Big Bang et au-delà, les nouveaux horizons de l’univers

 Aurélien Barrau est un physicien et un cosmologiste dont les compétences dans les domaines les plus vastes de ces disciplines, qu'elles soient théoriques ou observationnelles, sont impressionnantes.

Big Bang et au-delà, les nouveaux horizons de l'univers

Aurélien Barrau

Réédition janvier 2016

Présentation
Jean-Paul Baquiast
11/01/2016

Présentation du livre par l'éditeur

Notre Univers a-t-il un début ? Est-il unique ? La science moderne a révolutionné notre compréhension de l’Univers. Bien que l’étude du cosmossoit sans doute aussi ancienne que la pensée, notre image du réel est en ce moment même en train de se redessiner. Il est maintenant possible de connaître certains aspects des processus qui eurent lieu moins d’un milliardième de milliardième de milliardième de seconde après le Big Bang.
À la lumière des dernières découvertes du satellite Planck, Aurélien Barrau décrit en termes simples le cosmos qui se dessine sous nos yeux. Trous noirs, modèle standard de la physique des particules,
gravité… les piliers et les énigmes du Big Bang sont abordés les uns après les autres, à la manière d’une balade aux origines de l’Univers.
« Parce que la science est avant tout une aventure humaine, j’ai esquissé, ici et là, en contrepoint des explications physiques fournies dans la langue la plus simple
et la plus accessible possible, mon expérience et mes ressentis. J’ai parfois même fait part de mes convictions et révoltes personnelles. »
 

Aurélien Barrau est un physicien et un cosmologiste dont les compétences dans les domaines les plus vastes de ces disciplines, qu'elles soient théoriques ou observationnelles, sont impressionnantes. Comme il le précise dans sa page personnelle, elles couvrent au plan théorique : cosmologie, phénoménologie de la gravité quantique, diffusion des particules dans la Galaxie, trous noirs, théorie des champs en espace courbe. Au plan expérimental, il s'agit d'astronomie grand champ, de matière noire et d'énergie noire, du rayonnement cosmique, de l'astronomie gamma. Il a participé personnellement et autres autres aux équipes chargées de la réalisation et de l'exploitation du satellite Planck, merveille de l'astrophysique européenne. Il trouve aussi le temps d'être enseignant dans ces divers domaines

.Nous avons présenté plusieurs fois Aurélien Barrau sur ce site, ainsi que quelque uns de ces livres, car il écrit aussi beaucoup, non seulement dans des revues scientifiques, mais à destination du grand public.1)

Il se trouve que, ce même mois de janvier 2016, les Editions Dunod viennent de rendre disponible un ouvrage de Aurélien Barrau, réédition considérablement augmentée et mise à jour, de « Big Bang et au delà, les nouveaux horizons de l'univers ». publié en 2013. Cette réédition ne tient cependant pas compte, sauf par allusions aux recherches mentionnée par notre article de ce mois. Il n'y a rien d'étonnant en cela, vu les délais imposés par l'édition.

Présentation

Le livre comporte 10 chapitres, depuis la question initiale :" Peut-on comprendre l'Univers ? jusqu'à la question finale, "Le multivers". En 150 pages, on y trouve tout ce qu'il faut savoir, si l'on veut se donner une connaissance convenablement informée, de l'origine et du devenir de l'univers. Ces thèmes sont très souvent abordés, non seulement dans des articles scientifiques, mais dans des ouvrages, films et séries télévisées destinés au grand public. Sans être sévère, on peut en dire que l'on trouve dans les medias beaucoup d'approximations et erreurs scientifiques. D'où l'intérêt d'un ouvrage lui même destiné à des lecteurs généralistes, qui fasse le point en 160 pages de l'état des connaissances et hypothèses sur ces questions.

Le livre présente par ailleurs, comme les précédents, de nombreuses références à la philosophie, la littérature et la création artistique, montrant pour qui en douterait l'étroite parenté qui existe entre la cosmologie et les différents domaines de la création. L'auteurpossède tous les titres pour en discuter car sa culture et ses relations sociales l'ont mis en contact avec la plupart de ces oeuvres de l'esprit et beaucoup de leurs auteurs. A ces références, il ajoute de nombreuses considérations personnelles, sur la science, sur la recherche scientifique, l'enseignement et des pratiques sociales quotidiennes, notamment celles qu'il abhorre personnellement, en tant que défenseur des animaux et de leurs droits.

Il résulte de tout ceci que les passages consacrés à la cosmologie, bien que faisant l'essentiel du livre, sont présentés de façon extrêmement synthétique 3). Pour bien les comprendre, il faut disposer d'une base de connaissances scientifiques dont nos lecteurs, sur ce site, sont certainement dotés, mais que beaucoup de lecteurs du livre n'auront pas nécessairement. Ils devront donc se référer sur tous les points difficiles, à défaut d'autressources, à l'encyclopédie en ligne Wikipedia, comme nous le faisons nous mêmes constamment dans nos articles.

Commentaires

Ce serait une erreur de penser que ce livre se borne à rassembler une synthèse des connaissances disponibles dans d'autres ouvrages au sujet du Big Bang, de ses suites, notamment l'inflation, et des « évènements l'ayant précédé », si l'on peut employer cette formulation simplificatrice. Chaque chapitre ou presque présente des considérations originales ou mal connues, dont certaines découlent directement des recherches de l'auteur.

Ainsi p. 21 et 22, les méthodes utilisées par lui et des collègues pour préciser l'étude des rayons gamma à partir des flash de lumière bleue, dite lumière Cherenkov, que ceux ci produisent quand ils percutent l'atmosphère terrestre De même, p.24, les modalités d'interaction des ondes gamma avec les ondes infrarouges et ce qu'elles révèlent concernant la formation des galaxies primitives Ou bien, p. 26, Aurélien Barrau évoque les recherches qu'il a menées avec le détecteur de rayons cosmiques AMS placé sur la Station Spatiale Internationale

Concernant les trous noirs il nous rapporte (p.76) qu'il s'est consacré à leur étude non seulement pour les comprendre dans le cadre de la relativité générale, mais dans le cadre de modèles dits de la relativité étendue, ainsi que de théories modernes de la physique des particules, montrant que certaines instabilités connues en physique des trous noirs peuvent être décrites sans faire appel à des paramètres tendant vers l'infini.

Concernant l'énergie noire, il présente les conclusions des nombreuses années de recherche qu'il y a consacrées. Celle-ci lui permettent aujourd'hui de participer à la mise au point du grand télescope LSST (Large Synoptic Survey Téléscope.) Celui-ci devrait dans quelques années présenter des vues panoramiques du ciel bien plus étendues que celles obtenues par les grands télescopes actuels, VLT ou Keck. Dans ce projet il a pris la responsabilité du banc de test et d'étalonnage de la caméra du LSST, qui sera la plus complexe de celles construites à ce jour. Compte tenu de l'importance du projet et des nombreuses équipes qui y travaillent, on mesure l'importance de son rôle.

Concernant enfin la réalisation et l'exploitation du satellite européen Planck, entré en service en 2013 et consacré à de nouvelles analyses du fond de rayonnement fossile, l'auteur montre bien que ces résultats confirment dans l'ensemble en les précisant les résultats déjà fournis par les prédécesseurs américains COBE et WMAP. Mais il montre aussi que certains « détails » confirment la théorie de l'inflation cosmologique et permettent par exemple de préciser l'époque de l'allumage des étoiles. Il rapporte également certaines anomalies récemment observées dans la répartition du fonds de ciel selon les hémisphères et l'existence d'une vaste zone froide. Certains cosmologistes y voient l'indice d'une rencontre avec un autre univers (voir notre article du 15/12/2015 ) mais Aurélien Bareau ne s'étend pas sur ce point, peut-être du fait que la date d'édition du livre ne lui a pas permis d'évoquer des conjectures trop récentes.

Le livre se termine par l'évocation des deux grandes théories actuelles intéressant la gravitation quantique, c'est-à-dire une synthèse entre la physique relativiste et la physique quantique. Il s'agit, comme nos lecteurs le savent certainement depuis longtemps, de la gravitation quantique à boucles et de la théorie des Cordes. Bien qu'il ait très récemment avec Carlo Rovelli proposé une application de la première dans le cas du possible passage d'un trou noir en trou blanc, il continue à porter le plus grand intérêt à la théorie des Cordes., dite parfois aussi théorie du Tout.

Celle-ci est souvent décrédibilisée par le fait qu'elle évoque la possibilité d'apparition d'un nombre astronomique d'univers, hypothèse non testable pour le moment. Mais Aurélien Barrau, fervent défenseur de l'hypothèse des univers multiples ou plus exactement du multivers, continue à y trouver matière à d'innombrables réflexions, tant d'un point de vue scientifique que philosophique.

L'hypothèse du multivers nous pose évidemment des problèmes considérables, dans le cadre de notre conception traditionnelle du monde. Mais celle-ci se fonde indubitablement sur les images limitées que nous nous donnons de l'univers et de ses origines, Big Bang et/ou Big Crunch. Avec le multivers, nous sommes obligés d'affronter des questions cruciales, non seulement sur le cosmos, mais sur notre cerveau lui-même, qui en construit des représentations ( Voir la deuxième partie de notre article précité « l'univers est-il unique  ? )

Pour Aurélien Barrau, la question du multivers ne doit pas être abordée de façon anecdotique. Elle obligera sans doute l'espèce humaine à revoir radicalement la façon dont elle se représente le monde où elle vit. Ceci notamment en incluant les concepts d'univers dépourvus de temps et d'espace tels que définis non seulement par les équations relativistes mais par notre pratique quotidienne. D'ores et déjà la mécanique quantique le fait et nous utilisons un grand nombre d'instruments divers exploitant par exemple le concept de q.bit. Il faudra sans doute nécessairement, à en croire Aurélien Barrau, faire de même à l'échelle plus large de la cosmologie.

Le cerveau, comme nous l'évoquons dans l'article précité, pourra-t-il
nous permettre cet exploit un jour ? Pourquoi pas, si grâce au progrès des sciences, il s'entraine à le faire, y compris dans la vie quotidienne ? Les primates issus de la forêt du tertiaire ont bien fini par découvrir la mécanique quantique évoquée ci-dessus. Dans ce cas, Aurélien Barrau, avec les quelques collègues qui comme lui explorent la question du multivers, auront entrebâillé des portes bien plus importantes encore que celles ouvertes par les philosophes grecs du 6e siècle avant JC.

Notes

1) Voir notamment
* en octobre 2007
* en décembre 2014
* en ce mois de janvier 2016, nous venons de résumer les hypothèses qu'il vient tout récemment de formuler avec Carlo Rovelli concernant la possible transformation d'un trou noir en trou blanc, autrement dit réémetteur de matière et d'énergie une fois atteint un certain degré de densité. Ces hypothèses s'appuient sur les versions les plus récentes de la gravitation quantique à boucles, dont désormais Carlo Rovelli s'est fait le théoricien mondial le plus consulté.

2) AMS Spectromètre Magnétique Alpha, voir wikipedia

3) Par exemple cette phrase, p.77. « j'ai passé un certain temps à étudier ces modèles, dits de gravitation étendue, où le lagrangien était un peu plus compliqué que celui d'Einstein-Hilbert. Ils ne contredisent pas la relativité mais ils la complètent  ». Ou bien, p. 85 « schématiquement, il est possible de considérer que l'interaction nucléaire faible est construite pour être invariante en tournant dans un espace dont les axes seraient l'électron et le neutrino ».
Ceci dit notre propos n'est pas un reproche mais un constat. On ne peut pas demander à un scientifique d'expliquer tous les termes qu'il utilise, sauf à construire une encyclopédie.

4) On observera, mais ce n'est pas un argument suffisamment déterminant, que Lee Smolin vient de se convaincre du caractère irréductible du Temps. comme rapporté dans notre article de décembre 2014 .