Mur de la connaissance

02.06.2011

▲Le mur de Planck, Kendo, calligraphe muraliste de talent

...suite du billet: Connaissance du réel

Trinh Xuan Thuan:

La science nous permet-elle de remonter jusqu'à l'instant de la création? La réponse est non. Pour l'instant, il existe un mur de la connaissance qu'on appelle le mur de Planck, du nom du physicien allemand► qui, le 1er, s'est penché sur ce problème.

Ce mur survient au temps infinitésimal de 10^-43 seconde, appelé "temps de Planck". Le chiffre 1 n'arrive qu'après 43 zéros. L'univers était alors 10 millions de milliards de milliards de fois + petit qu'un atome d'hydrogène. Son diamètre était égal à la longueur de Planck, soit 10^-33 cm.

Matthieu Ricard:

Pourquoi cette dimension particulière? constituerait-elle une limite ou un point d'inflexion? de telles "limites" ont-elles une valeur absolue? On a l'impression d'avoir affaire là à un "mur" solide doué d'une existence intrinsèque.

Thuan:

Le temps et la longueur de Planck ne constituent pas des limites intrinsèques, mais surviennent à cause de notre ignorance. Nous ne savons pas pour l'instant comment unifier les 2 grandes théories physiques du XXè siècle, la mécanique quantique et la relativité.

La 1ère décrit l'infiniment petit et rend compte du comportement des atomes et de la lumière quand la gravité ne joue pas un role dominant.

La 2nde décrit l'infiniment grand et nous permet de comprendre l'univers et ses structures à l'échelle cosmique quand les 2 forces nucléaires et la force électromagnétique ne mènent pas le bal.

Or, et c'est là que le bât blesse, nous ne savons pas encore décrire le comportement de la matière et de la lumière quand les 4 forces fondamentales de la Nature¹ sont sur un pied d'égalité, situation qui se produit au temps de Planck, 10^-43 sec. après l'explosion primordiale².

Matthieu :

Pourquoi devrait-il y avoir une différence essentielle entre la nature fondamentale du microcosme et celle du macrocosme, puisque le 2nd n'est qu'une extension du 1er? Il ne devrait s'agir que d'une question de perspective.

Thuan:

C'est bien ce que je disais. Le mur de Planck ne constitue pas une limite fondamentale à la connaissance. Il n'est que le signe de notre incapacité à rendre compatibles la mécanique quantique et la relativité. Derrière le mur de Planck se cache une réalité encore inconnue aux physiciens. Certains pensent que le couple espace-temps, si solidement soudé dans notre monde actuel, se brise. Le temps cesse d'exister. Les concepts d'avant, de maintenant et d'après perdent toute signification. Séparé de son partenaire temps, l'espace n'est plus qu'une mousse quantique informe. Sa courbure et sa topologie deviennent chaotiques et ne peuvent plus être décrites qu'en termes de probabilités. Tout est aléatoire.

D'autres physiciens, qui travaillent sur la théorie des supercordes, affirment que la mousse quantique n'existe pas. Selon cette théorie, les particules élémentaires de la matière résultent de la vibration de minuscules "bouts de ficelle" dont la taille est égale à la longueur de Planck. Rien ne pouvant être + petit que ces supercordes, le problème des fluctuations de l'espace en dessous de cette longueur ne se pose plus. Cette théorie paraît offrir une voie prometteuse permettant d'unifier la mécanique quantique et la relativité, mais elle reste enveloppée dans un voile mathématique épais et n'a pas été vérifiée expérimentalement³. Quoi qu'il en soit, peut-être est-ce l'une de ces formes mouvantes dans la mousse quantique qui a donné naissance à l'univers et à son espace-temps il y a environ 15 milliards d'années. Avant cela, on ne peut pas dire que l'espace a passé tant de temps sous telle ou telle forme, puisque le temps n'existait pas. Une durée infinie peut même se cacher derrière le mur de Planck.

Matthieu :

Quand tu parles d'une durée infinie, cela veut bien dire

"sans commencement"?

Thuan:

Toutes les hypothèses sont permises. Le temps de 10^-43 sec. n'est que le résultat de l'extrapolation de nos lois physiques connues vers le temps zéro. Mais ces lois perdent pied derrière ce mur de la connaissance. La physique connue commence donc à 10^-43 sec. après le big bang⁴. Les physiciens nous disent que l'univers est né du vide. Mais il ne s'agit pas du vide calme et tranquille, dépourvu de toute substance et d'activité, que nous pourrions imaginer: le vide quantique est bouillonnant d'énergie, même s'il est complètement dépourvu de matière. L'espace que nous pensons être vide est constamment traversé de champs d'énergie qui peuvent être décrits en termes d'ondes⁵.

L'énergie du vide primordial va alors lancer l'univers dans une folle expansion que les astrophysiciens appellent fellation "inflation". Celle-ci va entraîner un accroissement vertigineux du volume de chacune de ses parties (...du coup on n'arrive plus à lire sérieusement) en un temps infinitésimal. Entre 10^-35 et 10^-32 sec. après le big bang, de 10 millions de milliards de milliards de fois + petit que la taille d'un atome d'hydrogène, l'univers va grandir de façon exponentielle jusqu'à celle d'une orange.

Planck remet sa médaille à Einstein►

Dans le même temps, l'univers se dilue et se refroidit considérablement, ce qui lui permet d'accéder à la complexité. L'histoire de l'univers représente une longue ascension vers la complexité. Au début, il était + chaud que tous les enfers imaginés par Dante, et aucune structure ne pouvait se former. C'est à cause du refroidissement de l'univers que des structures peuvent apparaître. L'énergie du vide intervient de nouveau: elle donne naissance à la matière. Einstein nous a donné la clé de ce mécanisme par sa formule, sans doute la plus célèbre de l'histoire des sciences: E=mc². Une quantité d'énergie peut être convertie en une particule de matière (dont la masse m est égale à la quantité d'énergie E divisée par le carré de la vitesse de la lumière c).

Des particules élémentaires (des quarks et des électrons, par ex) surgissent du vide initial et se combinent pour former des atomes, des molécules et finalement des étoiles. Les étoiles s'assemblent par centaines de milliards en galaxies, et les centaines de milliards de galaxies de l'univers observable se regroupent pour tisser une immense tapisserie dans le cosmos. L'infiniment petit a accouché de l'infiniment grand.

Dans au moins une de ces galaxies, la Voie lactée, près d'une étoile nommée Soleil, sur la planète Terre, des molécules s'assemblent en chaînes d'ADN qui vont mener à la vie, à la conscience et à des hommes capables de s'interroger sur le monde qui les entoure et sur l'univers qui les a engendrés. Voilà donc, très brièvement, l'histoire de l'univers telle qu'un astrophysicien la conçoit actuellement⁶. Le bouddhisme, quant à lui, a-t-il une pensée cosmologique?

à suivre...

¹Les 2 forces nucléaires forte et faible, la force électromangétique et la force de gravité. Tout phénomène physique peut s'expliquer par l'interaction de ces 4 forces fondamentales.

²Au temps de Planck, l'univers est si comprimé et sa densité si grande que la gravité, d'ordinaire négligeable à l'échelle subatomique, devient aussi importante que les forces nucléaires forte et faible, et que la force électromagnétique.

³Pour une description claire et détaillée de la théorie des supercordes, voir l'ouvrage de Brian Greene, L'Univers élégant►, Robert LAffont, 2000.

⁴Les lois de la physique n'ont été vérifiées expérimentalement que pour des temps supérieurs à env. un millionième de millionième (10^-12) de sec. apr. le big bang. Avant cela, l'nrj des particules élémentaires dans l'univers était trop importante pour pouvoir être reproduite par nos + grands accélérateurs de particules de manière à permettre l'étude de la physique dans ces conditions extrêmes.

⁵Un vrai kaléidoscope d'ondes accompagne à tout instant notre existence. Les ondes radio sont les moins énergétiques. Il suffit d'un petit tour de bouton pour qu'elles soient converties par le miracle de l'électronique moderne en une symphonie de Beethoven ou en un feuilleton sur l'écran du poste de tv. Mêlées aux ondes radio, les ondes de la lumière visible provenant du Soleil et filtrant par la fenêtre ricochent partout sur la surface des objets qui nous entourent, puis pénètrent dans nos yeux, ce qui nous permet de voir ces objets. Les ondes uv du Soleil et les ondes X en provenance de l'espace viennent s'ajouter au tout.

⁶Pour plus de détails sur l'histoire de l'univers, voir La Mélodie secrète, op. cit.

Kendo, calligraphe muraliste, un clic sur son site▲

proposé par mamadomi