Science & santé

Du big-bang au grand rebond

Nonfiction et Marc Gellier, mis à jour le 16.06.2014 à 18 h 47

Comment la physique moderne prétend remplacer le big-bang par un «grand rebond» et revisiter les concepts d'espace et de temps.

The big bang / Carl Jones via Flickr CC

The big bang / Carl Jones via Flickr CC

L'univers en rebond: Avant le big-bang

Martin Bojowald

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On pourrait dire qu'il existe deux types de vulgarisation scientifique: celle qui explore les implications philosophiques et conceptuelles des connaissances déjà établies, assimilées et vérifiées expérimentalement, et celle qui se veut plus spéculative par nature, qui décrit et explique les aspects de théories toujours en cours de développement, et sur lesquelles les scientifiques n'ont toujours pas atteint de consensus (si tant est que la notion même de consensus scientifique puisse exister de manière absolue).

Ces deux catégories de vulgarisation servent un but différent. La première est en quelque sorte naturelle, inévitable, et entièrement légitime. Lorsqu'une communauté scientifique s'accorde sur la valeur d'une théorie, comme par exemple la théorie de l'évolution ou la relativité, les chercheurs et les philosophes des sciences ont un devoir de vulgarisation, qui consiste à expliquer au grand public, que ce soit au travers de livres, de manifestations artistiques, ou de conférences, les tenants et les aboutissants de ces conceptions scientifiques (après tout, c'est ce même public qui finance les recherches dont sont issues ces théories).

Le devoir de vulgarisation et de divulgation de la recherche scientifique

Cette démarche permet à la fois d'entretenir un certain niveau de culture scientifique dans la société, mais elle permet aussi aux chercheurs de revisiter leur travaux sur un mode moins hermétique et plus transparent, ce dont ils tirent un bénéfice certain. Qu'en est-il alors des théories qui sont toujours intensément débattues et qui font l'objet de recherches actives? On pourrait en effet questionner la nécessité d'écrire un ouvrage de vulgarisation sur un sujet qui ne fait pas l'unanimité parmi (par exemple) les biologistes. Faut-il discuter et présenter au grand public des théories qui d'ici quelques années sont susceptibles d'être invalidées par l'expérience pour être ensuite complètement oubliées? La réponse est sans aucun doute "oui". Ce type de vulgarisation permet en effet de communiquer sur la recherche en temps réel, en tentant d'expliquer aux néophytes les thématiques qui sont actuellement explorées dans les laboratoires.

De plus, pour le chercheur, la vulgarisation complémente parfaitement les activités  d'enseignement et de recherche pure, car elle lui permet de prendre un certain recul sur ses propres travaux. Comme l'explique très justement Martin Bojowald dès la préface de ce livre, on n'imagine pas travailler et devenir un expert sur un sujet donné sans parvenir à le simplifier, l'épurer de ses concepts mathématiques et de ses détails fins, dans le but de le transmettre et de l'expliquer aux non-experts. Voilà ce qui constitue en quelque sorte la raison d'être de cet ouvrage, car il s'agit ici d'expliquer certaines idées récentes en gravitation quantique, une hypothétique union théorique de la relativité générale avec les principes de la mécanique quantique, à laquelle de nombreux travaux sont actuellement consacrés.

Martin Bojowald et la physique moderne

Martin Bojowald, chercheur en gravitation quantique à l'Université d'Etat de Pennsylvanie, nous explique dans ce livre les thématiques et les problèmes qui occupent son quotidien. Il dispose d'une légitimé toute particulière puisqu'il est lui-même à l'origine de la cosmologie quantique à boucles, et qu'il bénéficie d'un statut d'expert international. Nous sommes donc entre de bonnes mains pour nous laisser guider à travers les fondements de cette nouvelle physique. Les deux premiers chapitres présentent successivement la relativité générale et la mécanique quantique, dont la compréhension des notions fondamentales est un pré-requis pour pouvoir poursuivre la lecture. Ces deux théories constituent les piliers de la physique dite moderne, par opposition à la physique classique dont le règne commença de s'achever autour des années 1900 avec les travaux de Planck et d'Einstein (entre autres...).

A proprement parler, la physique newtonienne (c'est-à-dire la physique classique) ne fut jamais mise à mal, mais simplement étendue, incorporée au sein de théories plus fondamentales, selon la logique cumulative du travail scientifique. Ces théories plus fondamentales que sont la mécanique quantique et la relativité générale permettent d'une part d'expliquer pourquoi la vision newtonienne de la mécanique fonctionne si bien lorsqu'elle est appliquée à certaines échelles de taille et d'énergie, mais également de comprendre pourquoi, pour décrire la matière aux très petites dimensions et la gravitation sur des échelles astronomiques, il est nécessaire de revisiter et de reformuler certaines notions telles que l'espace, le temps, l'énergie ou encore la localisation.

Martin Bojowald ne manque pas d'expliquer en quel sens ces concepts nouveaux et souvent contre-intuitifs, comme par exemple celui de courbure de l'espace-temps, ne sont pas seulement des fantaisies mathématiques mais bien des phénomènes physiques réels, qui font l'objet de vérifications expérimentales très précises, et qui possèdent un pouvoir prédictif ainsi que des applications technologiques. Après avoir posé le décor et présenté un avant-goût de ce qui va faire l'objet du reste du livre, l'auteur se permet une digression sur le rôle des mathématiques, dans un troisième chapitre qui permet de comprendre un peu plus clairement de quelle manière elles structurent les théories physiques et sont à la base de leur développement. Les chapitres qui suivent sont consacrés à une description plus approfondie du problème de la gravitation quantique, ainsi qu'à une présentation très claire des connaissances actuelles en cosmologie, couvrant nombre de sujets passionnants allant de l'expansion de l'Univers à l'évaporation des trous noirs. En s'efforçant de toujours distinguer les phénomènes confirmés par l'expérience et l'observation d'une part, et les aspects plus spéculatifs et les problèmes ouverts d'autre part, Martin Bojowald nous guide à travers ce paysage scientifique passionnant où se côtoient mathématiques de pointe, physique des particules, astronomie, et même philosophie.

La théorie du rebond plutôt que celle du big-bang

Le septième chapitre du livre prend une tournure un peu plus philosophique, et présente quelques réflexions sur "la direction du temps". Après une petite introduction concernant les figures du temps, et discutant des propriétés que l'on attribue en général à l'idée de temporalité, l'auteur discute du statut du temps en physique, et notamment de sa relation avec le concept thermodynamique, d'entropie, et l'idée de flèche du temps. Le chapitre suivant propose un petit résumé de l'histoire de la cosmologie, en s'attachant tout particulièrement à la description des premiers mythes cosmogoniques décrivant l'origine de l'Univers, et en contrastant ces récits avec certaines théories récentes proposant que la singularité du big-bang soit remplacée par un simple rebond, et qu'ainsi l'Univers évolue selon des cycles infinis de contraction et d'expansion, à l'imagine d'une gigantesque respiration cosmique.

Bien d'autres surprises scientifiques et philosophiques se cachent dans ce petit livre, et mis à part certains passages dont la traduction est un peu rugueuse et quelques complications scientifiques peut-être superflues, l'ensemble reste un très bon ouvrage de vulgarisation et représente très fidèlement certaines des directions de recherche actuelles en physique théorique.

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