Harris' blog

L’AVENIR DE L’UNIVERS– Page 96

1. BIG FREESE– Page 103
2. BIG CRUNCH– Page 103
   1. QUESTIONS à Jean Claude PECKER– Page 104

 

Voici une hypothèse parmi tant d’autres sur l’avant temps de Planck.

J’ai retenu cette hypothèse car elle me parait aujourd’hui assez cohérente et surtout parce qu’elle repose en partie sur la compréhension mathématique du cosmos. Il existe encore deux autres tentatives d’explications sur l’origine du cosmos mais qui me paraissent (et c’est subjectif je le sais) moins intuitives.

Comme nous l’avons compris, notre réalité n’a plus cours dans ce monde. Plus rien de ce que nous connaissons n’est mesurable, Que savons-nous sur les deux mondes que sépare le mur de Planck.

Avant le mur c’est le temps imaginaire, après le mur c’est le temps réel.

Le temps réel s’écoule, il évolue, pas le temps imaginaire, il reste en l’état.

Imaginez une machine à sous dans un casino. Elle va nous permettre de comprendre la différence entre une énergie et une information. Tant que les rouleaux de la machine sont en mouvement, il existe une énergie. Celle qui les fait tourner. Mais on ne peut pas les lire, on ne peut accéder à aucune information. A l’inverse, quand les rouleaux s’arrêtent, il n’y a plus d’énergie, uniquement de l’information pure. C’est l’état extrême de l’univers avant le «Big Bang», à l’instant « 0 » au moment où il nait. Avant le mur de Planck nous avons de l’information, après le mur, de l’énergie.

Dans le monde de l’après «Big Bang», notre monde, énergie et matière sont liées. Sur le mur de Planck il n’existe aucune particule de matière. Les seules entités que l’on rencontre sont les « monopoles gravitationnels » et les  « instantons ». Le mot « Monopôle » a été inventé par le mathématicien Paul DIRAC vers 1930 (Figure ci-dessous).

Figure 92 – Paul Dirac

On pourrait les représenter comme des bulles de savon dont la surface présente des images en mouvement, comme un film qui passerait sur un écran en forme de bulle (Figure 93).

Figure 93 – Bulle de savon

Ces « monopôles » seraient les briques fondamentales de notre monde réel. Ils contiendraient le temps qui passe, l’énergie et le mouvement.

A leurs côtés, on trouve les « instantons » inventés en 1970 par Gérard T’Hooft prix Nobel de physique en 1999 (Figure 94).

Figure 94  – Gérard T’Hooft

Ils ressemblent également à des sphères, mais ne changent pas d’échelle. Ils sont figés. Ils contiennent chacun une image figée de l’univers. Pour les « instantons » le temps ne s’écoule pas, il n’est pas réel mais imaginaire pur. Il ne contient pas d’énergie mais de l’information. Chez les « instantons » notre film ressemblerait plutôt à un album photo.

Si l’on regarde d’un peu plus près notre cône espace-temps que voyons-nous ?

Sous le mur de Planck une zone qui s’étend du mur à la véritable pointe du cône. Nous allons rentrer dans ce que le physicien John WHEELER (1911-2008) (Figure 95) appelle « l’océan quantique ».

Figure 95 – John Wheeler

Le monde d’avant et celui d’après le «Big Bang» se mélangent. Avant le mur c’est le royaume des « instantons », après le mur celui des « monopôles ». Plus on descend plus les « instantons » sont nombreux.  Puis on arrive à un état d’équilibre entre les « instantons » et les « monopôles », c’est l’état KMS du nom des trois physiciens qui l’ont mis en évidence, KUBO, MARTIN et SCHWINGER.

Figure 3 –  Julian Schwinger – Ryoto Kubo –

Cet état KMS établit une relation entre le temps réel et le temps imaginaire, entre l’énergie et l’information, entre l’évolution d’un système en mouvement et l’état d’un système fixe. L’état KMS est une définition mathématique d’un équilibre. Plus on s’enfonce vers le « 0 » plus les « instantons » deviennent stables. Ils cessent de se transformer en « monopôles », avant de dominer entièrement le paysage. Plus on se rapproche de la pointe du cône plus les « instantons » convergent en une spirale vers le point « 0 » où ils finissent par se superposer, se confondre en un seul « instanton » primordial : « l’instanton gravitationnel singulier de taille 0 ».

Cet objet unique contiendrait le secret de la naissance et de l’évolution de l’univers. Ici le temps réel n’existe plus, nous n’avons que du temps imaginaire pur, que de l’information. Le monde physique laisse la place à un monde de mathématiques pures. Voici donc quel pourrait être le secret de l’Univers à l’origine. Au point « 0 » un peu comme l’ADN contient toute l’information nécessaire à un être vivant pour se développer,  « l’instanton gravitationnel singulier de taille 0 » contient toute l’information du grand univers. On pourrait comparer cet objet à un bouquet de sphères, une suite illimité de 0 à l’infini, et dans chaque sphère, il y a une information, un certain état, une image de l’univers. Un peu comme un film image par image.

Imaginez un film sur un disque DVD. Pour comprendre l’intrigue il faut introduire le DVD dans le lecteur, suivre les aventures des héros dans le temps. Depuis le passé (le début du film) jusqu’à l’avenir (la fin du film) on est obligé de s’installer dans le présent (le moment où l’on regarde le film).

En d’autres termes, les évènements sont distribués hiérarchiquement du passé vers l’avenir, sans que cet ordre puisse être violé. Si on commence le film par la fin l’histoire devient incompréhensible. Or que contient le DVD sinon du temps imaginaire. Dès que l’on retire le disque du lecteur, on tient dans la main toute l’histoire du film, sans distinction entre passé et avenir.

Le scénario se résume alors simplement en une information où le temps n’existe plus sous sa forme réelle mais seulement sous sa forme imaginaire. Vous tenez en même temps le début et la fin du film dans votre main. Tous les instants de l’intrigue sont superposés en un seul instant, sans durée et hors du temps.

En résumé dans ce scénario, « l’instanton gravitationnel singulier de taille 0 » c’est le DVD cosmique dans la vidéothèque. L’état KMS, cet équilibre entre l’état et le mouvement qui caractérise notre océan quantique entre l’instant « 0 » et le mur de Planck et l’information, revient à introduire notre DVD cosmique dans un lecteur.

Enfin, au mur de Planck, on appui sur la touche lecture, c’est le «Big Bang», le grand film cosmique peut enfin commencer et la suite, nous la connaissons jusqu’à aujourd’hui.

Ce scénario original repose sur l’idée qu’avant le «Big Bang» il existerait une forme purement mathématique de notre univers. C’est-à-dire qu’il existerait une sorte de code cosmologique, un peu comme il existe un code génétique pour les êtres vivants.

---

 

QUESTIONS à Jean Paul DELAHAYE,

Mathématicien chercheur au CNRS

L’Univers tout entier pourrait-il se ramener à des formules mathématiques ? Que doit-on penser d’une telle idée ?

« Ces dernières années en effet il y a un grand nombre de résultats en mathématiques qui consiste à proposer des systèmes de règles mathématiques très simples qui, lorsqu’on les fait fonctionner, engendre de la complexité. On peut par exemple en partant d’un point et en faisant agir des réseaux d’automates cellulaires, obtenir une série d’images, de configurations qui sont de plus en plus complexes et qui peuvent se poursuivre jusqu’à l’infini. Les physiciens peuvent utiliser ces modèles pour proposer des modèles d’évolution de l’Univers. » 

Est-ce que quelque chose peut naître à partir de « 0 » ?

« Il existe des situations en mathématique ou partant de « 0 » dans le cas de l’arithmétique ou, de l’ensemble vide dans le cas de la théorie des ensembles, tout s’engendre à partir de là. C’est l’engendrement des êtres à partir de l’être le plus simple»

 

---

 

QUESTIONS à Alain BLANCHARD,

Astrophysicien à Toulouse

Pensez-vous qu’on pourra un jour trouver des indices, des traces, des preuves de ce qui s’est passé avant le «Big Bang» sur la fluctuation du temps par exemple ?

« Je pense que précisément cet instant initial du «Big Bang» est une limite fondamentale de notre connaissance. C’est une limite fondamentale pour une raison élémentaire, c’est que l’on parle de conditions physiques qui ne sont réalisées qu’à cet instant précis. Ce n’est pas de la physique que l’on va pouvoir expérimenter dans un laboratoire. On n’aura pas accès à des expériences qui permettront de fixer cette physique de vérifier expérimentalement qu’elle est correcte ou non. Pour moi, ce fameux «Big Bang» est une limite fondamentale à la connaissance de la physique. 

En sachant toutefois que beaucoup de physiciens ont déjà affirmé l’existence d’une limite à notre connaissance en physique et se sont magistralement trompés.»

 

---

 

6. L’AVENIR DE L’UNIVERS

Abordons maintenant la troisième et dernière grande partie de ce sujet.

Après avoir exploré le passé lointain, tournons-nous vers l’avenir de notre Univers. Que deviendra-t-il dans des milliards d’années ? Aura-t-il un jour une fin ? Et si oui, laquelle ?

Dans un milliard d’années environ, tout va changer ! A cette époque, notre étoile aura dépassé la moitié de sa vie, et comme toutes les étoiles elle finira un jour par s’éteindre.

Visitons la période allant de 1 à 5 milliards d’années dans notre avenir.

(Figure 97) Dans un milliard d’années, le soleil aura brûlé une bonne partie de ses réserves d’hydrogène. Il deviendra beaucoup plus léger et moins dense qu’aujourd’hui. Il va par conséquent se dilater et sur terre la température moyenne va doubler passant de 20°C à 40°C. La végétation et les animaux les plus fragiles vont peu à peu disparaître (Figure 98).

Figure 97 – La Terre aujourd’hui

Figure 98 – La Terre se réchauffe

Un milliard d’année plus tard, l’homme est menacé à son tour. La température moyenne sur terre est de 70°C.

Figure 99 – L’humanité disparait

Une solution pour l’humanité ? Quitter la terre ! Pourquoi pas vers mars qui jouira d’un climat agréable pour quelques centaines de millénaires comparable à celui que nous connaissons sur terre aujourd’hui.

Autre possibilité, des villes de l’espace qui pourraient abriter plusieurs millions d’êtres vivants. C’est de la science-fiction aujourd’hui, mais dans quelques milliards d’années ce sera probablement la réalité.

Sur notre Terre, le monde appartiendra aux insectes, les même qui ont existés à la préhistoire avant les dinosaures lorsque la terre était également très chaude (Figure 99).

Dans trois milliards d’années, notre galaxie, la voie lactée, entrera en collision  avec la galaxie d’Andromède (Figure ci-dessous).

Figure 100 – Collision avec Andromède (vue d’artiste)

En effet du fait de l’expansion de l’Univers, sa trajectoire va croiser la nôtre. Des étoiles nouvelles naîtront du brassage des gaz interstellaires rendant les nuits incroyablement plus claires qu’aujourd’hui.

Dans 4 milliards d’années, la terre sera devenue un enfer inhabitable (Figure ci-dessous) de plusieurs milliers de degrés.

Figure 101 – L’enfer sur Terre

 

En épuisant son hydrogène, le soleil continuera à enfler, il fera de plus en plus chaud dans tout le système solaire. L’homme devra fuir de plus en plus loin vers les grands satellites de Jupiter et de Saturne, aujourd’hui mondes glacés, mais qui à cette époque lointaine, seront devenus habitables.

Enfin, dans environ 5 milliards d’années, notre soleil mourant sera devenu un monstre, une géante rouge (Figure ci-dessous).

Figure 102 – Géante rouge

Elle enflammera violemment la terre et avalera l’une après l’autre toutes les planètes du système solaire. On ne trouvera plus de l’eau liquide que sur Pluton, dernier refuge encore habitable et ultime survivant du système solaire avec des températures de 20 à 30°C contre -268°C aujourd’hui.

A cet instant, deux théories s’affrontent.

Soit la masse du soleil est plus grande que ce qu’on pense aujourd’hui et dans ce cas il pourrait s’effondrer sur lui-même et se transformer en trou noir (Figure ci-dessous).

Figure 103 – Trou noir

Là les choses iraient très vite, en moins d’une heure son diamètre ne serait plus que de 3 Km, il absorberait tout ce qui passe à proximité, et rien, pas même la lumière ne pourra s’en échapper. Dans ce cas notre monde serait aspiré comme une vulgaire poussière au fond d’un aspirateur cosmique avec toutes les autres planètes du système solaire.

En revanche, s’il n’est pas assez lourd pour former un trou noir, alors il s’éteindra lentement et deviendra une étoile à l’agonie, appelée naine blanche (Figure 104) dont l’éclat se ternira de plus en plus jusqu’à devenir un corps sans vie, une étoile morte, inerte qu’on appelle naine noire (Figure 105). Dans tous les cas, dans 5 milliards d’années, notre système solaire n’existera plus.

Figure 104 – Naine blanche

Figure 105 – Naine noire

Nous sommes 5 milliards d’années dans notre futur.

L’Univers est en expansion depuis 20 milliards d’années. Cette expansion va-t-elle continuer indéfiniment ou l’Univers finira-t-il par se contracter et s’effondrer sous son propre poids.

Un indice porte à croire que son expansion va non seulement continuer, mais s’accélérer. Ce sont les super novæ, le nom que l’on donne aux étoiles en train d’exploser (Figure 106). Ce sont des corps célestes ultra lumineux et donc facilement observables.

Figure 106 – Supernovæ

D’après certains calculs, leur lumière est beaucoup plus faible qu’elle ne devrait l’être. En réalité, ces étoiles se trouvent plus loin que prévu, ce qui signifie bien que l’expansion de l’Univers s’accélère sous l’effet d’une force mystérieuse que les astrophysiciens appellent « l’énergie noire ou énergie sombre » !

Les galaxies vont donc s’éloigner les unes des autres sans plus jamais se croiser, de plus en plus vite et ce, jusqu’à l’infini. Et dans ces galaxies, tout comme notre propre soleil les étoiles vont progressivement s’éteindre une à une, se transformant selon leur masse en naine noire, géante rouge, étoile à neutrons et pour les plus massives (au moins la moitié d’entre elles) en trou noir.

Allons toujours plus loin dans l’avenir.

100 000 milliards d’années après le «Big Bang». Dans notre voie lactée et dans les autres galaxies il n’y a presque plus que des étoiles mortes.

1 000 000 de milliards d’années après le «Big Bang», parfois deux étoiles défuntes attirées l’une vers l’autre entrent en collision pour en former une nouvelle qui elle s’allumera ?

Certes sa lumière est faible, mais dans ce futur lointain, on peut espérer compter entre 10 et 100 étoiles par galaxie moribonde, rien de bien remarquable sauf exceptionnellement l’explosion d’une supernovæ qui déchire les ténèbres de son intense lumière.

Une fois dépassé cet embrasement des derniers soleils de l’Univers, celui-ci se mettra à refroidir inexorablement jusqu’au froid absolu (-273°C), alors la matière à son tour commencera à se désagréger.

Les atomes eux même ne sont pas éternels, les protons, les noyaux des atomes auront atteint leur limite de vie dans 1 milliards de milliards de milliards d’années, alors les carcasses inertes des planètes et des étoiles partiront elles même en poussière.

 

1. LE BIG FREEZE

Enfin, l’univers tout entier pourrait s’évaporer dans le froid et le néant, c’est le « Big Freeze ». La mort thermique de l’univers qui est un de ses destins possibles, il va évoluer jusqu’à un état d’absence de toute énergie thermodynamique disponible lui permettant d’assurer le mouvement ou la vie.

En termes de physique, il a atteint son entropie maximale. L’hypothèse d’une mort thermique universelle provient des idées de William Thomson (1824-1907) (Figure ci-dessous), en 1850.

Figure 107 – William Thomson; Lord Kelvin

Elle résulte de l’extrapolation à l’ensemble de l’univers de la théorie de la thermodynamique, en particulier des considérations sur la perte naturelle d’énergie mécanique, telle qu’elles résultent du premier principe de la thermodynamique.

2. LE BIG CRUNCH

Le « Big Crunch » est également un des possibles destins de l’Univers. Il désigne l’effondrement de l’univers, c’est-à-dire une phase de contraction faisant suite à la phase d’expansion. C’est donc en quelque sorte un « «Big Bang» à l’envers », qui consiste à ramener le cosmos à un point de singularité d’origine annulant l’espace et le temps.

Vers la fin de cet effondrement, l’univers atteint une densité et une température gigantesques.

Ce scénario cosmologique se produit selon les propriétés du contenu matériel de l’Univers, en particulier les valeurs relatives de sa densité d’énergie et de sa densité critique.

Mais en cas de Big Crunch, qu’adviendra-t-il du temps ? Aurons-nous affaire à une inversion du sens d’écoulement du temps ? Cette remontée spectaculaire fera-t-elle en sorte que l’on meure avant de naître ? Ce qui a été détruit se reformera-t-il ?

Autant de questions actuellement sans réponses.

---

 

QUESTIONS à Jean Claude PECKER,

Astrophysicien, professeur honoraire au collège de France

 

Quel est selon vous le scénario le plus probable à très long terme ?

« L’Univers nous le connaissons mal…

Nous avons des théories tellement diverses, qu’extrapoler ces théories déjà dans le passé c’est difficile, alors les extrapoler dans l’avenir est difficile aussi.

Selon les uns, je serai plutôt partisan de ceux-là, je crois à l’expansion puis à une retombée dans une densité très élevée pour remonter ensuite comme une sorte d’oscillation de l’univers. Mais la théorie standard, fait que l’Univers sera en expansion… toujours ! Et de façon très rapide. Personne ne sait ce qui arrivera à cet univers en expansion, nous avons le loisir de faire de belles théories sur cela pendant encore de nombreuses années. »