IAP pr anthrop SCZ et CV 9 avril 2013



Mise à jour le 10 Avril 2013-a


CONFÉRENCE «LE PRINCIPE ANTHROPIQUE SCIENCE OU PAS ?»
Par Suzy COLLIN-ZAHN Astrophysicienne à l’Observatoire de Paris-Meudon et Christiane VILAIN Historienne de la physique aussi à Paris Meudon Organisée par l'IAP
98 bis Bd Arago, Paris 14^ème

Le mardi 9 Avril 2013 à 19H30

Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos
Vidéo de la conférence par le CERIMES disponible sur leur site quelques jours après (le CERIMES propose aussi toutes les vidéos des conférences IAP) : voir : http://www.cerimes.fr/le-catalogue/institut-dastrophysique-de-paris-iap.html



BREF COMPTE RENDU

Je reprends beaucoup de textes de mes anciens comptes rendus sur le même sujet.







Suzy Collin-Zahn est bien connue de nos lecteurs, elle est chercheur (retraitée) associée à l’Observatoire de Paris Meudon, au LUTh (Laboratoire Univers Théories).
Elle a travaillé à l’IAP dans les années 1960 et a passé sa thèse sur les AGN (Noyaux actifs de galaxies).
C’est une grande spécialiste des quasars et des trous noirs.

Christiane Vilain, s’est toujours intéressée à l’histoire de la physique, et notamment, elle a été une passionnée de C Huygens, sur lequel elle a écrit de nombreux articles et passé sa thèse d’Université.

Photo : SCZ et CV présentant leur très intéressant livre commun : Quelle est notre place dans l’Univers ? que je vous recommande.



Cette présentation ce soir est originale, dans le sens où c’est un duo qui la présente et la commente.
En italique les commentaires de C Vilain.




HISTORIQUE

La grande question que l’on s’est posée à toute époque : Pourquoi y-a-t-il quelque chose plutôt que rien ?

Bien évidemment, la science n’aura jamais la réponse.
Mais en relation avec la religion : y-a-t-il un grand Horloger ?

Dans les années 1920, la cosmologie devient une science.
· Hubble détermine la distance d’Andromède à notre galaxie ; c’est bien une galaxie à part entière !
· En 1929 il découvre la « loi de Hubble », les galaxies s’éloignent de nous, expansion de l’Univers etc…
· Einstein, Friedmann et Lemaître introduisent le principe cosmologique : trois paramètres suffisent à caractériser l’Univers : sa densité, la constante de Hubble H0 , la constante cosmologique qui va être enterrée pendant 20 ans.
· En 1932 Lemaître parle de l’atome primitif, que l’on appellera plus tard Big Bang.
· Une controverse naît avec les tenants d’un univers stationnaire comme Hoyle, Bondi et Gold.
· Mais en 1965 on met au jour le Bruit de fond cosmologique (CMB) qui valide la théorie du BB.
· L’Univers devient alors âgé de plus de 10 milliards d’années.

À l’époque plus moderne :
· On découvre dans les années 1970 la matière noire
· Dans les années 1980, introduction de l’inflation pour expliquer l’isotropie de CMB
· Puis plus récemment l’accélération (inattendue) de l’expansion de l’Univers avec l’introduction d’une certaine énergie noire.
· Ceci menant à la composition de l’Univers, 95% nous en est inconnue !
· Les très faibles fluctuations des températures du CMB (cent millième de degré) sont les germes des futures galaxies.



Rien n’arrive sans raison d’après SCZ, mais ce principe a déjà été utilisé par Giordano Bruno qui affirmait au 16^ème siècle qu’il n’y a pas de raison que Dieu ait placé un monde dans un endroit de l’Univers et pas dans un autre.
Il en déduisait que l’Univers était infini, avec la tragique suite que l’on connaît.
Au 17^ème siècle aussi on envisage d’autres mondes habités : Fontenelle , Huygens …
Et aujourd’hui ?
La raison nous inciterait-elle à concevoir d’autres univers ou non ?




NAISSANCE DU PRINCIPE ANTHROPIQUE.


En 1937, le grand physicien Paul Dirac est surpris par les grands nombres : par exemple pourquoi l’âge de l’Univers est si grand et la gravité si petite ?
Pourquoi y-a-t-il un rapport de 10⁴⁰ entre la taille de l’Univers et la taille de l’électron ?
Pour Dirac, ce ne serait pas dû au hasard !

C’est la première fois que l’on tente d’établir une relation entre l’infiniment petit et l’infiniment grand.


C’est Dicke qui répond à Dirac en 1961, l’âge de l’Univers doit être de l’ordre de grandeur de l’âge des étoiles, il doit aussi permettre l’existence de physiciens qui vont le mesurer. Bref un âge qui nous permet d’être là !

Alors se pose la question : que faut-il pour avoir un Univers « vivable » ?

Réponse : de la matière et de l’énergie !

La Vie implique l’existence de molécules complexes, donc des éléments comme le Carbone et plus lourds.
Aucune chimie complexe n’est possible avec les éléments les plus courants de l’Univers (98%) que sont H et He !
Il faut donc des étoiles qui vont synthétiser les éléments lourds à partir des éléments légers
C’est Fred Hoyle qui découvre ce type de réactions stellaires, qui nécessitent une « résonance » du noyau de Carbone ; la conclusion, les être vivants comme nous ne peuvent exister que dans un univers où une telle résonance existe.


et ensuite etc…


Il faudra plusieurs générations d’étoiles pour enrichir l’Univers.

Ce qui nécessite une durée de vie d’étoiles de plusieurs milliards d’années. En effet si H, He et Be sont synthétisés pendant les premières minutes, les éléments plus lourds nécessitent plusieurs millions, voire des milliards d’années pour ensemencer l’Univers.

C’est la mort des étoiles qui enrichit l’Univers en éléments lourds !

Donc pour que la vie ait pu se développer, il faut un Univers d e quelques dizaines de milliards d’années mais pas plus sinon toutes les étoiles seraient mortes.



En 1973, un jeune chercheur britannique qui travaille à l’Observatoire de Paris, Brandon Carter définit le principe anthropique.

(anthropos = homme, ne pas confondre avec entropie, une mesure du désordre)

Brandon Carter introduit deux notions de principes anthropiques :
· Le principe anthropique faible : Les conditions que nous observons autour de nous sont nécessaires à notre existence, mais nous ne devons pas les généraliser à l’ensemble de l’Univers. (WAP : weak anthropic principle)
· Le principe anthropique fort : Les paramètres fondamentaux caractéristiques de notre Univers doivent être tels qu’ils ont permis l’émergence d’observateurs à une certaine étape de son évolution . (SAP : strong anthropic principle)

De nombreuses discussions ont lieu sur ce sujet à l’époque.

L’Homme est-il le centre de l’Univers ?


Mais, le principe anthropique, est-ce vraiment un principe ?
Ce n’est en fait au départ qu’une constatation de base : nous sommes là, grâce à une situation singulière (unique ?) et peut-être même particulière :
Dans l’espace de l’Univers
Dans le temps
Dans l’espace des possibilités auxquelles le physicien a accès

Le fait que nous nous trouvions dans une petite région de l’espace des possibilités en tant qu’êtres vivants
Pour des valeurs de paramètres qui déterminent l’état de l’univers
Pour des constantes de la physique

Est-ce vraiment « anthropique » ou plutôt un « biais » observationnel.





LE RÉGLAGE DES CONSTANTES.


Trois problèmes liés à l ‘énergie sombre. (équivalent de la constante cosmologique).

· Quelle est sa nature ? peut être l’énergie du « vide quantique » (on sait que le vide n’est pas….vide, mais qu’il existe des fluctuations quantiques), mais alors elle devrait être 10¹²⁰ fois plus grande !
· Comment expliquer qu’elle soit si petite mais non nulle ? une possibilité de réponse : l’inflation « éternelle » créant des BB en grand nombre et donnant naissance à des multivers.
· Pourquoi sa densité est-elle du même ordre que la densité de matière (70-30%) ? La densité d’énergie sombre reste constante dans le temps, alors que la densité de matière diminue à cause de l’expansion, les courbes se sont croisées il y a 6 milliards d’années. Si la pression de cette énergie sombre était positive et plus grande, alors l’accélération aurait démarré plus tôt, étoiles et galaxies se seraient diluées. Si elle était négative l’Univers se serait déjà contracté.

L’énergie sombre ne peut donc permettre la vie que dans tout petit domaine d’existence ! L’espace anthropique !

C’est S Weinberg (en 1987) qui eut l’idée de cette possibilité anthropique avant la découverte de l’énergie sombre.

D’où la question :

Un réglage « fin » des constantes physiques est-il nécessaire pour un Univers « vivable » ?


Mais qu’observe-t-on exactement ?
L’accélération de l’expansion ?
L’existence des galaxies ?

Non, en fait jamais directement.

La densité d’énergie sombre est déduite de certains modèles comme le Lambda CDM.




CONTRAINTES SUR LES CONSTANTES PHYSIQUES.


Sur les quatre forces fondamentales :

· Les étoiles et l’Univers doivent durer longtemps et être très grands
· Cela n’est possible que parce que la gravité est incroyablement plus faible que les autres forces (pourquoi ??). si la gravité était 10 fois plus forte, la durée de vie des étoiles serait beaucoup plus faible, pas de vie possible. Si elle était plus faible, étoiles trop grosses, probablement pas de réactions nucléaires…..
· Si la force nucléaire était plus grande (de 2% par exemple) H disparaîtrait rapidement, il n’y aurait pas d ‘éléments plus légers que le Fer. Si elle était plus petite, alors pas d’éléments lourds. Dans les deux cas pas de molécules organiques.
· Si la force électromagnétique était un peu plus grande, les électrons repousseraient les autres atomes, si elle était un peu plus faible, ils ne seraient pas maintenus autour des noyaux. Dans les deux cas pas de molécules.

Sur les constantes physiques fondamentales :

· Si elles différaient d’un quantité minime de leur valeur réelle, l’Univers aurait subi une toute autre évolution.
· Par exemple la formation de Deutérium (essentielle en nucléosynthèse) dépend fondamentalement de la différence de masse entre proton et neutron
· Il y a aussi un rapport de un à un milliard entre le nombre de particules de matière et le nombre de photons, pourquoi ?



On peut aussi se poser la question de savoir si il est légitime de faire varier une constante sans faire varier les autres.



Il existe une petite zone où la vie est permise.

Pour beaucoup de scientifiques, il ne faut pas se poser ces questions, la vie n’aurait pas de signification profonde, les dés sont tombés ainsi, c’est le hasard

Ou alors l’Univers aurait-il été fait pour aboutir à l’Homme ?





Si la force électromagnétique ….
Si elle était un peu plus petite
Si si si ….

En continuant, on pourrait finir par dire, que si c’était autrement, ce ne serait pas pareil!

De plus en parlant des constantes, est-ce raisonnable de ne raisonner que sur un paramètre à la fois ?


Serait-on le résultat du hasard ?

Qu’est ce que le hasard en physique ?
La mesure de notre ignorance
Une indétermination irréductible.

Elle en refuse aucune question comme :
Pourquoi nous sommes là ?
Pourquoi y-a-il quelques chose plutôt que rien ?

Mais il faudrait s’attaquer aux problèmes dans l’ordre.

De même C Vilain ne refuse pas l’hypothèse du Multivers, mais refuse l’idée que ce soit la seule explication rationnelle.



Il faut changer la méthode scientifique. exemple : Émergence.

Robert Laughlin la définit ainsi : apparition de lois qui ne peuvent être déduites de principes physiques plus fondamentaux.
L'ensemble fait plus que la somme de ses parties.
Les lois émergent-elles des objets et non les objets des lois.

Existe-t-il un principe de complexité?
Y-a-t-il évolutionnisme en physique comme en biologie?




L’Univers est peut être aussi plus grand que ce que nous voyons, il y aurait des poches avec d’autres jeux de constantes ?









EN CONCLUSION.

· Il semble qu’un ajustement fin de l’Univers ne soit pas nécessaire à sa vivabilité, mais il doit obéir à certaines contraintes qui peuvent être satisfaites dans certains poches d’Univers (multivers)
· Le multivers est très contesté car difficilement testable
· Les lois et les constantes sont elles valables à très grande distance, si non on est dans le multivers (principe anthropique faible)
· Ceci mettrait en cause le principe Copernicien, car nous serions dans un lieu privilégié.

Le principe anthropique mérite l’attention car il a une influence sur la sélection des modèles cosmologiques.
Mais il est possible que ces questions n’aient jamais de réponse.




POUR ALLER PLUS LOIN :

L’Univers hasard ou nécessité ? : CR de la conf. SAF de S Collin du 11 Avr 2012

Le principe anthropique chez Luxorion de Th Lombry.

L’astrophysique nucléaire par l’IN2P3.

La constante cosmologique par M Lachièze Rey.


Bibliographie :

Quelle est notre place dans l’Univers ? par C Villain et S Collin

A Universe from Nothing par Lawrence M. Krauss

Y a-t-il un grand architecte dans l'univers ? par Stephen Hawking

La Recherche spécial sur la Théorie du tout

Forme et origine de l’Univers par A Barrau.

Discours sur l’origine de l’Univers par Etienne Klein.

Just six numbers par Martin Rees.





Bon ciel à tous !

Jean Pierre Martin .Commission de Cosmologie de la SAF.
www.planetastronomy.com
Abonnez-vous gratuitement aux astronews du site en envoyant votre nom et e-mail.