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- Mise à jour le 10 Avril 2013-a
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- 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 14ème
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- Le mardi 9 Avril
2013 à 19H30
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- 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
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- BREF COMPTE RENDU
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- Je reprends beaucoup de textes de mes anciens
comptes rendus sur le même sujet.
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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.
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- 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.
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- Photo : SCZ et CV présentant leur très
intéressant livre commun :
Quelle
est notre place dans l’Univers ? que je vous recommande.
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- 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.
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- HISTORIQUE
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- La grande question que l’on s’est posée à
toute époque : Pourquoi
y-a-t-il quelque chose plutôt que rien ?
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- Bien évidemment, la science n’aura jamais la
réponse.
- Mais en relation avec la religion :
y-a-t-il un grand Horloger ?
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- Dans les années 1920, la cosmologie devient
une science.
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Hubble détermine la distance d’Andromède à notre galaxie ;
c’est bien une galaxie à part entière !
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En 1929 il découvre la « loi de Hubble », les galaxies
s’éloignent de nous, expansion de l’Univers etc…
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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.
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En 1932 Lemaître parle de l’atome primitif, que l’on appellera
plus tard Big Bang.
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Une controverse naît avec les tenants d’un univers stationnaire
comme Hoyle, Bondi et Gold.
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Mais en 1965 on met au jour le Bruit de fond cosmologique (CMB) qui
valide la théorie du BB.
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L’Univers devient alors âgé de plus de 10 milliards d’années.
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- À l’époque plus moderne :
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On découvre dans les années 1970 la matière noire
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Dans les années 1980, introduction de l’inflation pour expliquer
l’isotropie de CMB
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Puis plus récemment l’accélération (inattendue) de l’expansion
de l’Univers avec l’introduction d’une certaine énergie noire.
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Ceci menant à la composition de l’Univers, 95% nous en est
inconnue !
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Les très faibles fluctuations des températures du CMB (cent millième
de degré) sont les germes des futures galaxies.
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- Rien n’arrive sans raison d’après SCZ,
mais ce principe a déjà été utilisé par Giordano Bruno qui affirmait au
16ème 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 17ème 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 ?
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- NAISSANCE
DU PRINCIPE ANTHROPIQUE.
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- 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 !
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- C’est la première fois que l’on tente d’établir
une relation entre l’infiniment petit et l’infiniment grand.
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- 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 !
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- Alors se pose la question : que
faut-il pour avoir un Univers « vivable » ?
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- Réponse : de la matière et de l’énergie !
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- 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.
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et ensuite
etc…
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- Il
faudra plusieurs générations d’étoiles pour enrichir l’Univers.
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- 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.
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- C’est la mort des étoiles qui enrichit l’Univers
en éléments lourds !
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- 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.
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- En 1973, un jeune chercheur britannique qui
travaille à l’Observatoire de Paris, Brandon
Carter définit le
principe anthropique.
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- (anthropos = homme, ne pas confondre avec
entropie, une mesure du désordre)
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- Brandon Carter introduit deux notions de
principes anthropiques :
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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)
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- De nombreuses discussions ont lieu sur ce sujet
à l’époque.
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- L’Homme
est-il le centre de l’Univers ?
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- 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 :
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Dans l’espace de l’Univers
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Dans le temps
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Dans l’espace des possibilités
auxquelles le physicien a accès
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- Le fait que nous nous trouvions dans une
petite région de l’espace des possibilités en tant qu’êtres vivants
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Pour des valeurs de paramètres qui
déterminent l’état de l’univers
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Pour des constantes de la physique
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- Est-ce vraiment « anthropique »
ou plutôt un « biais » observationnel.
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- LE
RÉGLAGE DES CONSTANTES.
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- Trois problèmes liés à l ‘énergie
sombre. (équivalent de la constante
cosmologique).
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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.
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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.
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- L’énergie
sombre ne peut donc permettre la vie que dans tout petit domaine
d’existence ! L’espace
anthropique !
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- C’est S Weinberg (en 1987) qui eut l’idée
de cette possibilité anthropique avant la découverte de l’énergie
sombre.
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- D’où la question :
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- Un réglage « fin » des constantes
physiques est-il nécessaire pour un Univers « vivable » ?
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- Mais qu’observe-t-on exactement ?
- L’accélération de l’expansion ?
- L’existence des galaxies ?
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- Non, en fait jamais directement.
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- La densité d’énergie sombre est déduite
de certains modèles comme le Lambda CDM.
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- CONTRAINTES
SUR LES CONSTANTES PHYSIQUES.
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- Sur
les quatre forces fondamentales :
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Les étoiles et l’Univers doivent durer longtemps et être très
grands
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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.
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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.
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- Sur
les constantes physiques fondamentales :
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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 ?
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- On peut aussi se poser la question de savoir si
il est légitime de faire varier une constante sans faire varier les autres.
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- Il existe une petite zone où la vie est
permise.
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- 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
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- Ou alors l’Univers aurait-il été fait pour
aboutir à l’Homme ?
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- Si la force électromagnétique ….
- Si elle était un peu plus petite
- Si si si ….
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- En continuant, on pourrait finir par dire,
que si c’était
autrement, ce ne serait pas pareil!
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- De plus en parlant des constantes, est-ce
raisonnable de ne raisonner que sur un paramètre à la fois ?
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- Serait-on le résultat du hasard ?
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- Qu’est
ce que le hasard en physique ?
- La mesure de notre ignorance
- Une indétermination irréductible.
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- Elle en refuse aucune question comme :
- Pourquoi nous sommes là ?
- Pourquoi y-a-il quelques chose plutôt que
rien ?
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- Mais il faudrait s’attaquer aux problèmes
dans l’ordre.
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- De même C Vilain ne refuse pas l’hypothèse
du Multivers, mais refuse l’idée que ce soit la seule explication
rationnelle.
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- Il faut changer la méthode scientifique.
exemple : Émergence.
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- 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.
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- Existe-t-il un principe de complexité?
- Y-a-t-il évolutionnisme en physique comme en
biologie?
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- L’Univers est peut être aussi plus grand que
ce que nous voyons, il y aurait des poches avec d’autres jeux de
constantes ?
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- EN
CONCLUSION.
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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.
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- 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.
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- POUR ALLER PLUS LOIN :
-
- L’Univers
hasard ou nécessité ? :
CR de la conf. SAF de S Collin du 11 Avr 2012
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- Le
principe anthropique chez Luxorion de
Th Lombry.
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- L’astrophysique
nucléaire par l’IN2P3.
-
- La
constante cosmologique par M Lachièze
Rey.
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- Bibliographie :
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- 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.
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- Bon ciel à tous !
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- Jean Pierre Martin
.Commission de Cosmologie de la SAF.
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