L'univers nu E-Book

Christian Suavet

• Herausgeber: Publishroom
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Französisch
• Veröffentlichungsjahr: 2019

Seitenzahl: 216

Beschreibung

Quel nouveau paradigme nous permettrait d'adopter une nouvelle approche de l'univers et de la physique ?

Et si une petite imprécision expérimentale était à l’origine d’une erreur conceptuelle dans la relativité restreinte ? Erreur qui pourrait constituer une entrave à la résolution de problèmes en physique et cosmologie.

Derrière ce qui semble être un détail qui ne colle pas à la théorie, une broutille que personne n'avait remarquée jusque-là, on réalise après une lecture attentive qu'un nouveau paradigme est en train d'émerger, avec comme enjeu, rien de moins que l'unification de la physique.

Christian Suavet précise dès la première ligne qu'il n'est pas un scientifique mais un amateur de sciences. Amateur éclairé ou illuminé ? La physique théorique stagne depuis plusieurs décennies. Peut-on se permettre de négliger une piste, simplement parce qu'elle est proposée par un amateur ?

Un ouvrage qui, après un rappel de quelques notions de physique, a le mérite de jeter les bases d’une nouvelle réflexion sur notre univers.

Loin de la pensée unique, découvrez une nouvelle manière de voir et de concevoir notre univers et les lois physiques qui le régissent dans un essai amateur mais novateur.

EXTRAIT

Tout l’univers peut se résumer en quatre couples : le couple matière-énergie évolue dans le cadre formé par le couple espace-temps. Les relations entre ces deux couples sont assurées par le couple thermodynamique-gravitation. Ceci n’est permis que par les lois de la physique qui s’expriment par le couple incertitude-exclusion. Mais au fil des avancées scientifiques, un autre couple nous apparaît de plus en plus distinctement, le couple logique-simplicité qui pourrait bien être, à lui seul, à l’origine des quatre autres.
La logique s’exprime par la loi de causalité, c’est-à-dire qu’il n’y a pas d’effet sans cause. Il y a donc un ordre dans l’agencement des phénomènes. La simplicité s’exprime par le principe de moindre action. Entre plusieurs solutions possibles à un problème, c’est toujours la plus simple qui est la bonne. Le plus souvent, la difficulté est de découvrir celle qui est la plus simple, qui est rarement la plus évidente. Sans perdre de vue la logique et la simplicité sous-jacentes de la physique, nous allons passer en revue les quatre couples qui constituent les quatre piliers de l’univers :

MATIÈRE – ÉNERGIE
ESPACE – TEMPS
THERMODYNAMIQUE – GRAVITATION
INCERTITUDE – EXCLUSION

Leseprobe

Christian Suavet

L’Univers Nu

Essai de cosmologie

« La joie de comprendre est le plaisir le plus noble qui soit »

–Léonard de Vinci.

« La joie de regarder et de comprendre est le plus beau cadeau de la nature »

–Albert Einstein.

Introduction

Un peu de moi ... mais pas trop

Je ne suis pas un scientifique, mais simplement un amateur de sciences (et voilà... dès la première phrase, j’ai sans doute perdu la plupart de mes lecteurs. Merci à celles et ceux qui persévèrent).

Je me passionne pour les sciences en général et la cosmologie en particulier. Je m’intéresse à tous les articles et les ouvrages de vulgarisation sur le sujet. Comprendre le fonctionnement de l’univers est une passion de toujours. Au fil de mes lectures et des réflexions qu’elles engendraient, je me suis rendu compte que j’avais acquis une vision personnelle de l’univers que je ne retrouvais dans aucun livre. En fait, j’ai réalisé il y a relativement peu de temps que j’avais bifurqué du paradigme en vigueur sans m’en rendre compte il y a plus de quarante ans par une compréhension très personnelle de la relativité, que j’expose dans le chapitre : « Petite mise au point sur la relativité restreinte ». C’est cette compréhension qui m’a donné une idée, puis une autre, et une idée en entraînant une autre, c’est une nouvelle conception de l’univers qui s’est mise en place dans ma tête.

La plupart des idées exposées ici ont plus de vingt ans. Les progrès récents de la cosmologie n’ont fait que les confirmer, comme par exemple la découverte de l’accélération de l’expansion de l’univers. Lorsque je décidai de les mettre par écrit, le but était au départ de les proposer directement aux scientifiques, pour qu’ils puissent les utiliser, les approfondir et les théoriser. Mais les réponses de politesse que j’ai obtenues ont fini par m’en dissuader. Avant de les proposer pour une publication, je gardais mes idées pour moi quelques années, pour les tourner et retourner dans tous les sens pour tenter d’y trouver une faille, histoire de ne pas passer pour un farfelu dès le premier paragraphe… mais au moins être crédible jusqu’au deuxième...voire le troisième... Puis, je me décidai à essayer de les faire publier. Allez, soyons fous ! Après quelques refus de publication dans des revues connues, mon premier article a été publié en octobre 1996 dans la revue Effervesciences. J’en profite pour remercier chaleureusement le rédacteur en chef, Monsieur Jean-Yves Gauchet. Il s’ensuivit huit autres articles. Ce livre est une synthèse des idées exposées dans ces articles, avec quelques petites corrections et ajouts pour tenir compte des avancées scientifiques qui leur sont postérieures. Après la découverte de l’accélération de l’expansion de l’univers, je suis resté silencieux pendant quinze ans, persuadé que cette découverte qui ne trouvait aucune explication théorique dans le paradigme en vigueur, allait être le petit bout de fil qui dépasse, qui permettrait de démêler l’écheveau de la compréhension de l’univers. J’avais donc estimé ma contribution inutile, à chacun son métier. Mais comme cette découverte laisse toujours perplexe tous les experts en la matière, et que si cet état perdure, je serais ennuyé d’avoir raison à titre posthume, tout autant d’ailleurs que d’être dans l’erreur sans jamais l’avoir su, ma curiosité naturelle m’a fait me remettre à l’écriture, motivé aussi par le grand intérêt pour mes articles qu’avaient manifesté à l’époque les lecteurs de la revue.

Pourquoi ce titre ?

Le 17 avril 1993 est le jour où en déduisant de mes réflexions que les problèmes actuels de la cosmologie ne pouvaient trouver de solution qu’à condition d’envisager l’existence d’une forme encore inconnue de symétrie dans l’univers, j’ai vraiment eu le sentiment de voir, là... devant moi : l’univers nu ! Intense moment d’émotion que j’aimerais tant parvenir à vous faire partager. L’idée d’écrire un article sur l’univers m’est venue à ce moment-là, et je me suis dit que si un jour j’écrivais un livre sur ce sujet, le titre était tout trouvé. La science n’avance pas seulement par déductions froides et réfléchies, mais aussi et peut-être surtout par intuitions génératrices d’émotion. Rien n’a changé depuis le fameux « Eurêka ! » d’Archimède. Je laisse toujours émerger une idée, guidé par ce raisonnement instinctif qu’on appelle l’intuition, ensuite je cherche des arguments logiques pour l’étayer. Si j’en trouve, il peut s’ensuivre un déferlement d’idées en cascades, si je n’en trouve pas, je cherche pourquoi, ce qui peut me guider dans une autre direction.

Une autre raison du choix de ce titre est que la notion de symétrie est essentielle dans l’univers. L’univers est tout ce qui existe, l’unique, l’un. En français « un » est le symétrique de « nu », non seulement dans l’ordre des lettres, mais aussi dans leur forme.

« L’univers nu » est aussi un petit clin d’œil au naturisme, rempart essentiel contre l’obscurantisme, premier fléau de l’humanité. L’avenir se vivra sans aucune restriction à la nudité, ou ne se vivra pas dans la confiance, le respect et la sérénité. L’avenir lointain, hélas... (et là, j’ai dû perdre mes derniers lecteurs. J’espère quand même qu’il en reste un. Bon courage donc, cher lecteur ou chère lectrice pour la suite !).

Mais le principal rempart contre l’obscurantisme est, bien sûr, la diffusion de la connaissance. On ne peut pas parler de cosmologie sans parler de physique. Le niveau de complexité atteint par la physique peut la faire passer pour inaccessible pour la plupart des gens. Ce n’est en fait qu’un problème de vulgarisation. « Il n’y a pas de concept, aussi abstrait soit-il, qui ne puisse être expliqué en termes simples du langage quotidien ». Je n’invente rien, c’est Albert Einstein qui l’a dit.

* * *

Il y a vingt-six siècles, l’Homme s’est rendu compte que les phénomènes naturels pouvaient être régis par une relation de cause à effet, donc que la nature pouvait être compréhensible. Après des siècles de tâtonnements, d’erreurs alternées d’idées géniales et de changements de direction, il semble bien que cette fois nous tenions le bon bout. Comprendre l’univers, c’est-à-dire le fonctionnement de la nature, ne semble plus relever du domaine de l’utopie.

Nous vivons l’époque la plus exaltante de l’histoire de l’humanité, sur le plan scientifique du moins. À une époque où le futile est érigé en dogme, où le paraître l’emporte sur l’être, ne pas réaliser la chance que nous avons de vivre aussi à une époque où il devient possible de dégager un concept global qui corresponde à la réalité, et de pouvoir suivre cette aventure en temps réel, n’est-ce pas passer à côté de l’essentiel ?

Je vous expose ici ma façon de concevoir l’univers, en essayant d’être accessible à tous, avec en arrière-pensée je l’avoue, l’espoir fou de pouvoir apporter ma petite pierre à l’édifice de la connaissance.

Vous allez découvrir une autre façon de voir l’univers.

Les bases de la physique expliquées à ma façon

Pourquoi « … expliquées à ma façon » ? Parce que je n’ai pas encore trouvé d’explication suffisamment simple pour donner une bonne vision globale de l’univers, sans avoir à faire un gros effort de synthèse parmi une foule de données en vrac, jamais rassemblées dans un même article.

De quoi est constitué l’univers ?

Tout l’univers peut se résumer en quatre couples : le couple matière-énergie évolue dans le cadre formé par le couple espace-temps. Les relations entre ces deux couples sont assurées par le couple thermodynamique-gravitation. Ceci n’est permis que par les lois de la physique qui s’expriment par le couple incertitude-exclusion. Mais au fil des avancées scientifiques, un autre couple nous apparaît de plus en plus distinctement, le couple logique-simplicité qui pourrait bien être, à lui seul, à l’origine des quatre autres.

La logique s’exprime par la loi de causalité, c’est-à-dire qu’il n’y a pas d’effet sans cause. Il y a donc un ordre dans l’agencement des phénomènes. La simplicité s’exprime par le principe de moindre action. Entre plusieurs solutions possibles à un problème, c’est toujours la plus simple qui est la bonne. Le plus souvent, la difficulté est de découvrir celle qui est la plus simple, qui est rarement la plus évidente. Sans perdre de vue la logique et la simplicité sous-jacentes de la physique, nous allons passer en revue les quatre couples qui constituent les quatre piliers de l’univers :

MATIÈRE – ÉNERGIE

ESPACE – TEMPS

THERMODYNAMIQUE – GRAVITATION

INCERTITUDE – EXCLUSION

Matière – énergie

La matière est constituée d’énergie, alors que l’énergie n’est pas constituée de matière. Cette dissymétrie est révélatrice du niveau d’organisation plus élaboré de la matière par rapport à l’énergie. On peut dire que la matière est un concentré d’énergie localisé dans l’espace.

Examinons ce qui différencie la matière de l’énergie. Si nous nous laissons guider par l’évidence, la matière est consistante et pesante, elle est donc constituée de particules, tandis que l’énergie est chaude ou lumineuse, et sans poids, c’est donc une onde. Mais il n’y a rien de plus trompeur que l’évidence. Ce qui semble évident au niveau macroscopique, ne l’est pas au niveau microscopique. Au début du xxe siècle, les scientifiques ont démontré que la matière comme l’énergie peuvent être considérées aussi bien comme des ondes que comme des particules.

Si vous fermez lentement un robinet, vous verrez un filet d’eau de plus en plus mince, puis au-dessous d’un certain débit, l’eau tombe en gouttes. C’est pareil pour la lumière. Si vous réduisez l’intensité d’une lampe prévue à cet effet, vous verrez un flux continu de lumière jusqu’à une intensité limite où la lumière se fractionne en quanta (invisibles à l’œil) qui sont à la lumière ce que les gouttes sont à l’eau. Si la lumière n’était pas constituée de particules qu’on appelle photons, le flux lumineux même d’intensité infinitésimale resterait continu.

À l’inverse, la matière que l’on considère habituellement et à juste titre comme constituée de particules, se révèle aussi sous un aspect ondulatoire. Un électron ne tourne pas autour d’un noyau d’atome comme une planète autour du Soleil, sa position n’est pas précise, elle est associée à une fonction d’onde qui détermine la probabilité de trouver l’électron à tel endroit. Seules sont permises les orbites qui correspondent à un nombre entier d’ondes électroniques autour du noyau. C’est pourquoi il existe des niveaux d’électrons. Lorsqu’un électron capture un photon, il devient plus énergétique et « saute » sur une orbite externe. Lorsqu’il émet un photon il saute sur une orbite interne (s’il y a une place libre). Chaque élément atomique possède son propre système d’orbites électroniques qui n’absorbe et n’émet des quanta de lumière qu’à certaines longueurs d’onde, ce qui détermine un spectre de lumière polarisée différent pour chaque élément, laissant sur les détecteurs une raie noire plus ou moins large à chaque longueur d’onde de lumière absorbée. Ainsi le spectre complet de tous les éléments d’une source lumineuse ressemble à un code-barres. Ce code-barres est la signature de la source lumineuse, il permet d’en analyser les différents éléments. Sans l’aspect ondulatoire de la matière, la spectroscopie n’existerait pas, et il serait impossible d’analyser à distance la composition chimique de la surface des étoiles, simplement en décomposant leur lumière au prisme. Comme l’électron, chaque particule de matière peut être associée à une onde.

Comment la matière et l’énergie, si semblables, peuvent-elles être si différentes à notre niveau ? La seule différence est le spin. Le spin est habituellement décrit comme étant lié au mouvement de rotation de la particule. Il y a des particules qui ne présentent le même aspect qu’après un tour sur elles-mêmes, et d’autres un demi-tour seulement. En fait, cette description n’aide pas à comprendre que le spin à lui seul soit responsable de la différence entre la matière et l’énergie. Plus qu’un simple mouvement de rotation, le spin est une propriété de la particule. Cette propriété détermine le comportement de la particule par rapport aux autres. Une métaphore très simple peut nous éclairer sur cette notion assez abstraite. Il existe des caisses en plastique qui s’emboîtent lorsqu’on les superpose toutes dans le même sens, et qui s’empilent lorsqu’on les superpose en quinconce. Les particules d’énergie, de spin 1 ou entier, peuvent occuper un même endroit au même moment (comme les caisses qui s’emboîtent), alors que, les particules de matière de spin 1/2 ou demi-entier, ne peuvent pas occuper le même endroit au même moment (comme les caisses qui s’empilent en quinconce si on leur fait faire 1/2 tour). C’est ce qu’on appelle le principe d’exclusion. La matière obéit au principe d’exclusion, l’énergie non. Cette seule différence fait toute la différence.

Pour des particules, le fait de ne pas pouvoir occuper un même endroit au même moment, introduit la notion d’espace et de temps. Ainsi, avec les premières particules de matière de l’univers, apparaît l’espace-temps.

* * *

Espace – temps 

La lumière ne se propage pas instantanément. Nous ne voyons donc pas les objets tels qu’ils sont, mais tels qu’ils étaient dans un passé plus ou moins lointain selon le temps qu’a mis la lumière qu’ils émettent ou qu’ils nous renvoient, à nous parvenir. Ainsi, nous ne voyons pas la Lune telle qu’elle est, mais telle qu’elle était, et là où elle était, il y a 1,28 seconde (en moyenne, car les orbites sont légèrement elliptiques), nous voyons le Soleil tel qu’il était il y a 8 minutes 17 secondes, les étoiles visibles à l’œil nu telles qu’elles étaient il y a quelques années (jusqu’à quelques siècles pour les plus lumineuses), nous voyons l’objet le plus lointain visible à l’œil nu, la galaxie d’Andromède (par un ciel bien noir, sans brume, ni pollution lumineuse), telle qu’elle était il y a 2,5 millions d’années. L’âge de l’univers est estimé à 13,8 milliards d’années, donc si nous regardons à une distance de 13,8 milliards d’années-lumière nous voyons l’univers tel qu’il était il y a 13,8 milliards d’années, à l’époque de son l’origine (ou quasiment, car en fait, nous ne voyons pas l’univers avant un âge de 380.000 ans car auparavant il était opaque). L’image la plus lointaine de l’univers est appelée horizon cosmologique.

Nous voyons que la finitude de la vitesse de la lumière fait que l’extension spatiale de l’univers se confond avec son extension temporelle, ce qui implique que la distance qui nous sépare de l’horizon cosmologique doit être la même dans toutes les directions, donc nous nous situons obligatoirement au centre de l’univers, sinon le Big Bang qui est à son origine, n’aurait pas eu lieu à la même époque selon que l’on regarde dans une direction ou dans une autre, et l’univers serait incohérent. Nous sommes au centre de l’univers, mais il n’y a pas de raison pour que nous soyons privilégiés. Tous les observateurs, n’importe où dans l’univers, doivent avoir une vision cohérente de l’univers. Tout observateur se situe lui-même au centre de l’univers.

« Nous sommes au centre de l’univers », une expression taboue depuis la prise de conscience par la société des erreurs d’Aristote dont le tort est de s’être toujours laissé guider par le premier degré de l’évidence. Il s’ensuivit dix-huit siècles de stagnation et même de régression dans la connaissance de l’univers. Mais comme ici aucun observateur n’est privilégié puisque chacun se situe lui-même au centre de l’univers, nous pouvons nous permettre sous cette condition d’employer cette expression.

Comme plus nous regardons loin, plus nous regardons dans le passé, la finitude de la vitesse de la lumière implique aussi que chaque observateur se situe lui-même à l’endroit de l’univers le plus avancé dans le futur.

Nous verrons plus loin que le temps d’un voyageur à grande vitesse ne s’écoule pas à la même vitesse que le temps d’un observateur immobile. Par exemple : à 86% de la vitesse de la lumière le rapport est de 2. Cela implique qu’un dialogue entre un voyageur à cette vitesse et un observateur sur Terre serait perçu par le voyageur accéléré 2 fois, et ralenti 2 fois par l’observateur sur Terre. À 99% de la vitesse de la lumière, le rapport est de 10. Pour un hypothétique voyageur à la vitesse de la lumière, le rapport serait infini. Hypothétique, car aucune matière ne peut voyager à la vitesse de la lumière, il faudrait une énergie infinie pour l’atteindre. Seules les particules sans masse au repos voyagent à la vitesse de la lumière. Situons-nous dans le cas d’un voyageur à la vitesse de la lumière, c’est-à-dire le photon. Pour un observateur-photon nous avons vu que le rapport au temps par rapport à un observateur immobile est infini, donc de son point de vue le temps dans l’univers s’écoule à la vitesse infinie, l’univers a une durée nulle, le temps n’existe pas, donc le photon se déplace de son propre point de vue à la vitesse infinie, ce qui signifie que sitôt parti il est déjà arrivé, donc la quantité d’espace à traverser est nulle, l’espace n’existe pas. Du point de vue du photon, le temps et l’espace n’existent pas. Le photon ne peut avoir qu’une notion globale de l’univers, la notion de localité lui est inconnue.

Ainsi, si un expérimentateur au repos pouvait mesurer une vitesse de la lumière infinie, ce serait le signe de l’inexistence de l’espace et du temps. Puisque l’espace et le temps existent, il faut obligatoirement un certain temps pour parcourir une certaine quantité d’espace et la lumière n’échappe pas à la règle. L’existence de l’espace-temps implique que la vitesse de la lumière soit finie. Tout n’aurait-il pas été plus simple sans l’espace et le temps, donc avec une vitesse de la lumière infinie ? Mais au fait, pourquoi l’espace et le temps existent-ils ?

* * *

Thermodynamique – gravitation 

Il existe quatre forces fondamentales dans la nature : la force électromagnétique qui maintient la cohésion des atomes et qui unit les atomes entre eux pour former des molécules, la force nucléaire forte qui maintient la cohésion des noyaux d’atomes, la force nucléaire faible qui intervient surtout dans les phénomènes de désintégration radioactive des noyaux d’atomes, et la gravitation qui fait que les masses s’attirent, ou plus exactement déforment leur espace environnant, ce qui revient au même. Les trois premières forces ou interactions sont à l’origine des énergies chimique, électrique, nucléaire et s’intègrent dans l’étude des mouvements de chaleur ou thermodynamique. La gravitation a un statut particulier.

Tous les phénomènes physiques sont réversibles, sauf le temps et la gravité. C’est la thermodynamique qui révèle l’irréversibilité du temps : mettons un litre d’eau à 20°C dans un litre d’eau à 10°C, nous obtenons deux litres d’eau à 15°C. L’inverse est impossible. Deux litres d’eau à 15°C ne donneront pas spontanément un litre d’eau à 20°C et un litre d’eau à 10°C. La thermodynamique nous révèle l’existence d’une flèche du temps. L’énergie peut passer d’une forme à une autre (électrique, chimique, mécanique, calorifique), mais la dernière des transformations sera toujours la chaleur qui se diffusera d’un point chaud vers le milieu extérieur plus froid, pour finir dans l’espace. Cela signifie que l’univers évolue d’un état ordonné vers un état désordonné. Ce désordre de l’univers est appelé entropie. L’entropie de l’univers ne peut qu’augmenter avec le temps. Les étoiles perdent de l’énergie qui se diffuse dans l’espace. On dit que l’univers est dans un état de déséquilibre thermodynamique. L’état d’équilibre correspond à la répartition uniforme de la chaleur dans l’univers, ce qui la rend inutilisable, que ce soit par les phénomènes naturels ou par une forme d’intelligence, et tant qu’il y aura une différence de température entre deux lieux, c’est-à-dire tant que l’univers sera dans un état de déséquilibre thermodynamique, il y aura de l’énergie utilisable. La notion de déséquilibre est capitale dans la compréhension de la nature.

Il existe un cas qui peut paraître paradoxal, celui de notre existence. Reprenons nos deux litres d’eau à 15°C. Plaçons-en un litre dans un frigo. L’autre litre à l’extérieur sera chauffé par le radiateur du frigo qui en évacue la chaleur. Nous retrouvons un litre d’eau à 10°C et un litre à 20°C. Nous sommes passés d’un état moins ordonné à un état plus ordonné, donc l’entropie a diminué. Mais pour y parvenir, le frigo a dû consommer de l’énergie qui s’est dissipée sous forme de chaleur, donc l’entropie a augmenté. Si l’on fait le bilan, l’augmentation d’entropie a été plus importante que la diminution, donc cette opération a augmenté l’entropie de l’univers. Nous voyons donc qu’un accroissement local de l’ordre ne contredit pas le principe d’irréversibilité de la thermodynamique, puisqu’il s’accompagne d’un accroissement plus important du désordre global.

C’est à cet effet « pompe à chaleur » que nous devons l’existence. Pour que la vie se développe, la matière doit passer d’un état désordonné à un état de plus en plus ordonné, donc l’entropie doit diminuer, ce qui devrait être impossible car contraire au sens de l’évolution de l’univers. Mais pour en arriver là, il a fallu dissiper de la chaleur dans l’univers, tout d’abord par les étoiles géantes, ancêtres du Soleil, qui ont permis l’organisation de la matière en différents éléments chimiques, ensuite l’énergie du Soleil a permis à la vie de se développer. Donc au total, l’entropie de l’univers a augmenté plus qu’elle a diminué, et même dans des proportions démesurées. La Terre ne reçoit qu’un milliardième de l’énergie du Soleil, le moins que l’on puisse dire est que la nature ne regarde pas à la dépense.

Comme le temps, la gravité est aussi un phénomène irréversible. Elle est toujours attractive. Il n’y a aucun phénomène connu de gravité répulsive dans l’univers. Deux objets qui se percutent libèrent de l’énergie, donc des objets liés par la gravité constituent un système moins énergétique que les mêmes objets pris séparément. La gravité tend avec le temps à regrouper la matière. Plus un objet ou un système est massif, plus son entropie gravitationnelle est élevée. Comme la thermodynamique, la gravitation augmente l’entropie de l’univers. Que la gravité dévie un objet vers une masse, signifie que la trajectoire la plus probable de cet objet est celle où il contribue le plus à augmenter l’entropie de l’univers. En ce sens, on peut dire que la gravitation n’est autre que l’expression d’une flèche de l’espace. Le temps et la gravité, par leur irréversibilité, œuvrent donc dans le même sens à augmenter l’entropie de l’univers. Le temps et l’espace sont donc des vecteurs d’entropie. Ils n’existent que pour permettre la diffusion de la chaleur et le regroupement de la matière, pour faire baisser le niveau de déséquilibre thermodynamique et gravitationnel de l’univers qui se rapproche en permanence de son état d’équilibre.

La trajectoire qui contribue le plus à augmenter l’entropie gravitationnelle de l’univers est celle qui mène à la collision. Puisque tous les objets s’attirent, ils devraient tous se percuter. Mais il existe un frein à cette tendance, c’est l’inertie (que l’on appelle force centrifuge dans le cas d’un mouvement de rotation) qui permet aux objets de se mettre en orbite les uns autour des autres sans se percuter (seuls se percutent ceux qui sont sur la même trajectoire). À travers l’inertie, nous verrons plus loin que c’est toute la masse de l’univers qui empêche son évolution brutale vers son niveau maximum d’entropie.

* * *

Incertitude – exclusion 

Toute la physique de l’infiniment petit, la physique quantique, repose sur les principes d’incertitude et d’exclusion. Le principe d’incertitude, ou d’indétermination, concerne l’espace et le temps, et a des répercussions sur les propriétés de la matière et de l’énergie. Le principe d’exclusion concerne aussi l’espace et le temps, mais comme nous l’avons vu, seule la matière lui obéit.

Nous avons vu que la finitude de la vitesse de la lumière implique que chaque observateur se situe lui-même au centre de l’univers. Mais peut-on déterminer ce qui correspond du point de vue de chaque observateur, au centre absolu de l’univers ? Imaginons-nous en observateurs minuscules. Plus nous réduisons notre taille, plus nous augmentons la précision de notre connaissance du centre de l’univers. Mais nous atteignons une limite à 10- 33 cm (0,000...1; 33 décimales), c’est la limite de divisibilité de l’espace. Au-dessous de cette limite l’espace est indéterminé. Ainsi, chaque observateur se situe lui-même au centre d’un univers qui n’a pas de centre absolu.

Entre le passé et le futur, le présent a-t-il une durée ? Dans une seconde ce sera déjà le futur, il y a une seconde c’était le passé. Dans un millième de seconde ce sera toujours le futur, il y a un millième de seconde c’était encore le passé. Peut-on réduire indéfiniment l’intervalle de temps qui sépare le passé du futur et ainsi réduire le présent à une durée nulle ? Non, il existe une limite de divisibilité du temps à 10- 43 secondes. Au-dessous de cette limite, le temps est indéterminé. On peut dire que cette limite est la durée du présent. Notons que 10- 43 secondes est le temps que met la lumière à parcourir 10- 33 cm.

Du côté de l’infiniment petit, on se heurte donc à un horizon, l’horizon quantique, au-delà duquel l’espace et le temps deviennent indéterminés. Cette limite est aussi un horizon cosmologique. On peut dire qu’au-delà de cette limite nous ne sommes plus dans l’univers. La conséquence de cette limite à la divisibilité de l’espace et du temps est que la précision absolue n’existe pas. En connaissant parfaitement les lois de la physique, on ne peut pas calculer la trajectoire d’un objet avec une précision infinie. Quand on calcule une position, une vitesse ou leur combinaison, c’est-à-dire une trajectoire, on sait déjà que dès le départ on a une marge d’erreur de 10- 33 cm pour l’espace et de 10- 43 secondes pour le temps, ce qui génère une imprécision qui ne peut aller qu’en s’amplifiant. On ne peut donc déterminer qu’une fourchette parmi les trajectoires les plus probables. Cette petite incertitude de départ, fait que sur une longue période, une trajectoire devient totalement imprévisible, on dit qu’elle évolue de façon chaotique.

Sans cette petite incertitude, il serait possible en connaissant parfaitement les conditions initiales, de déterminer l’évolution précise de n’importe quel système physique, y compris de l’univers. Ainsi, si tous les événements de l’univers avaient été prévisibles à partir de la connaissance des conditions initiales, cela signifierait que tout ce que nous vivons est inévitable, que ce que nous faisons en ce moment n’est que la conséquence d’événements antérieurs, que nous n’avons qu’à subir les événements, que notre libre arbitre n’est qu’une illusion, que tout est écrit.

Au contraire, cette indétermination de l’espace-temps nous laisse entrevoir une infinité de futurs possibles. Chaque événement si minime soit-il, peut avoir des conséquences imprévisibles sur l’avenir. Rien n’est écrit !