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L’univers évolué

Auteur : Tom Roud
La théorie de l’évolution n’a pas inspiré que la biologie ou l’économie mais aussi … la physique !
Lee Smolin, auteur un essai surprenant paru en 2006 dans le recueil Intelligent Thought, revient sur une propriété surprenante bien connue des physiciens :  les paramètres physiques de l’univers sont précisément “ajustés” d’une façon [suite…]

Auteur : Tom Roud

La théorie de l’évolution n’a pas inspiré que la biologie ou l’économie mais aussi … la physique !

Lee Smolin, auteur un essai surprenant paru en 2006 dans le recueil Intelligent Thought, revient sur une propriété surprenante bien connue des physiciens :  les paramètres physiques de l’univers sont précisément “ajustés” d’une façon cruciale pour la vie dans notre univers. Par exemple, si la constante de gravitation universelle était un peu différente, les étoiles auraient des propriétés différentes et ne pourraient par exemple pas vivre suffisamment longtemps pour éclairer des milliards d’années une planète telle que la nôtre. Autrement dit, un univers “typique” avec des paramètres “typiques” n’aurait jamais pu voir l’apparition de la vie (et serait une espèce de masse homogène d’atomes hydrogènes). Smolin appelle cela “the improbable biofrendliness of the universe and its laws”, qu’on peut (mal) traduire par l’”improbable affinité de l’univers et de ses lois pour la vie “. D’où des interrogations légitimes :

 

– Comment se fait-il que nous observions un univers avec des paramètres physiques aussi improbables ?

– Comment se fait-il que ces paramètres particuliers ont été choisis ?

 

La réponse à  la première question est immédiate : nous observons un univers improbable car la condition nécessaire pour voir l’apparition d’observateurs est de se trouver dans un univers avec de tels paramètres. C’est ce qu’on appelle le principe anthropique.

 

La réponse à  la seconde question est bien plus intéressante et d’après Smolin, quatre réponses sont possibles.

La première est que Dieu a créé l’univers ainsi pour y placer l’homme. C’est ce qu’on appelle le principe anthropique fort. L’homme de science ne peut évidemment se satisfaire de cette réponse a priori.

La seconde hypothèse est qu’il y aurait une contrainte théorique ou mathématique profonde obligeant les paramètres physiques à  prendre certaines valeurs. Hypothèse peu plausible si l’on en croit les théories physiques actuelles ayant en fait pléthore de paramètres libres.

La troisième hypothèse est qu’en fait notre univers n’est qu’un élément très très singulier d’une population très très nombreuse de multi-univers. Autrement dit, notre univers ne serait en quelque sorte qu’un atome très atypique dans un espèce de méta-univers, composé de tous les univers possibles et imaginables. La vie ne serait due qu’à  un très improbable concours de circonstances, rendu possible uniquement par le fait qu’il y a énormément d’univers existant et que si petite que soit la probabilité d’un univers “biofrendly”, la population des univers existants est tellement grande qu’au bout du compte la vie est apparue dans l’un deux. Cette hypothèse est appelée le “principe anthropique faible”. Le gros problème scientifique posé par les principes anthropiques fort et faible est qu’aucune de ces hypothèses n’est réfutable, ni vérifiable car ces principes anthropiques font appel à  des éléments extérieurs à  notre univers pour expliquer son existence. Autrement dit, les principes anthropiques ne sont pas des principes scientifiques. L’origine de l’univers n’est pas l’objet de la science dans ce cadre…

Alors, la science est-elle battue sur ce coup-là  ? Rien n’est moins sûr. Smolin propose une quatrième hypothèse, qui elle, est scientifique car permet de faire des prédictions réfutables. Il propose d’étendre le principe de sélection naturelle aux lois de la physique même. La sélection naturelle repose sur :

-un procédé de reproduction,

– un procédé de mutation,

– un procédé de sélection

 

Alors quid pour l’univers ? La relativité générale a montré l’existence d’objets singuliers (au sens mathématique du terme), les trous noirs. Les théories quantiques plus récentes montrent que ces trous noirs peuvent “rebondir” et donner de nouveaux Big-Bang. Ceci nous donne le procédé de reproduction : la théorie nous dit qu’un trou noir peut donner naissance à  un nouvel univers, et l’existence de nombreux univers “génétiquement” reliés par des trous noirs est en fait possible. La physique rend également possible le fait que dans ces nouveaux univers issus de trous noirs, les paramètres soient légèrement modifiés. Nous avons notre procédé de mutation. Qu’en est-il du procédé de sélection ? Là  aussi, la théorie nous apprend beaucoup. En fait, le nombre de trous noirs d’un univers dépend grandement des paramètres physiques de cet univers. Un trou noir typique naît de l’effondrement gravitationnel d’une étoile, et les univers “fertiles” en trous noirs sont les univers où la gravité est ajustée pour que les étoiles se forment et s’effondrent. Or, il se trouve que les univers typiques fertiles en trous noirs sont des univers très particuliers, où par exemple carbone et oxygène peuvent se former.

Autrement dit, un univers riche en trous noirs sera typiquement un univers où la vie a de plus grandes chances d’apparaître. Comme la “fertilité” d’un univers est directement liée au nombre de ses trous noirs, on voit donc que les univers évoluent naturellement par ce processus de sélection vers des univers “biofrendly”. L’apparition de la vie devient alors beaucoup plus probable.

Alors, cette hypothèse est-elle testable? Smolin prétend que oui. Par exemple, il y a une masse critique pour laquelle les supernovae (les étoiles qui explosent) donnent des trous noirs. Ce seuil doit être aussi bas que possible pour donner le maximum de trous noirs, mais s’il descend trop bas, la nucléosynthèse primordiale devient impossible et les supernovae ne peuvent apparaître. Autrement dit, cette théorie de l’évolution des univers prédit la valeur optimale de certains paramètres, qu’on peut maintenant mesurer. Le problème de l’origine de l’univers revient dans le giron de la science !

(Billet original publié sur le blog de Tom Roud et reproduit avec l’aimable autorisation de son auteur).

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Tom Roud

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