LES FAUX DÉBATS COSMOLOGIQUES    




Selon les dernières nouvelles notre Univers serait « plat », mais que cela signifie-t-il au juste ?
En réalité faute de théorie convenable, le débat cosmologique s'enlise et ne pourra parvenir à aucune conclusion significative

Christian Magnan
Collège de France, Paris
Université de Montpellier II


Les nouvelles à sensation en cosmologie se succèdent à un rythme élevé. Pour s'en tenir aux dernières informations, un jour on découvre que l'expansion de l'Univers s'accélère, un autre on décide que l'Univers est infini, un autre que l'Univers est plat, un autre que l'origine de la masse manquante est enfin trouvée, etc. À entendre les cosmologistes, on est toujours à la veille d'une découverte révolutionnaire majeure ou d'un résultat de mesure qui enfin règlera le débat. Tout cela est-il bien sérieux ? Si les résultats ne sont que provisoires, pourquoi les entourer d'une publicité tapageuse ? S'ils sont solidement établis, comment peuvent-ils être remis en question en si peu de temps et pourquoi les annonces de confirmation sont-elles si rares ? En bref, au-delà de toutes ces opérations médiatiques, depuis que pleuvent les annonces à sensation, que savons-nous vraiment ? Qu'avons-nous découvert de neuf durant les cinquante dernières années concernant la structure de notre Univers ?

Je défends ici la thèse que l'arsenal théorique dont nous disposons en l'an 2000 ne nous permet pas de répondre aux questions que nous nous posons sur la structure de notre Univers. Sans une théorie plus élaborée, voire même entièrement nouvelle selon le domaine concerné, l'ensemble du débat cosmologique actuel est vain, artificiel et stérile.

LA COURBURE, LA PLATITUDE : DE QUOI S'AGIT-IL ?

La première question concerne la proposition selon laquelle notre Univers serait plat. La platitude, c'est l'absence de courbure, mais de quoi s'agit-il ?

La théorie de la gravitation d'Einstein a permis de forger le concept d'univers courbe (un univers avec une minuscule est un modèle théorique; notre Univers mérite une majuscule). Prenons deux rayons lumineux issus de la Terre se propageant dans deux directions voisines et étudions comment varie leur écartement mutuel au fur et à mesure que la lumière avance (cet écartement mutuel sera matérialisé par exemple par la distance de deux galaxies situées sur ces lignes de visée). Dans un univers euclidien (ou plat) l'écartement entre ces rayons lumineux varie conformément à la géométrie d'Euclide : il augmente proportionnellement à la distance parcourue depuis la source. Dans un univers courbe il n'en est plus ainsi, la courbure se manifestant par un désaccord entre l'écartement linéaire réellement mesuré et celui que donnerait, à même distance de la source et même écartement angulaire des rayons, la formule euclidienne.

La différence peut correspondre, selon le type de la courbure, à un excès ou à un déficit d'écartement mutuel.

Dans les univers fermés, de courbure dite positive, l'écartement réel est inférieur à celui qui existerait dans un univers euclidien. Autrement dit, les rayons divergent moins rapidement. Bien plus, au-delà d'une certaine distance les rayons se mettent à se rapprocher l'un de l'autre pour finir par se recouper. (En sens inverse, deux galaxies situées à une distance mutuelle donnée sont vues plus écartées que dans un univers plat. Cet étirement apparent a la même cause fondamentale que le phénomène de lentille gravitationnelle.)

LA COURBURE N'EST PAS FORCÉMENT PERCEPTIBLE

Le point crucial de la discussion est que la courbure n'est perceptible que suffisamment loin du point d'observation, quand la distance à ce point est devenue une fraction notable d'une longueur caractéristique appelée « rayon de l'univers » (attention, le terme de rayon ne signifie pas que l'univers soit une boule sphérique !). Autrement dit la courbure tient à la précision des mesures et le rayon de l'univers indique justement l'échelle de distance sur laquelle la différence avec le cas euclidien se révèle significative. À une distance égale à ce rayon l'écart réel entre les deux faisceaux lumineux est 16% plus petit que l'écart euclidien tandis qu'il n'est que 4% plus petit à une distance-moitié (et il faut atteindre /2 fois, soit 1,6 fois, le rayon pour que les faisceaux de lumière se mettent à converger) 1.

Comment déterminer le rayon d'un univers ? On le comprend : sous peine de ne rien noter d'anormal dans les mesures et donc de conclure à l'absence de courbure, il faut aller assez loin pour atteindre des distances voisines du rayon de l'univers. Or c'est ici que se pose un problème. Notre Univers a un âge fini, mettons de 12 milliards d'années, et on ne peut donc pas détecter de sources lumineuses au-delà d'une distance de 12 milliards d'années de lumière. Par conséquent, si le rayon de notre Univers est passablement supérieur à ce 12 milliards d'années de lumière, la courbure sera indétectable et notre Univers paraîtra plat. De façon générale, la courbure d'un univers ne se manifeste franchement qu'à partir du moment où son âge (qui fixe la distance de l'horizon cosmologique et limite donc la taille de la portion observable) devient proche de son rayon. Mais tant que l'horizon bornant la partie observable reste (très) en-deçà de ce rayon tout univers paraît plat.

EN NAISSANT TOUS LES UNIVERS PARAISSENT PLATS

Or c'est exactement la situation d'un univers au moment où il naît et où son âge est trop petit pour que la lumière ait eu le temps de parcourir un trajet suffisant. Les équations indiquent en effet que ce trajet (ou cet âge) reste des ordres de grandeur plus petit que le rayon (bien que ce rayon parte lui-même de zéro). C'est le deuxième point à souligner avec force : tous les univers paraissent plats lorsqu'ils naissent. Et ils continuent de le paraître tant qu'ils n'ont pas atteint leur « maturité », c'est-à-dire tant que la portion d'espace explorée n'est pas assez grande pour permettre une détection de courbure. Autrement dit, tous les univers jeunes paraissent plats.

Par conséquent la platitude apparente d'un univers ne présente pas un caractère exceptionnel.

En passant, puisqu'un univers plat correspond à une situation fort courante, c'est l'occasion de dénoncer comme inconsistante et infondée (c.-à-d. nulle et non avenue) la fameuse affirmation selon laquelle notre Univers serait extrêmement particulier, sa platitude apparente impliquant que ses paramètres auraient été choisis de façon diaboliquement précise (cette proposition forme la base des raisonnements de type anthropique soutenant que l'univers a été réglé de façon à ce que la vie apparaissent). En réalité les modèles d'univers homogènes auxquels cette discussion se réfère ne sont définis, une fois leur type (ouvert ou fermé) choisi, que par un seul paramètre, à savoir la valeur de leur âge de maturité, quantité fixant l'échelle de temps (la rapidité) de leur évolution. S'agissant d'un seul paramètre, il est abusif de parler d'ajustement. Tout au plus peut-on réclamer d'un univers potentiellement porteur de vie qu'il évolue suffisamment lentement pour que les étoiles et les planètes aient le temps de se former, ce qui exige (l'expérience l'a montré !) une bonne dizaine de milliards d'années. Demander donc que l'âge de maturité d'un univers candidat à abriter la vie soit supérieur ou égal à, disons, 15 milliards d'années est une forme parfaitement correcte (en fait la seule correcte), et d'ailleurs complète, du principe anthropique.

LE CONCEPT D'UNIVERS PLAT N'A PAS DE SENS PHYSIQUE

Dans le cadre de cette discussion qu'est-ce qu'un univers « vraiment » plat ? Puisque la courbure ne se détecte que sur une distance égale à une fraction appréciable du rayon, il est clair qu'un univers plat c'est un univers pour lequel le rayon est toujours supérieur à toute échelle de distance, aussi grande soit telle. Mathématiquement c'est donc un univers dont le rayon est « infini ». Le « hic » c'est qu'une telle phrase ne veut rien dire pour un physicien. En effet, à supposer que notre Univers soit plat, nous ne pourrions jamais le savoir puisqu'il faudrait sans cesse explorer des portions d'espace supplémentaires pour détecter une courbure éventuelle susceptible d'infirmer l'hypothèse de départ, donc sans pouvoir jamais atteindre de preuve définitive de platitude.

Affirmer que notre Univers est plat tout en sachant que s'il l'était nous ne pourrions pas le savoir... il y a comme un défaut de logique ! Cette contradiction logique signale que la notion d'univers plat n'est pas physiquement opérationnelle. Autrement dit, déclarer que l'Univers est plat ne signifie rien d'un point de vue physique. Donc le concept de platitude (absolue) est à éliminer du débat cosmologique.

En revanche, il reste évidemment possible de décréter que la courbure de l'Univers est indétectable sur une certaine échelle de distance, ce qui ne présume rien des échelles plus grandes. Dire que l'Univers, dans ce cas, est plat dans sa portion observable est alors « physiquement correct ».

Résumons. Si les mesures montrent que notre Univers semble plat, cela signifie que sa courbure est difficilement détectable, soit parce que la qualité de nos mesures est insuffisante, soit parce que l'échelle de cette courbure est trop grande devant la profondeur d'espace que nous pouvons sonder. À moins que la qualité de la théorie elle-même soit à mettre en cause...

L'UNIVERS INFINI EST UN CONCEPT, PAS UNE RÉALITÉ

C'est le moment de tordre le coup à cette deuxième aberration de la cosmologie contemporaine : le concept d'univers « infini .» L'infini est une notion mathématique qui, dans son domaine, a son utilité. Mais étendre cette notion à la physique, c'est-à-dire au réel, est une absurdité reconnue (ou qui devrait l'être !), la physique ne se concevant qu'au travers du mesurable. C'est un succès prodigieux pour l'astronomie d'avoir réussi à jauger les cieux en assignant des nombres à des quantités, je veux parler des distances cosmiques, qui dépassent et l'échelle humaine et l'entendement. Ainsi nous estimons avec une forte certitude que notre Univers observable s'étend jusqu'à une douzaine de milliards d'années de lumière, ou environ 1017 secondes en ordre de grandeur (la seconde de temps est une unité parlante car elle correspond grosso modo à la durée du trajet Terre-Lune à la vitesse de la lumière). En l'état actuel de nos connaissances, c'est à une échelle de cette ordre que se limite toute discussion cosmologique réaliste. Très au-delà on entre dans le domaine de la supputation gratuite, donc non scientifique. Or la relative petitesse de l'exposant 17 prouve s'il en était besoin qu'il est totalement absurde de considérer des exposants de taille nettement supérieure ou même considérablement supérieures (du genre 50, ou un milliard), car les puissances de 10 correspondantes dépasseraient de loin toute échelle physique (celle-ci, rappelons-le, ne manipule grosso modo que des exposants à deux chiffres !). Les mathématiques peuvent fabriquer des nombres aussi grands que l'on veut mais au-delà d'un certain seuil il n'est pas possible d'établir une correspondance entre ces nombres imaginaires et des objets ou des phénomènes concrets. Or ce que nous cherchons à connaître, c'est bien le monde réel. Et un monde infini n'est pas réel. Il ne peut pas non plus être mis en rapport avec le réel puisque rapport suppose mesure.

LES COSMOLOGISTES RAISONNENT EN TERME D'UNIVERS HOMOGÈNES

Voici ce que les cosmologistes rétorquent, à des détails près qui ne changent pas le fond du problème (comme par exemple l'introduction malencontreuse de la constante cosmologique Λ, paramètre ad hoc qui à coup sûr obscurcit plutôt que clarifie le débat). La théorie fabrique des modèles d'univers dans lesquels s'introduit un paramètre « Ω » (Oméga) qui mesure le taux de décélération de l'expansion. D'après la même théorie, ce paramètre est mesurable à partir des données d'observation sur la vitesse d'expansion de l'Univers et son contenu de matière. Trois cas sont possibles. Si Oméga est supérieur à l'unité, la décélération est suffisante pour annuler dans le futur l'expansion de l'Univers et contraindre ce dernier à se recontracter (à échéance se mesurant en dizaines de milliards d'années) pour s'anéantir dans une ultime phase implosive cosmique. Un tel univers est fermé (à courbure positive) et fini. Si Oméga est inférieur à l'unité la décélération n'est pas assez intense pour freiner l'expansion et la muer en contraction de sorte que l'univers poursuit indéfiniment son expansion. Un tel univers a une courbure négative (les rayons divergent plus vite que dans un univers euclidien) et ses dimensions sont infinies. Entre les deux, un univers pour lequel Oméga est égal strictement à l'unité est plat. Mais cet adverbe « strictement » n'a de sens qu'en mathématiques : un paramètre Oméga mesuré ne peut jamais être strictement nul.

Cependant ce « raisonnement en Oméga » (qui semble d'ailleurs ramener le problème de la structure de l'Univers à la détermination d'un paramètre, ce qui paraît assez insensé) souffre de plusieurs défauts rédhibitoires. Primo les modèles cités sont mathématiques et il ne faut pas oublier d'éliminer parmi eux les solutions parasites qui n'ont pas d'interprétation physique, essentiellement les solutions infinies. Nous venons de traiter cette question. Secundo ces modèles correspondent à des univers homogènes et isotropes alors que notre Univers n'est pas homogène et d'ailleurs n'a aucune raison de l'être. Tertio les mesures ne concernent que notre Univers « local » (sur une dizaine de milliards d'années de lumière), sans pouvoir prétendre s'étendre à un univers beaucoup plus vaste.

NOTRE UNIVERS N'EST PAS UN GAZ HOMOGÈNE DE PARTICULES

Les modèles auxquels les discussions se réfèrent sont des univers très particuliers, choisis par pur souci de simplicité. Ils sont basés sur l'hypothèse que les atomes qui composent l'Univers sont dispersés uniformément dans l'espace. Si la masse de notre Univers était répartie de cette façon, l'espace contiendrait environ un atome par mètre cube. Un univers de ce type est bien en expansion uniforme, tous les atomes s'éloignant les uns des autres de façon isotrope. Or notre Univers n'est pas un gaz homogène de particules et son expansion n'est pas la même en tout point. Il est sans conteste en expansion à grande échelle puisque nous voyons les galaxies s'éloigner les unes des autres mais des structures telles que ces galaxies elles-mêmes ne sont pas en expansion.

Pourquoi notre Galaxie n'est-elle pas en expansion ? Parce que les conditions que suppose le modèle ne sont pas réunies au voisinage de la Galaxie et en son sein et que donc, la solution universelle ne s'applique pas. Il est alors bien légitime de se poser la question : « Qu'est-ce qui est en expansion et qu'est-ce qui ne l'est pas ? » La question est difficile pour la bonne raison que nous ne disposons d'aucun modèle théorique pour la discuter. En effet la description phénoménologique de la situation consiste à considérer que les galaxies possèdent des vitesses de déplacement individuelles ou collectives sur une sorte de substrat lui-même en expansion uniforme mais cette vision très primaire n'est basée sur aucun calcul sérieux et ne permet certainement pas d'aborder le problème en profondeur. Il faudrait construire des modèles dans lesquels la matière serait répartie sous forme de fortes concentrations mais ce problème ne semble pas constituer chez les cosmologistes, au vue des publications, une préoccupation majeure.

ON N'A PAS PROUVÉ QUE L'EXPANSION DE L'UNIVERS ÉTAIT ISOTROPE

Dans un univers homogène conceptuel la fameuse constante de Hubble caractérise entièrement l'expansion, puisque celle-ci est isotrope et la même en tout point. Dans notre Univers, il n'y a aucun motif a priori qu'il en soit ainsi et si on fait cette hypothèse il faut en prouver la valeur. Rien ne certifie que la constante de Hubble, comme paramètre unique censé décrire l'étirement universel de l'espace, ait un sens. L'une des premières choses à étudier serait de vérifier si la valeur que l'on trouve est indépendante de la direction car on ne voit pas bien la raison qui imposerait cette condition.

C'est comme si on cherchait à déterminer le rayon d'un astéroïde aux contours irréguliers en le comparant à un modèle en forme de boule bien sphérique : pour l'astéroïde réel la notion de rayon n'aurait guère de sens (ou alors il faudrait en donner une définition idoine). Dans un univers dont les galaxies s'éloignent les unes des autres selon une loi anisotrope et différente suivant les endroits, la détermination d'une constante de Hubble universelle faisant référence à une expansion uniforme n'a pas plus de sens. Or, plus nous étudions la répartition spatiale des galaxies et de leurs vitesses, plus nous découvrons des « structures », lesquelles prouvent que notre Univers n'est pas homogène et n'a certainement pas le même comportement qu'un gaz universel diffus et dilué à raison de un atome par mètre cube.

L'expansion universelle isotrope est un voeu pieux, ou plutôt un dogme, certainement pas une donnée observationnelle. Et puisque notre Univers n'en a pas la structure, il est illégitime de rapporter au modèle académique toutes les discussions cosmologiques.

Les réserves sur la validité de la loi d'expansion homogène et sur la signification de la constante de Hubble s'étendent évidemment aux paramètres qui caractérisent un univers homogène, en particulier au fameux paramètre Oméga. En réalité, si nous acceptons de voir les choses en ordre de grandeur (puisque de toute façon les modèles ne sont pas suffisamment élaborés), trouver pour Oméga une valeur proche de l'unité (et non 109 ou 10-6) est plutôt rassurant et constitue même à mes yeux une preuve de la justesse fondamentale (sinon dans les détails !) de la théorie. En effet pour des univers ordinaires d'âge moyen, le paramètre Oméga est toujours de l'ordre de l'unité ! C'est même avec cette valeur que naissent tous les univers, sans exception.

Les univers homogènes naissent avec une valeur Oméga égale à l'unité pour la même raison que celle qui concernait la platitude, à savoir que leur courbure n'est pas encore détectable et que par conséquent ils paraissent plats, ce qui se traduit par Oméga = 1. Redisons ici que puisque cette valeur initiale est commune à tous les univers il serait évidemment totalement aberrant de prétendre que si le Oméga de notre Univers a précisément cette valeur c'est que celle-ci aurait été spécialement choisie dans une visée anthropique.

Le paramètre Oméga reste de cet ordre de grandeur tant que l'univers a un âge moyen. Ainsi lorsqu'il atteint la moitié de son âge de maturité, un univers fermé a un Oméga égal à 2 et un univers ouvert un Oméga égal à 2/3 comme le montrent les formules. À la précision des mesures astronomiques, très certainement totalement insuffisante à l'échelle de la dizaine de milliards d'années, trouver un paramètre de l'ordre de l'unité représente déjà un succès prodigieux pour la théorie mais il paraît utopique d'espérer faire la différence entre 2 et 2/3.

En résumé nous ne cherchons pas la valeur de Oméga, nous cherchons son écart à la valeur unité, ce qui nécessite, au niveau du concept, des théories et des mesures, une précision redoutablement élevée et présentement inaccessible.

LES PARAMÈTRES COSMOLOGIQUES MESURÉS NE CONCERNENT QUE NOTRE UNIVERS LOCAL

Enfin, de toute façon, les paramètres (la constante de Hubble H, le paramètre de décélération Oméga) trouvés expérimentalement ne concernent physiquement qu'une portion d'univers « locale », c'est-à-dire limitée en pratique à des distances de l'ordre de la dizaine de milliards d'années de lumière. Autrement dit, même si nous trouvions un paramètre Oméga bien inférieur à l'unité, valeur plaidant en faveur d'un univers ouvert et infini, on ne pourrait en aucun cas exclure la possiblité que cet univers se referme à plus grande distance.

Limiter la discussion sur la structure de notre Univers aux modèles homogènes et isotropes est totalement injustifié. Aucun fait, aucun principe reconnu de physique ne permet d'affirmer que notre Univers est homogène à toute échelle. D'ailleurs, expérimentalement parlant, il ne l'est déjà pas à l'échelle de la dizaine de milliards d'années.

Nous en arrivons à la conclusion annoncée. Se basant uniquement sur des modèles homogènes et isotropes, les débats cosmologiques actuels ne peuvent pas prétendre rendre compte de façon satisfaisante de la réalité et ne peuvent pas aboutir à des résultats signifiants et ce d'autant plus que les effets recherchés sont extrêmement fins et par conséquent noyés au milieu d'autres effets physiques dus par exemple à l'évolution des galaxies et des étoiles.

La théorie des univers homogènes a sans doute donné tout ce qu'elle pouvait, et sa contribution est déjà énorme puisque c'est elle qui a inventé le big bang, mais pour aller au-delà il faut absolument utiliser une théorie plus complète.

NOUS SAVONS QUE NOTRE PHYSIQUE NE PEUT PAS TRAITER LA QUESTION DU BIG BANG

À ce propos nous connaissons les limites de notre physique. Il est donc vain de vouloir l'appliquer à des problèmes qui la dépassent. Lorsqu'on remonte le temps jusqu'au big bang on atteint une limite appelée limite de Planck (vers 10-43 seconde) à partir de laquelle notre physique s'écroule complètement (à supposer qu'elle ait supporté jusque-là les changements d'échelle phénoménaux !). Les notions classiques auxquelles nous sommes habitués, telles que temps, espace, matière, énergie, perdent à ce stade leur signification. Cela revient à dire que notre physique actuelle ne peut en aucun cas comprendre quelque chose à la création du monde. Je dirai même plus : la seule chose que nous savons, avec certitude, c'est qu'elle en est incapable. Et puisque nous ne possédons aucune théorie de fabrication des univers nous ne pouvons rien dire de pertinent à ce sujet. De ce fait tout débat scientifique sur l'origine du monde n'est que contrefaçon ou parodie de science et ne peut que s'avérer stérile.

La nouvelle physique dont nous avons besoin est encore inconnue. Il ne faudrait pas croire qu'elle pourrait se fonder sur la théorie de la gravitation et sur celle de la mécanique quantique, comme il est souvent dit. Ces deux théories se marient mal puisque c'est précisément leur conjonction qui conduit à l'avènement d'une singularité originelle, c'est-à-dire à des quantités nulles ou infinies, une situation que la physique ne sait pas gérer.

On peut rappeler à ce sujet la grave contradiction apparaissant dans les modèles d'univers homogènes, connue sous le nom de problème de l'horizon. Il est avéré que de nouvelles portions d'Univers se découvrent continuellement à nos yeux, la lumière issue de galaxies toujours plus lointaines poursuivant sa course depuis l'origine des temps et finissant par atteindre nos intruments. Ainsi l'horizon, au cours du temps, n'a pas cessé de reculer en augmentant le pourcentage de la portion visible de notre Univers (par rapport à la totalité de cet Univers). Le problème est qu'à l'origine, au big bang, le pourcentage d'Univers visible (pour chaque observateur potentiel) était mathématiquement infiniment petit. Autrement dit, dans ce type d'univers homogènes construits selon la théorie einsteinienne de la gravitation, les différents points sont causalement déconnectés à l'origine. Comment des points déconnectés peuvent-ils former un univers homogène, ce qui nécessite dans notre logique qu'ils aient uniformisé leurs propriétés physiques ? C'est un mystère absolument incompréhensible dans le cadre actuel de la physique. C'est dire que la cause de l'homogénéité est antérieure à l'instant où notre physique peut décrire l'univers. Elle fait donc appel à une physique inconnue.

Avec cette déconnexion originelle totale de tous les points de l'Univers - qui revient à dire que tout point ignore les autres - nous retrouvons (de façon encore plus marquée) le fait qu'au big bang l'univers local de chaque point est trop restreint pour qu'une quelconque courbure universelle soit détectée. Par conséquent Oméga (qui varie d'ailleurs, il faut le savoir, au fur et à mesure que l'Univers évolue) part de la valeur 1 au big bang.

Un dernier fait aggrave la situation. Souvent les théoriciens semblent penser que l'une des bases solides sur lesquelles ils peuvent s'appuyer avec confiance est la mécanique quantique. Or on en peut douter, pour la raison que l'équation de Schrödinger qui régit cette théorie n'est pas compatible a priori avec le cadre relativiste dans la mesure où l'espace dans lequel elle s'écrit est purement classique. C'est un espace abolu existant indépendamment de toute matière, ce qui est aberrant en relativité générale où espace, temps, matière et énergie sont une seule et même réalité impossible à scinder en éléments disjoints. Par conséquent toute tentative de théorisation du big bang sur la seule base des théories dont nous disposons est vouée à l'échec. Ici encore, les débats relatifs au choix des paramètres initiaux, comme l'idée même de l'inflation, ne peuvent que tourner en rond sans déboucher sur un résultat valable.

LES OBSERVATIONS NE PARLENT PAS D'ELLES-MÊMES

Voici quelques commentaires glanés dans les magazines scientifiques au sujet de la découverte selon laquelle l'Univers serait plat, conclusion basée sur les résultats de l'expérience "Boomerang" (mesure de la température du rayonnement cosmologique diffus par télescope embarqué dans un ballon stratosphérique) :

Dans l'éditorial de Ciel et Espace (juin 2000), on lit sous le titre explicite "Le patron des astronomes" :

« Si Saint Thomas avait été le patron des astronomes, "voir pour croire" serait leur devise et cette fin de siècle son triomphe. Des preuves ? Ce numéro de Ciel et Espace en est constellé. La confirmation d'un Univers plat, c'est de l'observation : un télescope emporté par un ballon au-dessus de l'Antarctique [...] »

et plus loin, à propos de la mise en service d'une profusion d'instruments d'observations nouveaux toujours plus performants

« C'est à une explosion, une révolution, que nous allons assister. De grandes découvertes nous attendent, de nombreuses théories n'y survivront pas, mais des preuves par l'observation naîtront les nouvelles questions de l'astronomie du futur. »
Dans Nature (27 avril 2000), l'article sur les résultats de l'expérience se termine par ces mots :
«... we have clearly entered a new era of precision cosmology, in which we can begin to talk with certainty about the origine of structure and the content of matter of the universe. »
[nous sommes entrés dans une ère nouvelle de cosmologie de précision, où nous allons pouvoir commencer à parler avec certitude de l'origine de la structure et du contenu de matière de l'Univers.]
Dans Pour la Science (juin 2000) l'article consacré à la question se termine par la phrase suivante (qui résume fort bien, hélas, la pensée de maints cosmologistes) :
« Grâce à la sensibilité des détecteurs, sans cesse améliorée, la cosmologie change de statut : de science théorique, elle devient science d'observation. »

Ce sont précisément ces idées que je réfute. Cette croyance selon laquelle les observations pourraient fournir des informations directes sans le support d'une théorie est tout simplement erronée. Car les observations ne parlent jamais directement d'elles-mêmes : elles ont besoin d'être interprétées dans le cadre d'une théorie.

Or si la théorie est insuffisante, comme je le prétends, alors les observations donneront une réponse, mais qui ne signifiera rien de vrai.

La cosmologie n'est pas, et ne peut pas être, une science observationnelle, encore moins que les autres branches de l'astronomie, lesquelles concernent des objets plus proches. Le simple concept de distance d'une galaxie dépend de la théorie dans laquelle on le replace. Le décalage d'une raie spectrale n'a pas une traduction immédiate. La détection d'un rayonnement diffus de fond de ciel à une température de 3 Kelvins ne signifie rien en soi. La présence de fluctuations dans la température de ce rayonnement ne parle pas d'elle-même.

Dans ce dernier cas, il faut quand même prendre conscience de ce que l'interprétation des données de Boomerang repose sur une théorie gigogne dont les éléments successifs sont tous plus incertains les uns que les autres. Au début était le big bang, dont la description se situe hors de notre physique. Alors que l'espace-temps existe à peine (si même il existe...) des fluctuations quantiques (le terme voile pudiquement, mais certes très efficacement, l'absence d'équations convenables pour décrire ces « choses ») apparaissent lors de la phase d'inflation cosmique (ne comptez pas sur moi pour vous expliquer ce qu'est l'inflation, ce rafistolage de théorie qui est loin de s'être imposé comme véridique). Puis des grumeaux se forment sous l'effet de la gravitation, contrariée par ailleurs par la pression du rayonnement et les vitesses des particules du gaz. Mais pas une équation n'est capable de décrire proprement et de façon exhaustive le processus invoqué...

J'ai dit ailleurs - et je persiste et signe - que la formation des condensations de matière, qu'il s'agisse des amas de galaxies, des galaxies, des étoiles, des planètes, des planitésimaux et autres cailloux du cosmos, est l'un des processus les plus mal compris de la physique des astres. Certes, heureusement nous commençons à observer, mais de là à oser décrire ce que nous n'observons pas, il y a un pas infranchissable. La meilleure preuve de ce que j'avance est que toutes les ébauches théoriques de formation d'étoiles ou de planètes ont été totalement démolies par les observations. La formation d'une étoile semble s'acconpagner systématiquement d'un disque d'accrétion et de jets bipolaires, structures que nul n'avait prévues. De même des planètes apparaissent là où on ne les attendait pas et la science ne sait pas prévoir le type des planètes susceptibles de tourner autour de tel type d'étoile.

L'une des difficultés principales des phénomènes de condensation de matière est qu'il s'agit de processus hautement non linéaires, c'est-à-dire (en simplifiant ) de processus dans lesquels les effets ne sont pas proportionnels aux causes. Or la physique classique est profondément linéaire, comme le montre son analyse des fluctuations de densité en terme d'oscillations car une oscillation est l'archétype du phénomène linéaire.

Par conséquent, en ce qui concerne la « soupe primordiale » (dont ni la recette de fabrication ni la composition ni la texture ne nous ont été communiquées) prétendre que nous savons calculer la distribution des fluctuations de densité primordiale pour en déduire les paramètres caractérisant la géométrie de l'Univers est gratuit et abusif.

En matière de mayonnaise, on peut faite la théorie après, pas avant. Sinon, à coup sûr, elle rate !


Enfin, pour ceux qui seront arrivés jusque-là, je découvre aujourd'hui (6 septembre 2000) un article de M.J.Disney faisant le procès des cosmologistes. À déguster dans une langue anglaise savoureuse, posée et convaincante... Peut-être cette idée que la cosmologie outrepasse dans ses conclusions annoncées ses réelles capacités va-t-elle germer ?


1. Note

Pour illustrer ce propos je me suis amusé à faire le calcul suivant. Connaissant la latitude et la longitude de Brest, Strasbourg et Montpellier, on peut calculer directement les distances à vol d'oiseau suivantes : Brest-Strasbourg, 902 km; Brest-Montpellier, 838 km; Strasbourg-Montpellier, 630 km. Si maintenant je considère les deux premières distances et l'angle entre les directions de Strasbourg et Montpellier vus de Brest, je peux calculer à l'aide des formules trigonométriques usuelles (euclidiennes) relatives à un triangle la distance "euclidienne" entre Montpellier et Strasbourg. On trouve 631,5 km au lieu des 630 réels, ce qui représente une erreur de 0.2%. À l'échelle de la France, la Terre est donc pratiquement plate.

Mais il ne faudrait pas en conclure que la Terre est plate.

 

Si en effet je considère maintenant le triangle formé par les villes de Londres, Pékin et Le Cap, la distance réelle Pékin-Le Cap est de 12 970 kilomètres alors que la distance "euclidienne" (calculée à partir de la distance Londres-Pékin de 8 149 km, de Londres-Le Cap de 9 681 km et de l'angle de 119° entre les deux directions correspondantes) est de 15 373, ce qui représente une erreur de 18%, nettement appréciable.

Pour la petite histoire la somme des angles du triangle curviligne Brest-Strasbourg-Montpellier est de 180,4 degrés ; la somme des angles du triangle Londres-Pékin-Le Cap est de 266 degrés.

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Dernière modification : 13 mars 2007