Physique de l’Univers

Ci-dessous mes commentaires, sur des lectures des derniers mois en cosmologie. L’impression générale est que nous vivons une période extraordinaire, où les données nouvelles et de plus en plus précises de l’astrophysique foisonnent: de nouveaux casse-têtes en prime !

Comme physicien généraliste à la retraite, je ne me permettrais pas de contester les thèses des grands spécialistes et des jeunes théoriciens; souffrez que je pose des questions …

§ Big Bang

Comment se fait-il que tout l’univers se soit trouvé créé dans un petit volume, d’une matière à très haute densité et à très haute température, et ne soit pas resté piégé sous forme de trou noir ? Car dans ce cas, il n’y aurait pas de dilatation de l’espace, une très haute densité serait permanente, aucune évasion d’énergie ne serait possible … Le passage de la très haute densité à celle que nous connaissons en cosmologie (la densité visible est en diminution constante) me semble des plus délicat !

§ Fond diffus cosmologique 

Un très grand univers, rempli au départ à très basse densité de molécules d’hydrogène turbulentes surtout, aurait aussi pu produire lors de son évolution un fond diffus vers 1.06 mm de longueur d’onde apparente. Ce rayonnement aurait alors été émis à l’origine sous forme de raie de 21 cm par les énormes nuages d’hydrogène moléculaire turbulents, de l’Univers en cours de condensation, pendant des milliards d’années. Un tel processus me semblerait en physique (et en thermodynamique) beaucoup plus plausible que le Big Bang.

§ Champs de gravitation 

Pour aborder les problèmes de gravitation et de trous noirs, j’ai utilisé un modèle d’espace, avec lequel il est très facile d’expérimenter: les surfaces d’eau connaissent des ondes transversales, représentent un espace à trois dimensions (deux dimensions physiques et le temps) où les choses se déroulent assez lentement pour être aisément observables. Une baguette plongée dans l’eau, tenue à la main et vibrant, peut représenter un émetteur d’ondes (de vitesse « c »); toutes les expériences classiques d’optique peuvent être faites par ces moyens simplissimes; on peut aussi simuler des communications avec ces ondes, sur quelques mètres.

Observons un écoulement (qui simule un champ de gravitation) accélérant lentement. La surface de Schwarzschild d’un trou noir est représentée, dans ce modèle hydraulique, par le lieu où la vitesse de l’écoulement v atteint exactement la vitesse des ondes de surface « c »; les communications par ondes de surface y sont coupées.

Après avoir observé de nombreux cas de « trous noirs » hydrauliques, j’ai été saisi de doutes sur la légitimité qu’il y a à faire la somme des masses de matière (et des champs qu’elle émet) tombant dans un trou noir, pour en calculer les caractéristiques: les champs électromagnétiques, les photons, ainsi que le champ de gravitation, sont aspirés, totalement masqués en peu de temps pour le reste de l’univers. Le principe de conservation de la matière, celui de l’énergie, celui des champs, tous sont respectés: mais matière et champs sont confinés, il n’y a plus aucune information disponible à l’extérieur de la surface de Schwarzschild sur leur sort … tant que le trou noir subsiste.

Ainsi le champ de gravitation d’une galaxie diminuerait au fur et à mesure que sa matière est absorbée par ses trous noirs; il reste à en trouver la loi. 

§ Matière noire 

Le système solaire est fait d’une matière issue de plusieurs générations d’étoiles, qui ont laissé la plupart une cendre compacte et pratiquement invisible (trous noirs, étoiles à neutrons, naines brunes, entre autres), en co-rotation avec les bras,  approximativement à la même distance du centre galactique que le Soleil. Pour chaque étoile visible, une certaine quantité de cendres d’étoiles anciennes (invisibles) existe donc: la matière noire ?  

§ Méthodologie 

La théorie des cordes prédit par exemple 10120 à 10500 physiques possibles pour décrire un espace à 4 dimensions: ces théoriciens ont donc un très gros problème, pour trouver celle qui correspond vraiment à notre Univers physique !

Pour se tirer de ce mauvais pas, je suggère d’utiliser l’analyse dimensionnelle de 1989: malgré son ancienneté, c’est une méthodologie scientifique très efficace.

 

Bibliographie

 

L’unique Terre habitée ? Prof. André Maeder, Favre 2012 

Pour la Science No 71 Avril-Juin 2011 

 La face cachée de l’univers – Comment explorer les âges sombres et le contenu manquant ?

Discours sur l’origine de l’univers, Etienne Klein, Champ sciences 2010 

Comprendre l’Univers, Ludovic Cardon, Vuibert 2007 

Le destin de l’Univers, Jean-Pierre Luminet, Fayard 2006 

Structure des grandeurs physiques, Lucien Romani, Blanchard 1989 

et Théorie générale de l’Univers physique, 1975

(Romani était expert en mécanique des fluides, virtuose de l’analyse dimensionnelle)

*   *   *

André Bovay-Rohr, Colombier (VD), le 24 avril 2014

 

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