée pour un professorat à l’Université ». Cela ne rappelle-t-il pas étrangement ce débat soulevé dans le billet Au cas où l’Univers aurait eu un début, relativement aux ficelles qui se tirent derrière la remise de subventions à la recherche ? Rappelez-vous cette fameuse lettre ouverte à la communauté scientifique, signée par des chercheurs qui se plaignent du manque de subvention pour certains domaines novateurs.

 Not Even Wrong – Peter Woigt

Le passage retenu par le recenseur met aussi en relief la difficile articulation entre les modèles théoriques et la réalité; ce serait un problème de nature épistémologique étant donné qu’il n’est pas possible d’expérimenter sur les entités dont il est question. « Dès qu’on commence à étudier les détails d’une théorie des cordes à dix dimensions, l’annulation des anomalies, les espaces de Calabi-Yau, etc., on réalise qu’une corde vibrante et ses notes musicales n’ont qu’une relation poétique avec les enjeux réels dont il est question ».

En résumé, ces deux nouveaux essais feront sans doute des vagues et pourront alimenter bien des conversations. Permettront-ils cependant de changer la trajectoire de la recherche, suggérant même, à la fin de sa recension, que «ce champ [de recherche] est de retour à la case départ : une récente recherche suggère, en effet, qu’il y a 10⁵⁰⁰ théories M parfaitement valables, chacune décrivant une physique différente».

Cependant, il laisse entendre que de grandes percées en mathématiques ont été rendues possibles grâce à ces recherches, ce qui ne résoud pas cette impasse dans laquelle semble être empêtrée la théorie. Personnellement, ayant tenté de percer les arcanes de la géométrie riemannienne en lisant un ouvrage grand public, The Elegant Universe de Brian Greene, et n’ayant même pas encore réussi à ouvrir The Fabric of The Cosmos, ces deux nouveaux essais n’en demeurent pas moins un attrait.

Pour qui s’engage dans ce champ prometteur de recherche, de tels constats peuvent inquiéter devant un tel état de faits. On pourrait en ajouter un autre : malgré ce foissonnement d’ouvrages destinés au grand public, nous n’avons même pas le temps d’assimiler les fondements d’une théorie – la premier ouvrage de Greene date déjà de 6 ans – que nous devons faire face à des ouvrages qui chamboulent, sinon déstabilisent sérieusement cette théorie. Comment peut-on espérer ainsi que le grand public s’y intéresse ? Et comment ne pas être surpris que les organismes subventionnaires émettent ainsi des réserves ? Devant l’étendue incroyable de ces pistes de recherche qui, sans mener nulle part, peuvent conduire à un certain flou s’installant petit à petit dans la cosmologie contemporaine, comment devrait-on réagir, même en non scientifique ?

Une ultime question émerge alors : en dehors des planétariums et des publications à tirage limité, quelle image peut-on se faire de la cosmologie ? Comment se représenter l’Univers, mentalement et intellectuellement, en tenant compte en plus de ce débat où les partisans du dessein intelligent tentent de clouer le bec à une communauté scientifique qui tient le discours  évolutioniste Darwinien ? Tout pourrait porter à croire à nouveau que la cosmologie est au bout de sa corde, en quelque sorte, en période de crise où elle doit se redéfinir et repenser ses fondements théoriques.

Pour ceux qui voudraient quand même se raccrocher…

Afin d’éviter de prendre partie et de tenter de regarder de l’autre côté du mur, Johnson a l’honnêteté de nous renvoyer à la recension de Jim Holt – intitulée Beyond the Standard Model - parue en en avril dernier. Ainsi, on pourra équilibrer sa bibliographie afin de faire contrepoids avec Smolin et Woit.  Jim Holt, dans cette recension, rappelle que les assises du modèle standard se sont suffisamment solidifiées depuis une trentaine d’années, avec cohérence, et que les modèles théoriques supplémentaires ne semblent pas vraiment nécessaires, d’autant plus qu’il semble que les nouvelles théories conduisent dans un champ de recherche inexpérimentable – oui, dans ce sens que les entités utilisées sont des entités théoriques. Serions-nous alors dans le champ de la métaphysique au lieu du champ de la nouvelle physique, laisse-t-il entendre subtilement.

Il examine donc scrupulelusement chacun de ces trois ouvrages qui sont au contraire des essais publiés par des théorieciens de la physique qui défendent ardemment leur cause. Cette recension est à lire absolument, mais ces trois essais peuvent facilement garnir une bibliothèque, sion désire continuer à approfondir sa recherche et sa réflexion sur la physique théorique.

WARPED PASSAGES
Unraveling The Mysteries of the Universe’s Hidden Dimensions
Lisa Randall
Ecco (HarperCollins), 2005

THE COSMIC LANDSCAPE
String Theory and the Illusion of Intelligent Design
Leonard Susskind
Little, Brown and Company, 2005

HIDING IN THE MIRROR
The Mysterious Allure of Extra Dimensions, From Plato to String Theory and Beyond
Lawrence M. Krauss
Viking, 2005

Voilà, donc, il ne reste qu’à continuer à explorer la route. Si des lecteurs ou des lectrices ont des commentaires sur leur expérience de lecture des ouvrages mentionnés dans ce billet, ils sont bienvenus. Pour le moment, les essais les plus tentants pour la rentrée sont bien sûr ceux de Smolin et Woit – leur arrivée en librairie est sous surveillance. La trilogie de Tuan, ce chantier de lecture automnal, demeure cependant une priorité pour le moment…

Et enfin, si vous êtes totalement désespéré et que la beauté de l’Univers vous intéresse malgré tout…

En tenant compte de tous ces débats, en étant plongé dans des lectures les plus passionnantes les unes que les autres, en étant obnubilé par tous ces détails, en tentant de comprende malgré tout et en voulant surtout retrouver un peu de beauté, ne suffit-il pas de repérer alors un beau livre de table à café qui nous réjouit de ses images, de ses planches explicatives, mais sans nous plonger dans la tracasserie des détails ?

Et bien oui, si vous le voulez, cela est encore possible ! Il suffit de vous procurer – ou d’emprunter à votre bibliothèque – un merveilleux livre d’une facture exceptionnelle dans sa présentation et son contenu. C’est une espèce d’atlas vraiment à jour, superbement illustré mais surtout émaillé de planches explicatives à couper le souffle. Car tout ce qui est discuté dans les billets de ce blogue peut se résumer, peut se rapporter à quelque matière qui se digère. Sous la direction de Martin Rees, et malgré toutes les controverses que nous exposons ici, ce livre me réconcilie quand même avec le système solaire, les planètes, les galaixies et leur voisinage ainsi tous ces objets célestes qui ne demandent que notre admiration. Un souffle unificateur traverse cet ouvrage. Enfin, ces nombreuses heures passées dans les librairies à contempler ces grands livres, depuis des années, m’auront permis de trouver une espèce de consolation : Universe, The Definitive Visual Guide. Pour votre bas de Noël, si vous le désirez. Je vous le souhaite !