Cosmologie

Les mots clés , pour essayer de comprendre la naissance de l’univers sont : matière , espace, temps, vide , lumière, énergie et force .

On verra que ces notions sont plus étroitement imbriquées les unes aux autres que ne pourrait le laisser supposer une étude superficielle . La science moderne ouvre de nouvelles perpectives à notre imagination et démontre l’inutilité de certaines questions que les hommes se sont posés jusqu’ici sur l’origine du monde .

C’est probablement le problème le plus ardu que nous ayons à résoudre et , si nous ne sommes pas prêts à percer son mystère, peut être faut – il simplement essayer de commencer à poser les bonnes questions .

Attention , pas un de ces petits riens mesquins comme Dieu, le vide , le néant , le zéro qui sont là pour vous faciliter l’existence.

Quand je dis RIEN c’est rien de visible, rien de perceptible, rien d’imaginable, rien de mesurable, rien d’éphémère, rien de durable...

Comment imaginer l’absence d’espace, l’absence de dimension, de volume , de surface de ligne ou même de point ? Comment imaginer l’absence de lieu alors qu’il va se passer quelque chose ?

Quand on cherche un exemple illustrant le VIDE , on imagine quand même un espace, confiné (soit par de la matière , soit par notre imagination) dans lequel on ne trouve pas le moindre atome pas la moindre particule matérielle et, si possible, (mais c’est plus difficile) pas le moindre rayonnement .

Probablement que tant qu’on braquera notre caméra sur le lieu présumé vide , pas un atome, pas une particule ne viendra narguer notre objectif . Mais si on procède à un zoom arrière assez conséquent , on verra apparaître les murs du laboratoire qui abrite la chambre à vide où la galaxie qui contient les étoiles parmi lesquelles on a situé notre sphère virtuelle et on en déduira que dans l’univers, le vide n’est qu’une particularité locale de l’espace et qu’il n’a de réalité (s’il en a vraiment une) que dans le cadre d’un volume de dimensions finies.

Mais pourquoi n’imaginerait – on pas un vide théorique de dimensions infinies ?

L’imaginer est, certes, toujours possible, mais il faut accepter d’être en contradiction avec l’un des principes de base de la relativité générale (c’est à dire de la science actuelle) qui postule que l’espace n’est qu’une propriété de la matière. Ce qui en d’autres terme signifie : sans matière , pas d’espace et sans espace , évidemment , pas de dimension finie ou infinie, pas de lieu où l’on puisse situer la naissance de l’Univers.

Pour essayer de comprendre ce que cela signifie, il nous faut d’abord admettre que pour définir un espace physique, on a besoin de le rattacher directement ou indirectement à un point matériel .

Qu’on fasse allusion à la distance entre deux atomes, à l’intérieur d’une bouteille, à la sphère terrestre , au système solaire, à la galaxie, au vide inter sidéral ou à l’Univers tout entier, on recourt toujours à de la matière pour localiser ou délimiter l’espace dont on veut parler .

Donner les coordonnées ou les limites d’un espace physique revient à le rattacher à la matière .

Les objets physiques sont ceux qui sont rattachés , d’une façon ou d’une autre, à la matière .

Il semble qu’on puisse dissocier l’espace physique en deux sous ensembles : celui qui contient de la matière et celui qui est vide de matière.

Prenons un exemple de cette dissociation : la Terre (solide) et son atmosphère (gazeuse) sont des espaces matériels . Ils baignent dans un espace immatériel qu’on appelle souvent « le vide intersidéral ».

A ce stade , si on reprend la proposition relativiste : « l’espace n’est qu’une propriété de la matière » , elle paraît tellement évidente en ce qui concerne la Terre et son atmosphère, qui SONT de la matière , qu’on se dit qu’il n’est utile d’en faire la démonstration que dans le cas du vide intersidéral .

En réalité , cette évidence cesse d’en être une si on change l’échelle des distances .

Par exemple : si on plonge au cœur d’une galaxie, structure matérielle par excellence, on constate qu’il s’agit en réalité d’un vide saupoudré d’étoiles . On a donc tendance à dire que seules les étoiles sont matérielles, mais le même phénomène se reproduit quand on plonge au sein de l’étoile entre le noyau et les électrons des atomes : on retrouve le vide ce qui montre la relativité des attributs « vide » et « matériel ».

Pour régler le cas de l’atome , on va d’abord objecter que le modèle qui présente la matière comme composée de corpuscules quasi ponctuels occupant « l’immense » vide atomique, (des corpuscules stables et localisés avec certitude à l’instant choisi), n’est plus valable depuis longtemps . Les contours du noyau sont flous. L’électron ne trace pas une trajectoire précise autour du noyau comme le fait une planète autour du soleil, mais il occupe, selon une loi mystérieuse, l’espace qui lui est dévolu, un peu comme s’il s’agissait d’une flaque (une onde) entourant le noyau, agitée par une vague en forme de kyste (une vibration), se mouvant très rapidement dans tous les sens de façon imprévisible. Le vide atomique est en réalité le terrain de jeu de l’électron probabiliste. Il n’est que « probablement ou momentanément » vide et ses dimensions ou son contenu, obéissent aux exigences de la matière soumise aux influences des photons ou des gluons qui assurent la cohésion de l’ensemble. La cohésion entre les atomes elle aussi est le fruit de forces électromagnétiques liées à leur configuration . Cela explique que les distances entre les atomes dépendent (entre autres) de leur nature . Deux atomes de zinc, par exemple, ne vont pas cohabiter à la même distance que deux atomes d’oxygène.

Donc , l’espace occupé par les atomes fait partie de leur « signature », il s’agit de l’une de leurs caractéristiques physiques et il serait aussi abusif de considérer qu’il n’entre pas dans la constitution de la matière que de considérer qu’un ballon se réduit à son enveloppe en excluant le gaz qu’elle contient .

En conclusion, schématiquement, un atome, c’est un noyau, des électrons et un espace et s’il est un domaine où « l’espace est une propriété de la matière », c’est bien au sein de la matière elle même.

Mais cette proposition est loin d’être évidente en ce qui concerne le vide intersidéral . Au point que quand on parle d’espace, c’est souvent à lui qu’on fait implicitement allusion. Nous imaginons, en gros, l’espace comme une scène où les acteurs : étoiles, planètes, nuages de gaz se meuvent poussés par des forces mystérieuses (impulsion, gravitation) qui se combinent pour donner à l’univers son apparence. Mais nous imaginons la scène comme un lieu indépendant de la présence des acteurs, un lieu qui existait avant qu’on l’occupe, ce qui prouve que notre intuition est à priori réticente à l’amalgame entre l’espace et la matière que proposent les thèses relativistes.

Pour comprendre à quel point notre vision d’un l’espace indépendant de la matière est fausse, il faut prendre conscience de certains faits.

1 D’abord , il nous faut admettre que le vide est le siège de forces dont la meilleure preuve est la captivité en laquelle la Terre tient la Lune. Il est aussi le siège de rayonnements qu’illustre chaque jour la lumière qui nous parvient du Soleil et des étoiles ou l’alignement de l’aiguille d’une boussole selon les lignes d’un champ magnétique. Ces rayonnements et ces forces démontrent que les divers points matériels qui délimitent le vide, émettent entre eux des signaux permanents. Ces signaux sont inhérents à l’entité matière et ils traduisent sa capacité à exercer une influence à distance, c'est-à-dire dans le cadre d’un espace qu’elle n’occupe que partiellement. La première question que nous devons nous poser est donc la suivante : quand elle est née, la matière « savait – elle » qu’elle allait être confrontée à un espace, ce qui expliquerait qu’elle soit pré – adaptée à son existence grâce aux interactions qui la caractérisent, ou tout simplement, doit – on admettre que la matière et l’espace sont nés ensemble, qu’ils sont une seule et même chose, ce qui voudrait dire que l’espace découle des lois de la matière et qu’il est inhérent à son existence ? Comme il est difficile de doter la matière d’un projet (je me munis d’une force de gravitation pour le cas où je devrais occuper partiellement un espace) , c’est tout naturellement la seconde hypothèse que nous privilégierons. En somme, cela revient à dire que s’il n’y a rien dans l’univers (même pas la pensée) qui ne découle plus ou moins directement des lois de la matière, il y a peu de chance que l’espace lui-même échappe à cette règle.

2 Poursuivons notre étude par une brève réflexion sur la nature du vide physique :

Aujourd’hui, nous savons que le vide absolu n’existe pas. Il s’agit encore d’un concept mathématique que la physique récuse . En réalité, il semblerait qu’au sein du vide, se créent en permanence des paires particule – antiparticule qui se neutralisent immédiatement mais manifestent la présence d’une énergie qu’on appelle prosaïquement « énergie du vide ». Au niveau de la physique des corps, pour créer du vide, il faut s’opposer à la tendance naturelle de la matière qui est de se rassembler sous l’influence des forces de gravitation. Qu’il s’agisse de faire le vide dans une chambre conçue à cet effet ou de séparer deux étoiles qui ont une forte propension à se précipiter l’une contre l’autre, la construction du vide mobilise de l’énergie. Aussi, c’est un juste retour des choses que ce vide, une fois construit, soit doté d’une certaine énergie. Tout le problème est de savoir si cette énergie est une énergie propre ou au contraire une énergie communiquée au vide par la matière lorsqu’on lui impose de le créer. La première hypothèse trouve une illustration dans la théorie qui prétend que l’Univers serait en expansion grâce à l’énergie fournie par d’immenses bulles de vide qui en formeraient la structure interne, et à l’intersection desquelles se situeraient les galaxies, qui seraient, de ce fait, réparties selon des filaments matérialisant leurs régions frontalières. Si le vide est moteur, son énergie est propre. La seconde hypothèse est plus proche de notre appréhension de la physique classique, puisque nous savons qu’il suffit d’éloigner des masses agglutinées pour créer un vide et qu’à la création de ce vide correspond une énergie potentielle. Imaginons, par exemple, qu’on utilise toute la matière de la terre pour créer une surface sphérique creuse, et donc délimitant un vide, sa tendance sera de reformer le volume initial. Il est possible que l’énergie potentielle ainsi créée traduise une « contrariété » de la matière et que cette « contrariété » crée dans le vide des tensions tendant à le doter d’une énergie.

De toute façon, si l’énergie du vide se concrétise par la création fugace de particules matérielles en son sein, n’est – ce pas une preuve évidente de sa filiation à la matière ? Et puis, qu’il soit actif ou réactif, cette conception du vide s’oppose à celle d’un espace « neutre », d’un théâtre passif, puisque tout porte à croire qu’il joue un rôle dans la pièce qui se trame sous nos yeux.

3 Pour finir, nous allons découvrir que l’espace n’est pas seulement un lieu, indépendant des phénomènes qui s’y déroulent et des objets qui l’habitent, qu’il est doté de propriétés et que ces propriétés changent sous l’influence de la matière qu’il contient.

A partir d’un objet mathématique purement conventionnel : le point , nous avons bâti une géométrie dans laquelle la ligne droite est le plus court chemin d’un point à un autre, deux parallèles ne se coupent pas (ou se coupent à l’infini) , la somme des angles d’un triangle est égale à 180° , le rapport entre la circonférence d’un cercle et son diamètre est égal au nombre pi , …

Il semble que le premier but de la géométrie soit de décrire la façon dont la matière occupe ou délimite l’espace mais elle va aussi s’avérer très utile pour décrire l’espace lui même en tant que support de certains phénomènes. Par exemple la droite est la trajectoire d’un rayon lumineux dans le vide où dans un milieu transparent homogène ; les rayons lumineux qui nous parviennent d’une étoile très lointaine , supposée à l’infini, sont parallèles ; un électron correctement propulsé dans un champ magnétique décrit un cercle .

Pour prouver que pour décrire l’espace, il faut quelquefois avoir recours à une géométrie différente, il suffit de se transporter sur une étoile très dense où la gravité est des millions de fois plus élevée que sur notre planète . La relativité générale, (confirmée par l’expérience), nous apprend qu’au voisinage de cette étoile, « le chemin le plus court» , même si on continue à l’appeler « droite », n’est plus la figure rectiligne qui nous est familière mais une figure différente que nous convenons d’appeler « courbe » dans notre système de pensée . Cette propriété est confirmée par les rayons lumineux provenant d’étoiles plus lointaines , qui sont déviés et s’incurvent au voisinage de l’astre massif qu’ils frôlent sur leur route, avant de parvenir jusqu’à nous .

Notre culture Euclidienne nous incite à décrire ces rayons lumineux comme « courbes » , c’est à dire obéissant à des lois qui n’ont pas cours dans notre milieu où ils ont une rectitude sans faille quand ils traversent le vide.

Mais si on pouvait interroger ce rayon, il nous dirait qu’il s’est déplacé en ligne droite tout le long de son trajet . Simplement , quand il est passé à proximité de l’étoile massive, la ligne droite était courbe . Finalement , donc, dans une langue universelle, (recouvrant à la fois les réalités Euclidiennes et celles qui ne le sont pas), on pourrait définir la ligne droite comme « le trajet d’un rayon lumineux dans le vide» .

Mais là où ça se complique c’est que la ligne droite n’est pas le seul concept spatial affecté par la proximité de l’astre massif : les parallèles se coupent , la somme des angles d’un triangle est supérieure à 180° , le rapport entre la circonférence d’un cercle et son diamètre n’est plus le nombre pi .

En bref , c’est l’espace physique tout entier qui est transformé : il ne s’agit plus du même espace que celui qui nous est familier .

A ce stade , si vous admettez que l’espace à proximité d’un objet matériel très massif est radicalement différent du nôtre et si vous admettez que l’espace tout entier est formé de lieux, tous plus ou moins proches d’objets plus ou moins massifs, c’est à dire plus ou moins influencés par la matière , il est facile d’admettre que si on retire la matière, on supprime l’influence qui fait de l’espace ce qu’il est .

Et si l’on met bout à bout les faits que nous venons d’exposer , qui tous nous donnent de bonnes raisons de penser que non seulement l’espace est façonné par la matière mais que son existence, elle-même, découle des lois de la matière, le vide intersidéral obéit aux mêmes règles et aux mêmes contraintes que celui qui caractérise l’intérieur d’un atome.

L’univers est composé exclusivement de matière dont les forces constitutives imposent la création de l’espace.

Mais à quoi peut bien ressembler un espace qui, faute de matière, n’est soumis à aucune des influences qui font de lui un espace ?

A une absence d’espace , tout simplement, car l’espace, n’est pas autre chose que l’ensemble des mots qui permettent de le décrire et des causes qui permettent d’en expliquer l’existence.

Ce qui fait que l’histoire de l’Univers commence mal parce qu’on a beaucoup de mal à imaginer ce qu’il y avait AVANT la matière dans un NON - LIEU .

Mais remarquons qu’on pourrait aussi doter l’espace des propriétés matérielles, postuler que l’espace c’est de l’énergie, que cette énergie se manifeste quelquefois sous forme de masse mais que celle-ci n’est pas uniformément répartie, qu’elle est concentrée en certains points, ce qui revient à dire que la matière n’est qu’une propriété de l’espace et que dans ce cas, on pourrait concevoir un espace sans matière.

Vous imaginez : pas de temps . Pas d’après , pas d’avant . Pas de durée donc pas d’événement . Ou peut être est – ce le contraire ? Pas de matière, donc pas d’événement . Pas d’événement donc pas de temps.

Certes , on perçoit vaguement que tous les dispositifs permettant de mesurer le temps, qu’ils soient naturels comme la ronde de la Terre autour du soleil ou provoqués comme l’oscillation d’un quartz soumis à une pression, ont quelque chose à voir avec les lois de la matière , mais il est tentant d’imaginer que le temps ne s’arrêterait pas de s’écouler si on supprimait tout les dispositifs qui servent à le mesurer .

Par contre, il est indubitable qu’en supprimant seulement quelques unes des propriétés de la matière, on fige le mouvement , le vieillissement , les mécanismes de la pensée (…) et tous les changements qui justifient l’existence d’un temps .

Le temps a t - il une réalité en dehors du changement ? Ne serait –il pas en somme une invention des vivants destinée à mesurer , décrire ou prédire les changements ? La dynamique ne serait–elle pas tout simplement une science du changement appliquée essentiellement à l’espace ?

Le mouvement qui associe espace, matière et temps doit t- il être conçu comme un événement se déroulant dans un cadre spatial indépendant de lui ou comme un événement modifiant l’espace ?

Pendant longtemps, on ne l’envisageait même pas et on a dissocié le temps de l’espace. Mais aujourd’hui …

A un instant donné chacun d’eux va dire l’extrémité la plus éloignée de la gare se trouve à une distance (une abscisse) X, l’extrémité la plus proche à une distance x donc la longueur de la gare est D = X–x. L’ennui, c’est que l’un des observateurs est immobile par rapport à la gare (on dit qu’il est dans un repère propre) et que l’autre est en mouvement (il est dans un repère impropre) . Et cette différence va faire que les distances paraîtront plus petites pour le voyageur que pour le chef de gare dans un rapport qui dépend de V, la vitesse du train et de C , la vitesse de la lumière . Donc, au total, la longueur de la gare paraîtra (on devrait dire « sera ») plus petite pour le voyageur .

Imaginons maintenant que nos deux observateurs cherchent à mesurer la durée d’un événement, par exemple le temps T que met un voyageur du train à traverser un wagon de longueur D.

En se basant sur l’exemple précédent , on devine que le chef de gare (qui désormais occupe le repère impropre) va trouver une longueur de wagon (D’) plus petite que celle que déterminera le voyageur (D) mais il nous reste à découvrir que lorsqu’il va mesurer la durée du déplacement, le chef de gare va trouver une valeur (T’) plus grande que celle évaluée par le voyageur (T) .

Avant on croyait que D (l’espace) et T (le temps) étaient identiques pour les deux observateurs et indépendants l’un de l’autre , et bien ce n’est pas vrai : en réalité, D est différent de D’ , T est différent de T’ et c’est la quantité DT qui est constante (autrement dit le DT du voyageur est égal au D’T’ du chef de gare) .

Bien sûr , dans le contexte où nous nous situons , la différence entre D et D’ ou entre T et T’ , qui dépend de la vitesse V du train comparée à celle de la lumière, sera infime : tout au plus quelques milliardièmes de mètres ou de secondes. Pas de quoi jeter aux orties la physique classique dont les résultats sont très voisins de ceux de la relativité. Mais quand les repères se meuvent à très grande vitesse l’un par rapport à l’autre, c’est une autre paire de manches et seule la relativité permet de donner une interprétation acceptable de certains phénomènes .

L’espace PHYSIQUE ne peut être réduit au cadre d’un événement (la gare, les rails, le ciel) il intègre forcément tous ses constituants (le train, les observateurs, le soleil, la lune …) et résoudre un problème : évaluer une distance, mesurer une durée, c’est chercher à quantifier un lien entre ces constituants. Un déplacement modifie la nature des liens qui relient les constituants d’un espace, donc il le déforme.

On voit que quand un événement déforme l’espace (ici le déplacement d’un train) , c’est comme s’il déformait un corps élastique pour lequel un étirement, qui provoque une augmentation de la longueur va avoir pour conséquence une diminution de la largeur . Ici, c’est une action sur l’une des dimensions dites géométriques (contraction de la distance D pour le chef de gare) qui a des répercussions sur le temps (dilatation de la durée T pour le chef de gare) . Les 3 dimensions géométriques de l’espace sont donc liées au temps pour former ce qu’on appelle un ESPACE – TEMPS . à 4 dimensions .

La relativité générale donne d’autres exemples de la relation complexe entre la matière, l’espace et le temps. Par exemple, au voisinage de l’étoile très massive que nous évoquions tout à l’heure , le temps s’écoule plus lentement que sur un astre moins dense .

Mais, pour en revenir à ce qui nous préoccupe, nous espérons vous avoir convaincu de l’inutilité de la question : « qu’y avait – il AVANT l’Univers ? » Car tant que la matière n’a pas été crée , il n’y a pas d’espace et sans l’espace , il n’y a pas de temps (puisque l’espace et le temps sont liés) et sans le temps, il n’y a pas d’AVANT . La notion d’antériorité bute sur l’absence de matière . Une autre question ?

Nous connaissons surtout l’absence de lumière comme une ambiance propice à faire des cochonneries .

Mais à la création de l’Univers, c’est plus difficile car la température de la chambre doit être de quelques milliards de degrés . Au fait : la notion de température, qui mesure l’agitation des particules matérielles a t – elle seulement un sens en l’absence de matière ?

Non seulement il n’y a pas de lumière, mais pas de rayon X , pas d’onde radio, bref aucun des rayonnements dont nous sommes aujourd’hui « à l’écoute » pour avoir des informations sur l’Univers .

Sa vitesse, notée C est d’environ 300.000 Km par seconde . C’est une vitesse limite qu’aucun objet matériel, aucun rayonnement de nature non lumineuse ne peut dépasser ni même atteindre .

En analysant une expérience qui ne donnait pas les résultats escomptés, EINSTEIN (s’appuyant notamment sur les travaux de POINCARÉ) a fondé la relativité restreinte sur la constatation suivante :

Le chef de gare et un voyageur du second train voient tous les deux le premier train s’éloigner . Mais pour le chef de gare le 1^er train s’éloigne à la vitesse de 100 km/h tandis que pour le voyageur, il s’éloigne moins vite, en principe à la vitesse de 100–30= 70 km/h.

Tout cela paraît somme toute assez naturel puisque, à la limite, si les deux trains roulaient tous les deux à la même vitesse, ils ne s’éloigneraient pas l’un de l’autre.

Ce qui l’est moins, c’est que si on remplace le premier train par un rayon lumineux (ou par une particule lumineuse, le photon) se déplaçant à la vitesse de 300.000 km/s, même si le second train roule à la vitesse de 299.999 km/s (comme le fait couramment le BEZIERS - NEUSSARGUES) , le chef de gare et le voyageur verront le photon s’éloigner à la même vitesse de 300.000 km/s . C’est magique , non ?

De plus, la vitesse à laquelle le voyageur du second train voit le premier s’éloigner n’est pas exactement 70 km/h mais une valeur très voisine.

lumière et courbure

On a vu , au premier chapitre, comment la matière courbait l’espace au point qu’à son voisinage, les rayons lumineux, qui épousent sa courbure, adoptent des trajectoires bizarres . C’est un peu comme si la matière avait sur l’espace le même effet qu’une bille métallique sur un drap tendu , créant là où elle est localisée une déclivité plus ou moins importante selon son poids , déclivité qu’épouse la trajectoire lumineuse.

Ce phénomène trouve son paroxysme dans les TROUS NOIRS dont tout le monde a entendu parler .

Les trous noirs, ont d’abord été des objets théoriques nés de la relativité générale avant de devenir une réalité dont on pense avoir détecté plusieurs exemplaires .

Ce sont les objets matériels les plus denses qu’on puisse imaginer .

Ils sont si denses qu’autour d’eux l’espace est pratiquement fermé, replié sur lui même et la lumière ne peut s’en évader .

Par contre, tous les objets proches et même les rayons lumineux dont la trajectoire passe à proximité, sont comme fascinés, aspirés par ce monstre vorace, ce puits à matière .

La « pente » que crée le trou noir dans l’espace est si forte que tous les astres du voisinage y glissent inexorablement

C’est ainsi qu’on le détecte : aux perturbations induites sur son voisinage . Mais on ne peut pas le voir directement puisque il retient la lumière captive .

C’est pour cela qu’on dit qu’il est « noir » .

Un autre objet théorique, né de la relativité générale est devenu aujourd’hui une réalité incontestable : il s’agit de la lentille gravitationnelle .

Grâce à la façon dont elles sont taillées dans le verre, les lentilles présentent la particularité de concentrer les rayons lumineux provenant d’objets lointains en un point situé devant elles qu’on appelle le foyer .

Pour cela , elles doivent dévier les rayons lumineux qu’elles reçoivent en faisceaux parallèles (comme c’est déjà le cas pour les rayons solaires) afin de les faire converger, ce qui donne une image rapprochée d’un objet lointain et lumineux.

Or , d’après ce qu’on vient de voir , la matière ne se comporte pas autrement et il arrive qu’une galaxie (dont la forme, dans certains cas, n’est pas sans rappeler celle d’une lentille) donne une image d’objets situés derrière elle , dont l’observation serait inaccessible sans cet effet de loupe .Ces images , ont en général la forme d’arcs lumineux ou de croix appelées « croix d’Einstein» dont on voit une photographie ci contre . Elles proviennent d’objets figurant parmi les plus lointains que nous puissions détecter grâce aux plus puissants télescope.

Lumière et temps

La lumière est aussi une machine à remonter le temps .

A la vitesse de 300.000 km/s , la lumière parcourt une distance colossale en une année . Cette distance, appelée année – lumière est une unité couramment utilisée en astronomie . Grâce à cette unité , on comprend immédiatement que lorsqu’on regarde une étoile assez proche de la nôtre, située par exemple à 5 années – lumière de la Terre, l’image qu’on en reçoit est déjà vieille de 5 années puisque c’est le temps que met sa lumière à parvenir jusqu’à nous.

Les amas de matière les plus lumineux (galaxie , QUASAR) peuvent être vus, grâce aux instruments les plus puissants, à plus d’une dizaine de milliards d’années lumière de distance .

Si l’on nous dit que l’Univers est né voilà environ 15 milliards d’années, on remarque que les objets les plus lointains appartiennent à un Univers relativement jeune et cela nous donne des idées . En poussant l’observation un peu plus loin, on peut penser qu’il serait possible d’observer la naissance du bébé Univers.

Mais c’est hélas impossible. D’abord parce que les mécanismes qui ont conduit à la création de la matière ne favorisaient pas l’émission de lumière dans les premières étapes. (les premiers âges de l’Univers sont des âges obscurs) . Ensuite parce que la matière et l’antimatière ont été créées très rapidement .

La matière, légèrement excédentaire a neutralisé l’antimatière et le milliardième restant a constitué l’Univers naissant qui a commencé à se dilater comme mû par une immense explosion à partir d’un point central . Cette explosion, dont on constate encore les effets aujourd’hui, s’appelle le Big Bang. Simultanément à la matière, l’espace s’est déployé comme un parapluie qu’on ouvre, mais au début , il était replié sur lui même autour d’un univers très dense . En ce temps là, les atomes n’existaient pas encore et de ce fait, les photons (la lumière) ne pouvaient pas être libérés.

Il faut donc se résigner à ne pas voir les débuts de l’Univers .

Il a fallu attendre 300.000 années pour que la première lumière soit émise .De cette époque, il nous reste un rayonnement , appelé rayonnement fossile , qui nous parvient de toutes les directions de l’espace.

C’est la lumière initiale, émise à 3000°K qui s’est refroidie jusqu’à 3°K à cause de l’expansion .

Cette expansion de l’Univers, HUBBLE l’a mise en évidence en constatant que toutes les galaxies semblent s’éloigner les unes des autres à une vitesse d’autant plus élevée que leur distance est grande . Comme s’il s’agissait des grains de raisins d’un cake gonflant sous l’influence de la cuisson .

Pas de matière, donc de l’énergie.

Quelles sont les théories actuelles sur la naissance de l’Univers ?

On pense que la matière serait née de l’énergie . On utilise chaque jour l’énergie, aussi bien dans la vie pratique que dans de multiples expériences mais personne ne sait vraiment ce que c’est .

C’est le truc qui fait avancer votre voitures , le truc qui maintient une température idéale dans votre salon, le truc qui vous permet de tourner les pages de ce livre, le truc qui fait la pluie et le beau temps, le truc qui fait pousser les plantes , le truc qui fait naître les bébés , le truc qui vous rend beau et intelligent , le truc qui provoque et organise la ronde des planètes , mais aussi le truc qui est responsable du trou de la couche d’ozone, le truc qui raye Hiroshima de la carte, le truc qui extermine les dinosaures en quelques années, le truc qui met la faim aux entrailles des hommes , le truc qui…

Bref , il ne se passe pas grand chose dans l’Univers qui n’implique un recours à l’énergie d’une façon ou d’une autre .

L’énergie est la chose qui anime tout, qui permet l’existence de tout. C’est la monnaie d’échange de toutes les interactions, la raison d’être de tous les phénomènes , l’organisateur de toutes les manifestations auxquelles la vie nous invite.

La matière elle même EST de l’énergie sous une de ses multiples formes . C’est ce que postule la fameuse formule de EINSTEIN : E = MC² où E est l’énergie équivalente à n’importe quelle chose matérielle de masse M , C étant la vitesse de la lumière en m/s (encore elle !) .

Quand vous montez sur votre balance , le matin , dans votre salle de bain , celle – ci convertit votre poids (qui est une force) en masse, vous multipliez celle ci par C² soit 90 millions de milliards et vous avez votre équivalent en énergie . Vous pouvez être fier de vous et rabattre le caquet de ceux qui vous traitent de minable.

La meilleure preuve de l’équivalence entre matière et énergie est la création d’une paire proton antiproton dans un accélérateur de particules à partir de l’énergie . Mais on peut aussi citer ce qui se passe dans les centrales nucléaires où on transforme de faibles quantités de matière en des milliards de kilowatt – heures.

Ceci dit , si il arrive que l’énergie se montre à nous sous forme de matière, il faut bien reconnaître qu’elle est en général plus discrète que ses médiateurs, bien qu’elle soit en toute chose . Par exemple, on constate que la flamme de notre cuisinière transmet de l’énergie à l’eau qui se trouve dans la casserole .

On le sait parce qu’un dégagement de chaleur est perceptible, parce que les molécules du liquide s’agitent de plus en plus, parce que le couvercle de la casserole se soulève et parce qu’on a décidé que toutes ces manifestations étaient synonymes d’un transfert d’énergie . Mais on ne sait rien du mystérieux agent qui a quitté la flamme pour la casserole . Seules les manifestations qu’il provoque nous font deviner sa présence.

Question : si la matière est de l’énergie, l’énergie ne serait – elle pas en même temps le gaz , la casserole, et l’eau qu’elle contient et l’air ambiant dont la température s’élève et nous même ?

Et dans ce cas , que signifient les termes « transfert d’énergie à la casserole » autrement dit « transfert d’énergie à l’énergie » ?

Alors, n’est –il pas tentant de donner une explication de ce type : l’énergie n’est pas un agent. Pour la quantifier, il est commode de considérer que l’énergie se transfère, mais en réalité, l’énergie EST la capacité de l’univers tout entier à changer de forme et ses manifestations ne sont, en somme, que les frémissements de l’espace qu’elle contrôle par la médiation de la matière . Si l’on considère le gaz , l’air ambiant, la casserole et son contenu comme les composantes d’un même corps, le phénomène observé quand on chauffe la casserole peut être interprété comme un simple changement des caractéristiques géométriques, c’est à dire spatiales, de ce corps (nouvelles associations atomiques lors de la combustion, augmentation de la vitesse moyenne des molécules , changements de phase des corps,…) et il n’est pas plus mystérieux que le changement de configuration qu’on obtiendrait en trempant le doigt dans l’eau de la casserole, ce qui ferait augmenter son niveau (c’est à dire son énergie) par des mécanismes plus accessibles à notre imagination.

En fait, il semble que l’énergie soit le contraire du vide : autant la perception du vide est facilitée si on considère qu’il s’agit d’une particularité locale , autant le concept d’énergie ne devient acceptable que si on le regarde comme une facétie de l’Univers tout entier. Mais en fait, le vide ne résulte t –il pas toujours d’un confinement matériel ? Il peut être créé par des particules chargées qui se repoussent ou il contrarie, dans le cas d’une chambre à vide, la propension des molécules atmosphériques à occuper l’espace qu’on leur a soustrait, ou dans le cas du vide intersidéral, il résulte des contraintes dynamiques qui lient les étoiles entre elles. Bref, en contribuant , de façon essentielle à la distribution de la matière, il doit jouer, dans les phénomènes énergétiques un rôle primordial, et il n’est pas étonnant qu’on ait découvert récemment cette énergie du vide dont nous venons de parler.

Ainsi, énergie et localisation ou construction de la matière sont visiblement liées.

L’énergie caractérise la capacité de l’univers à adopter une forme plutôt qu’une autre.

Sachant cela , il n’est pas étonnant que les scientifiques aient défini l’énergie comme le précurseur de la matière . Il y avait de l’énergie qui allait changer de forme et donner la matière, donc l’Univers . Mais le terme de précurseur est – il adéquat alors que le temps n’existera que quand la matière fera son apparition ?

On peut aussi se demander à quoi ressemble l’énergie quand elle n’a pas encore engendré la matière, sous quelle forme on la trouve , si elle est ponctuelle ou étendue, mais ce sont autant de question qui resteront sans réponses car elles font référence à une conception spatiale de l’existence (description, forme, point , surface ou volume) et nous savons qu’en l’absence de matière , l’espace n’a aucune réalité .

C’est dire si la tâche que se propose d’atteindre la cosmologie, cette partie de la science qui s’intéresse à l’histoire de l’Univers et notamment à sa naissance, est ardue, pour ne pas dire impossible . Mais même si le but paraît dérisoire , même si la route est semée d’embûches et d’erreurs, la connaissance y gagnera toujours quelque chose . Alors essayons .

Energie et forces

Dés lors qu’on passe du particulier au général , les notions de FORCE et d’ENERGIE deviennent affreusement complexes et on a du mal à voir en quoi les définitions qu’on en donne au niveau atomique restent valables au niveau macroscopique. Même le lien entre l’une et l’autre n’est pas des plus évidents .

Par exemple : êtes vous capable de trouver , parmi les 4 forces fondamentales qui gouvernent la matière, celles qui entrent en jeu dans le choc de deux boules de billard ? Et de dire comment , à partir de ces forces on obtient les trajectoires observées ? Ce n’est théoriquement pas une tâche impossible mais faut maîtriser une telle quantité de données qu’il est de beaucoup préférable d’aborder le problème sous l’angle simplificateur de la mécanique des corps qui s’applique à une autre échelle.

On a défini l’ ENERGIE comme la capacité de l’univers à changer de forme . Il est vrai que , par exemple, l’énergie mise en jeu dans la constitution d’un noyau atomique , si elle est libérée, peut alimenter en électricité de nombreux foyers ou ravager une contrée en temps de guerre . Et dans les deux cas, on peut dire que l’univers a changé de forme ou , ce qui revient au même , que des particules ont changé de répartition dans l’espace (ou de nature) . Mais il aurait été équivalent de définir l’énergie comme la capacité de l’univers à rester stable quand elle contribuait à maintenir la cohésion du noyau .

Les FORCES , quant à elles, sont les agents qui contribuent à changer ou stabiliser la répartition de la matière . Si l’on considère que ces forces s’exercent par l’intermédiaire d’échanges de particules (les bosons), ces échanges constituent de très brèves modifications de la répartition de matière. Donc ils mettent en jeu de l’énergie. Mais si on s’arrête à la notion d’échanges, dans le cas où leur nombre ou leur portée n’augmente pas, on peut considérer qu’ils débouchent sur une répartition analogue à celle qui les précédait et donc qu’ils contribuent, à une certaine échelle de temps et d’espace, à la stabilité de la répartition de la matière. Par contre , si le nombre ou la portée de ces échanges varie, c’est forcément que la répartition des particules a changé et que l’énergie s’est manifestée sous une forme qui nous est , en général, perceptible.

Par exemple :

Dans un noyau atomique, si l’on se réfère à l’échange de gluons participant à l’interaction forte, on peut considérer que la répartition des particules subit des fluctuations de courte durée mais , s’agissant d’échanges (un pour un) , sur une période de temps assez longue pour être significative à l’échelle humaine, ils contribuent à confiner les baryons (protons et neutrons) dans un même espace , ce que nous interpréterons comme la stabilité du noyau. Notion qui dépend donc de la finesse de nos observations.

Si l’on suppose maintenant que notre noyau est celui d’un élément radioactif, le Radium et que , sur les 226 baryons qu’il contient, il en éjecte 4 spontanément sous forme d’un noyau d’Hélium formé de 2 protons et 2 neutrons . On dit qu’il émet un rayonnement . Cette émission, appelée émission alpha est observable à l’échelle humaine . Elle a modifié la répartition de la matière de façon perceptible et on dit qu’elle dégage de l’énergie. Le nombre d’échanges de gluons par unité de temps au sein du noyau de l’atome de radium a changé et il est logique de considérer que l’énergie produite par le rayonnement est le fruit de cette diminution et que la capacité du noyau de radium à modifier l’espace (c’est à dire son énergie) à diminué comme l’a fait le nombre d’échanges de gluons par unité de temps .

On peut donc appeler « forces » l’ensemble des mécanismes (parfois antagonistes) qui permettent de répartir la matière, donc l’énergie . Au niveau fondamental, on a vu que ces mécanismes étaient au nombre de quatre et qu’ils contribuaient à la configuration de la matière elle même dans sa forme qu’un anthropocentrisme exacerbé nous conduit à qualifier d’« inerte » . Il n’est pas une modification de la répartition ou de la configuration de la matière, pas un recours à l’énergie donc, qui ne participe de l’une ou l’autre de ces quatre forces fondamentales.

Nous, humains, avons déjà beaucoup de mal à assumer notre animalité et à admettre que les caractères qui nous lient au reste des êtres vivants sont plus nombreux et importants que ceux qui nous en distinguent.

Nos cousins , les animaux ne sont pas différents et tout se passe comme si la reconnaissance mutuelle, l’appartenance à un même Univers était impossible, au sein du monde vivant, en dehors d’une même espèce , c’est à dire d’un groupe autorisant l’inter fécondation qui contribue à sa pérennité .

Dans ces conditions, il n’est pas étonnant que nous ayons plus de mal encore à assumer notre matérialité et que, quand nous actionnons le démarreur d’une voiture, nous examinions les mécanismes mis en jeu en dissociant ce qui se passe dans le moteur de ce qui se passe dans notre tête ou dans nos muscles ou dans l’Univers, mais que cela nous plaise ou pas, de l’intention à l’action, la matière n’a pas eu besoin d’autre chose que d’elle même , elle n’a pas utilisé d’autre recours que ces quatre mécanismes fondamentaux que nous appelons « forces » , non seulement pour mouvoir la voiture, mais pour nous doter de la volonté de le faire, et même pour permettre notre existence au même titre que celle de l’Univers tout entier .

Ainsi , donc, notre « importance » , en tant qu’être vivant, en tant que forme consciente, tient seulement en ce que nous avons notre mot à dire dans la façon dont une portion négligeable de la matière va être répartie sur notre planète et sa proche banlieue.

Négligeable à l’échelle de l’Univers.

Car qu’il s’agisse de l’encre qui constitue les lettres d’un livre ou les notes d’une partition musicale, de la destination de quelques centilitres de sperme, de la situation d’un ballon sur un terrain de sport , d’une accumulation de billets de banque en un lieu plutôt qu’en un autre, de la proportion de protéines contribuant à notre alimentation ou de la composition de la chambre des députés, la répartition de la matière dont nous avons la charge n’est pas sans conséquence sur notre plaisir personnel ou l’avenir de l’humanité .

Pour clore ce travail préparatoire, nous admettrons simplement que le concept d’énergie ne traduit pas autre chose que la capacité de l’Univers a adopter une forme plutôt qu’une autre et qu’à ce titre, si la matière n’est pas autre chose que l’une des formes de l’énergie, il est probable qu’avant la matière, (si toutefois l’antériorité a un sens dans ce contexte) il y eut l’énergie sous une forme qui nous est inconnue et qu’à ce titre nous ne pouvons pas décrire.

Nous allons maintenant aborder le chapitre qui rend compte de la façon dont les scientifiques voient la naissance de l’univers. C’est une théorie qui est sujette à de nombreuses controverses et nous allons voir que les préalables que nous avons posés, s’ils peuvent s’avérer utiles à la compréhension de cette théorie, sont loin de répondre à toutes les questions qui se posent.