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Publication le 2000-09-01 19:00:00

Mis à jour le 2008-07-23 00:13:11

Science et environnement

Une vision de l’univers

1er septembre 2000

- 1 - Les impressions brutes

- 2 - La vision de l’univers

- Conclusion : La quatrième déception ?

- Annexe 1 - Histoire de l’astronomie

- Annexe 2 - Questions courantes

- Annexe 3 - Bibliographie et "Webographie"



1 - Les impressions brutes

Si j’essaye de synthétiser tout ce que j’ai appris, pas le contenu des cours, mais l’impression globale qu’ils laissent, j’en arrive à trois impressions :

  • En premier la stupéfaction, devant les ordres de grandeurs et l’habileté des scientifiques.
  • En second vient l’impression d’une « Belle Histoire », celle de l’univers. Comme le dit Hubert Reeves, dont je me suis abondamment inspiré, « C’est l’histoire de la matière qui s’organise. »
  • Puis enfin il reste une impression de doute face à la complexité des théories et à l’immensité de ce qu’il reste à découvrir.

En premier la stupéfaction…

Quelques ordres de grandeur

La première surprise est évidemment face aux ordres de grandeurs. Plus on prend conscience de ce qu’ils signifient plus on est impressionné.

Nous savons tous que la Terre appartient au système solaire, qui lui même fait partie d’une galaxie.

Dans le langage courant le mot galaxie est synonyme de grandeur, d’une unité de grandeur supérieure à nous. Nous avons tous entendu aussi les mots intergalactique ou extragalactique, qui laissent entrevoir quelque chose au delà de la galaxie.

Voici quelques ordres de grandeurs qui illustrent ce que les astronomes ont appris a ce sujet.

- La galaxie.

  • 100 milliards d’étoiles.
  • Diamètre de 100 000 années-lumière [1] (épaisseur de 20 000 années-lumière).
  • Soit la galaxie a un diamètre de un million de milliards de kilomètres.
  • Le soleil est à la périphérie, à 32 000 années-lumière du centre. Il tourne avec l’ensemble en 225 millions d’années, c’est à dire qu’il a fait un tour depuis le début du règne des dinosaures.

- Le vide intergalactique.

  • La majorité de ce que nous voyons dans le ciel nocturne sont des étoiles de notre galaxie. Nous voyons aussi des zones diffuses : ce sont des amas globulaires ou des nébuleuses gazeuses qui appartiennent aussi à notre galaxie ou à sa périphérie.
  • Plus loin c’est le vide. Si l’on s’imagine à 100 000 années-lumière d’ici on verrait un grand tourbillon étincelant. Dans les autres directions on ne verrait que les faibles lueurs lointaines des autres galaxies.

- Les amas de galaxies.

  • Les galaxies sont regroupées en amas, qui en contiennent une centaine.
  • Notre galaxie est dans le groupe local, très peu dense par rapport à la moyenne, une trentaine de galaxie dans un espace de quelques millions d’années lumières.
  • Les amas eux-mêmes sont regroupés en super-amas.
  • Le super amas local contiendrait 10 000 galaxies, soit un million de milliards d’étoiles.

- Conclusion – la démesure nécessaire.

En regardant l’univers nous sommes impressionnés par sa taille, mais aussi par tout ce que nous voyons. L’immense variété des objets célestes, la violence aussi des phénomènes que nous observons (explosions d’étoiles – supernova, collisions de galaxies).

Tout cela nous impressionne, mais nous voyons bien que c’est hors de notre mesure. Les échelles de distance, de temps, d’énergie… sont inimaginables, totalement abstraites dans notre univers courant.

Tout nous dépasse et pourtant nous sommes le fruit de cette démesure. Les formidables explosions des étoiles mourantes ont été nécessaires à la constitution de notre planète et de l’air que nous respirons, même à la constitution des atomes de notre corps. J’y reviendrai.

Le manque d’information et le raffinement des outils.

La deuxième surprise vient quand on se pose la question : mais comment ont-ils appris tout ça ?

- Les ondes électromagnétiques.

On se rend compte que la source d’information est très faible, seulement la mesure des ondes électromagnétiques, mais que les astronomes ont développé une habileté phénoménale pour exploiter cette information.

- Une information tout de même riche.

Heureusement pour nous ce qu’on appelle de façon générique « onde électromagnétique » est en fait très complexe : il y a une fréquence et une puissance.

Par exemple une étoile nous envoie une lumière composée d’une multitudes de fréquences. Un astronome va établir un spectre de l’onde, une représentation du "niveau" de l’onde pour chaque fréquence mesurable.

Dans une étoile la lumière est en quelque sorte filtrée par les couches supérieures de gaz : certaines fréquences manquent dans le spectre de l’onde. En reconnaissant ces raies d’absorption, et parce que les composants de l’étoiles ne sont pas différents de ceux qu’on trouve sur Terre, l’astronome peut étudier la composition de la couche superficielle d’une étoile.

- Les instruments.

L’instrumentation est, elle aussi impressionnante.

On sait mesurer très précisément la position angulaire d’une étoile et détecter les moindres variations, par exemple déduire d’une infime variation cyclique la présence d’un compagnon obscur tournant autour de l’étoile.

On sait aller dans l’espace pour s’affranchir des perturbations de l’atmosphère terrestre.

Depuis le sol, on connaît des techniques pour corriger les effets des mêmes perturbations atmosphériques.

L’immensité des zones d’ombres.

Le dernier grand étonnement quand on aborde l’étude de l’univers est la modestie des scientifiques.

De l’extérieur, les articles de vulgarisation laissent penser que nous connaissons tout de l’univers, alors que les scientifiques, eux, savent bien qu’ils n’ont que des théories, des suppositions établies sur des bribes d’information.

L’inventaire des "zones d’ombre" est impossible à faire, par nature d’abord – comment compter ce que nous ne savons pas – mais aussi parce que le nombre de lacunes connues est trop important.

Je citerai seulement un cas, un détail, qui m’a particulièrement frappé :

  • Nous avons vu que pour l’instant notre seule source d’information sont les ondes électromagnétiques que nous recevons sur Terre. Or ces ondes peuvent être masquées.
  • Notre regard peut se porter jusqu’aux confins de l’univers quand on regarde perpendiculairement au plan de la galaxie.
  • Quand nous regardons dans le plan de la galaxie nous voyons les étoiles proches mais nous ne voyons rien de l’univers extragalactique : les ondes sont interceptées par la multitude d’étoiles et de nuages gazeux qui constituent la galaxie.

On peut voir les confins de l’univers, certes, mais seulement dans la moitié des directions.


La Belle Histoire.

Avec le recul on se remet de la stupéfaction, non qu’on arrive a appréhender ces ordres de grandeurs, mais on les admet. On voit alors se profiler « la belle histoire ».

L’histoire

- La genèse de l’univers

La théorie du big-bang est bien connue, on voit souvent, dans des films, une gigantesque explosion dans le vide infini. La théorie est en fait plus audacieuse : c’est de la création de l’espace et du temps eux-mêmes dont il est question.

Cette explosion n’a pas créé la matière dans l’univers mais l’univers lui même, comme s’il était la surface d’une bulle de savon qui se forme. C’est évidemment difficile à représenter en trois dimensions.

Au début très dense l’univers se dilate. 300 000 années après il se produit une sorte de " transition de phase " : la densité devient assez faible pour que la lumière puisse voyager. L’univers devient transparent.

Le fond cosmologique, que nous observons encore, est le témoin de ce changement d’état.

- Les étoiles.

Au début il y a la lumière, l’hydrogène et l’hélium… et surtout la gravitation. Les nuages de gaz s’effondrent sur eux-mêmes. La pression en leur centre devient telle que les atomes fusionnent : une étoile s’allume.

En équilibre entre l’écrasement de son propre poids et l’énergie explosive des réactions nucléaires l’étoile se consume. Quand elle n’a plus assez de combustible la force explosive l’emporte.

L’étoile éjecte alors dans l’univers les résidus de sa combustion : des atomes lourds, par exemple du carbone ou du fer.

- Les planètes.

De manière incessante des nuages de gaz se concentrent, s’ils sont assez grand une étoile s’allume au centre. Autour de l’étoile il reste un nuage d’hydrogène et d’éléments lourds : c’est une nébuleuse planétaire.

Les éléments, piégés entre l’attraction de la nouvelle étoile et le vent de rayonnement et de particules qu’elle éjecte, s’agrègent à nouveau pour former des planètes, des satellites autour des planètes, des astéroïdes et des comètes.

- La vie - l’évolution.

La Terre a vécu cette histoire : elle est issue d’une nébuleuse planétaire. Puis elle a eu une seconde histoire, interne : c’est l’histoire de la vie.

L’astronomie participe aussi à cette histoire en constatant que les briques de la vie – les acides aminés, le carbone, l’eau – se trouvent dans tout l’univers.

Le paradoxe de la nuit noire.

Cette « Belle Histoire » nous concerne :

  • Parce que c’est l’histoire de la matière, de notre planète.
  • Mais aussi parce qu’elle explique le monde qui nous entoure. Un exemple particulièrement frappant est la réponse à la question simple : « Pourquoi le ciel est-il noir ? »

Durant des siècles on faisait la supposition que l’Univers était infini et qu’il était également peuplé d’un nombre infini d’étoiles distribuées uniformément dans l’espace. Or, selon cette hypothèse, en n’importe quel point de la voûte céleste, il aurait dû logiquement se trouver une étoile. En fait, le ciel entier aurait dû être tapissé d’étoiles, entièrement lumineux.

Ce n’est que dans les années 50 que le paradoxe semble enfin résolu avec la découverte de l’expansion de l’Univers et de la théorie du Big Bang. En effet, le processus d’expansion contribue à diminuer la luminosité du ciel en raison d’un phénomène appelé le " décalage vers le rouge ".

Encore à la fin des années 80, un nouveau modèle surgit selon lequel la longévité des galaxies serait le facteur déterminant.


Le doute

Finalement, après la stupéfaction, après « la belle histoire ». Il reste tout de même un doute.

  • Doute parce que les informations sont peu nombreuses, il y a surtout de la théorie, et il peut y avoir des « illusions d’optique ».
  • Doutes devant des théories qui risquent de devenir des dogmes.
  • Doute aussi parce que l’étendue du sujet amène à se demander s’il est bien nécessaire d’essayer de l’appréhender.

Douter des théories

Les théories scientifiques sont en perpétuelle évolution. L’histoire de la physique nous apprend qu’une théorie qui devient trop complexe est sur le point d’être supplantée par une théorie supérieure, unificatrice.

Le modèle du big-bang a été révisé jusqu’à récemment pour coller aux observations, et certains scientifiques, de plus en plus il me semble, expriment des doutes par rapport à cette théorie.

Ces scientifiques arrivent difficilement à se faire entendre car il y a un tel consensus autour du big-bang qu’il est difficile d’aller à l’encontre. Depuis quelques années la presse scientifique laisse régulièrement filtrer des critiques de ce dogmatisme.

La théorie du big-bang s’est développée à partir de l’observation du décalage vers le rouge. Or ce décalage peut s’interpréter de façon différente, par une variation de n’importe lequel des paramètres qui entrent dans les équations. Par exemple si la vitesse de la lumière varie dans le temps le même effet serait observé.

Le futur apportera peut-être une réponse si l’on arrive à détecter les ondes gravitationnelles. Ce devrait être possible au cours des cinquante prochaines années. Les observations pourraient alors révéler une vision totalement nouvelle de l’univers et les théories pourraient faire un formidable bond en avant.

Peut-on espérer comprendre un jour ?

Le second doute est plus métaphysique : est-ce que la compréhension de l’univers est à notre échelle ? Peut-on espérer le comprendre un jour ?

- Les lois physiques sont-elles immuables ?

Une grande faiblesse des théories est qu’elles sont toutes basées sur une supposition : les lois physiques sont immuables dans le temps et l’espace. C’est un postulat, qui n’a certes jamais été démenti par les observations, mais qui n’en reste pas moins un postulat.

- L’observateur et l’objet observé.

On ne peut pas non plus, moi en tout cas, éviter de se demander si ce que nous observons, ou simulons par ordinateur, est réel ou le fruit d’une interprétation biaisée des observations.

Il est possible que tout ce que nous observons soit le résultat d’une illusion d’optique dû à un détail de la structure de l’univers que nous ignorons.


La planète Terre

Ne vaut-il pas mieux d’abord bien comprendre, et prendre soin, de la Terre et de l’homme, avant de s’aventurer dans des contrées si éloignées ?

La cosmologie, ce dont nous avons parlé jusque là, n’est qu’un des domaines qui forment l’astronomie. La planétologie en fait aussi partie, sans compter des domaines proches, comme l’étude de l’atmosphère.

Le problème de la pollution de l’atmosphère est assez bien connu dans le public, il est cependant impressionnant de constater comment les scientifiques le prennent au sérieux.

Donc je vais en parler un peu, parce que là aussi ce que j’ai appris m’a profondément touché.

L’activité humaine

Premier point frappant : l’influence de l’activité humaine est évidente, même si ses méfaits doivent être prouvés. Ce qui est mis en cause c’est de savoir si l’activité humaine a une action néfaste ou si son influence reste bénigne, pas si elle existe.

On sait, de façon sûre, que la vie a modifié la constitution de l’atmosphère. Notre atmosphère est emplie d’oxygène parce que la vie est apparue.

On sait de façon sûre aussi que les particules qui atteignent les couches élevées de l’atmosphère n’ont aucun moyen de s’en échapper.

On sait aussi maintenant que la planète se réchauffe, il faudra encore attendre pour voir si la tendance se confirme et quelles en sont les causes.

Un climat qui peut énormément varier

De ces certitudes il ressort que l’équilibre de l’écosystème est fragile. Dans le passé la Terre a vécu des périodes glaciaires et des périodes de chaleur tropicale. Ces évolutions dépendent plus des équilibres internes que des facteurs externes comme par exemple l’activité solaire.

Un système instable

La clef de voûte de tout le problème est la complexité de l’écosystème. La même raison qui nous empêche de faire des prévisions météo à plus de cinq jours nous empêche aussi de calculer l’influence de l’activité humaine sur la planète.

Il en reste que nous sommes réellement partie prenante dans l’équilibre. Nous ne sommes pas les hôtes d’une planète immuable. Il semble évident, face à ces informations, que nous devons avant tout prendre soin de notre planète, car peu de chose suffirait à la rendre inhabitable.



2 - La vision de l’univers.

Voilà ce que j’ai retenu des études d’astronomie, les points les plus frappants. Je voudrais encore parlé quelques instants de ce qui en découle, d’une " vision de l’univers " donnée par l’astronomie.


La portée du regard.

Au cours du temps l’homme c’est donné une position dans l’univers qui dépend des connaissances qu’il en avait : nous nous situons dans le cadre de ce que nous pouvons observer.

Nous " voyons " l’univers.

Aujourd’hui les connaissances scientifiques nous relient à l’univers, par la portée du regard et de l’imagination.

La portée du regard, nous l’avons vu, est réellement impressionnante : on ne peut même pas donner une limite puisque le temps se mêle à la distance. Nous voyons presque l’origine de l’univers, en tout cas à une époque si reculée que les objets qu’on y voit n’ont rien à voir avec notre univers actuel.

La portée de l’imagination est importante aussi car nous vivons, ici, dans une société qui a de plus en plus conscience de l’immensité de l’univers. Des livres, des films nous parlent d’étoiles lointaines, de galaxies, de trous noirs… Nous vivons en quelque sorte dans une certaine familiarité avec l’astronomie. Par l’imagination des hommes, l’humanité s’éveille à l’univers.

La vision de l’univers dépend de ce qu’on voit effectivement.

La vision de l’histoire du monde (la cosmogonie) dépend directement de l’étendue du monde que l’on perçoit. Les cosmogonies primitives ne peuvent concevoir que la genèse de la Terre, voir d’une île.

Tant que l’on place la Terre au centre de l’univers la création commence par la création de la Terre.

Une cosmogonie "moderne" commence par la création de l’univers, parce que la vision "moderne" de l’homme s’étend sur l’univers.


L’évolution de l’image.

D’une conception d’un monde local à la conception de l’univers, l’humanité n’a cessé de perdre sa position centrale.

Les trois chocs.

Freud avait déjà noté que la vanité des humains avait subi trois chocs :

  • Le choc astronomique infligé par Copernic qui montra que la Terre n’était pas le centre du monde créé.
  • Le choc biologique infligé par Darwin qui estompa la différence entre l’homme et l’animal par sa théorie de l’évolution.
  • Le choc psychologique finalement, infligé par Freud qui nous fit perdre la maîtrise d’une partie de nos pensées en parlant de l’inconscient.

Les chocs astronomiques.

Revenons sur le choc astronomique.

Avant Copernic c’est la vision aristotélicienne qui dominait : il y a un ordre de la Terre, perpétuellement changeant, et l’ordre du Ciel infini et imperturbable.

En montrant que la Terre est un astre parmi les autres Copernic affirme aussi que l’ordre du Ciel est le même que celui de la Terre : voué au changement.

La Terre n’est donc pas le centre de l’univers, et le Soleil ne le reste pas longtemps car on comprend qu’il est une étoile comme les autres.

Depuis, nous avons appris que le Soleil n’est qu’une étoile banale, qu’elle est dans une galaxie, qu’il y a d’autres galaxies. Nous pouvons maintenant affirmer qu’il existe probablement dans l’univers une planète semblable à la Terre.


La position actuelle de l’homme dans l’univers.

Comment nous positionnons-nous à la lumière des connaissances actuelles ?

Il me semble que deux points ressortent :

  • Une phrase choc que l’on doit à Hubert Reeves : nous sommes des « poussières d’étoiles ».
  • Une idée de l’évolution plus globale à l’évolution de Darwin : l’univers entier évolue et nous sommes au sommet de la vague.

Poussières d’étoiles.

La « belle histoire » dont j’ai parlé nous touche de près non seulement parce qu’elle explique ce qui nous entoure mais aussi parce que c’est notre histoire.

Les atomes de notre corps ont un jour été fabriqués au sein d’une étoile. Toute la violence qui se déchaîne dans l’univers a été nécessaire pour créer le paradis qu’est notre Terre et pour nous créer nous.

Si l’on en croît cette « Belle histoire » nous sommes les fruits de l’univers. Depuis notre point de vue, forcément narcissique par manque de comparaisons, toute cette mécanique n’a eu lieu que pour nous permettre d’en être les témoins.

L’escalade de la complexité.

Et puis quand on regarde cette histoire on ne peut pas s’empêcher de constater une évolution implacable vers des formes de plus en plus compliquées :

  • A partir d’un magma presque uniforme on est passé à des structures complexes comme les galaxies, les amas de galaxies.
  • Les étoiles fabriquent des atomes de plus en plus complexes.

Nous voilà donc, nous, humains, au bout de cette longue alchimie qui a été nécessaire pour créer les briques dont nous sommes faits.

L’évolution de l’univers – l’évolution de la vie.

Ajoutons trois niveaux dans l’échelle de la complexité :

  • Les atomes se sont combinés pour fabriquer des molécules et ces dernières se combinent entre elles lors des réactions chimiques.
  • Les molécules à leur tour se sont organisées pour faire apparaître des cellules.
  • Les cellules elles mêmes, qui sont déjà des êtres vivants, se sont fédérées en organismes.

Plus loin encore, le développement de l’intelligence semble être une stratégie comme une autre dans le schéma de l’évolution.

Et la formation d’une société ressemble à un regroupement supérieur : la fédération d’êtres vivants.

La vie est un phénomène inhérent à l’univers.

Le développement de la vie sur la Terre a nécessité une somme impressionnante de hasards, d’arrangement pour arriver à ce que nous connaissons.

Chacune des constantes utilisées dans les équations mathématiques qui sous-tendent les théories, est un choix parmi d’autres. Des variations infimes des valeurs numériques suffiraient à rendre l’univers stérile.

Pourtant si nous sommes là pour contempler l’univers c’est que ces constantes ont la valeur idéales, que chaque équilibre a été respecté.

Je préfère cité Hubert Reeves :

« Le miracle de la vie n’est pas qu’elle soit apparue il y a trois milliards cinq cent millions d’années sur notre planète. C’est qu’elle ait pu apparaître quelque part dans l’univers. C’est qu’elle était déjà en puissance au moment du big-bang, dans la forme des lois qui régnaient sur la matière chaotique et incandescente. »

Et la dernière phrases de son livre « Dernières nouvelles du cosmos » :

« Par nécessité ou par hasard, l’intelligence semble incluse dans le destin de l’univers. »



Conclusion : La quatrième déception ?

Peut-être l’avenir nous apportera-t-il un quatrième déception : quand nous découvrirons que nous ne sommes pas seuls dans l’univers.

L’immense majorité des astrophysiciens admettent la possibilité d’une vie extra-terrestre. Parce que si l’univers évolue, si l’évolution de la vie est dans la marche de l’univers, si l’intelligence même fait partie de l’évolution, comment penser qu’aucune des milliards d’étoiles qui nous entourent n’est le soleil d’une autre civilisation.



Bibliographie et "webographie"

Livres

- Hubert Reeves Pour moi c’est le meilleur. Il explique les choses de façon très simple, sans pour autant dégradé la réalité scientifique. EN plus d’&ecirctre un scientifique reconnu, il est également un philisophe. Une grande partie de ce que j’ai écris dans cet article a été inspiré par ses livres…

  • "Patience dans l’azur", le premier que j’ai lu, donc mon préféré
  • "Poussières d’étoiles", le plus célèbre
  • "L’heure de s’ennivrer", plus pointu et plus philosophique
  • "Dernières nouvelles du cosmos", le plus récent

- James Lovelock Il est l’inventeur de la théorie "GAÏA", dont je parle un peu dans l’article

  • "La Terre est un être vivant"

Sites

- Pour les photos

- Pour des "cours" d’astronomie (en français)



- 1 - Les impressions brutes

- 2 - La vision de l’univers

- Conclusion : La quatrième déception ?

- Annexe 1 - Histoire de l’astronomie

- Annexe 2 - Questions courantes

- Annexe 3 - Bibliographie et "Webographie"


Fabrice

[1] 1 année-lumière = 9.5 milliards de kilomètres 10 milliards de km

P.-S.

Si cet article vous a plu, je vous encourage fortement à lire "Johnny Milou", qui en reprend les principales idées et les développe sous forme d’un roman.