Mise à jour le 23 Février 2013
 
CONFÉRENCE
CYCLE SCIENCE ET RELIGION
«LE PRINCIPE ANTHROPIQUE»
Par Suzy COLLIN-ZAHN
Directeur de recherche CNRS Observatoire de Paris
Organisée par l’IESR et l'IAP
98 bis Bd Arago, Paris 14ème
 
Le mardi 19 Février 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
 
 
 
 
 
 
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 est ici à côté de Daniel Kunth.
 
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.
 
En introduction, elle nous informe que ce principe anthropique dont elle va nous parler, l’interpelle depuis plus de 30 ans, et qu’elle va essayer ce soir d’en faire le point.
 
 
 
 
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 70 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.
 
 
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.
 
Fred Hoyle 1915 - 2001
Brandon Carter né en 1942 -
 
 
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 ?
 
 
 
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 » ?
 
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 ?
 
 
 
 
 
 
 
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
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