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Les cosmologies alternatives

Le modèle plasma (III)

L’univers plasma ou électromagnétique de Hannes Alfvén[7] part du principe que la gravité n’est pas la seule force dominante de l’univers, régissant tant la théorie du Big Bang que le taux d’expansion de l’Univers.

En effet, une autre interaction, la force électromagnétique a une portée aussi grande que la gravitation et est même 1039 fois plus intense que sa consoeur à l’échelle moléculaire.

H.Alfvén considère que l’univers peut être décrit en termes magnétiques, alliant la gravitation et l’électromagnétisme. Nous savons que la physique des plasmas constitue un domaine très important des sciences. Elle touche l’interaction de la matière chargée avec les champs magnétiques et explique de nombreux phénomènes : le comportement des molécules et des atomes, celui des atmosphères stellaires et planétaires, les aurores polaires, les éruptions solaires, le milieu interstellaire, le rayonnement des pulsars, les raies gamma du centre de la Voie Lactée, etc. Ces champs et ces courants chargés sont donc capables de modifier les propriétés de la matière et expliquent tous ces phénomènes sans faire intervenir la gravitation.

Cette intrusion spectaculaire des plasmas dans une aussi grande variété de domaines rappelle l’idée suggérée en 1902 par Kristian Birkeland, celui qui inventa le terme d’aurores et les associa pour la première fois aux manifestations du champ électromagnétique. Il proposait en effet "de lier ensemble toutes ces nouvelles découvertes et hypothèses dans une théorie cosmogonique dans laquelle les systèmes solaires et la formation des systèmes galactiques soient discutés peut être plus du point de vue électromagnétique que de celui de la gravitation".

Il ne sera entendu que beaucoup plus tard, dans les années 1970, lorsque David Bohm, Oskar Klein et Hannes Alfvén accepteront de relever son défi.

Alfvén, prix Nobel de physique en 1970 considère que l’univers respecte la symétrie fondamentale de la nature : les deux états de la matière doivent exister en quantité égale. Le Big Bang proprement dit n’existe pas car il n’y a jamais eu de singularité.

L’Univers d’Alfvén et Klein débuta il y a environ 10 milliards d’années dans un immense nuage de gaz fini constitué de matière et d’antimatière en lente contraction, l’ensemble évoluant dans un espace vide et plat. Lorsque les particules de matière et d’antimatière furent suffisamment proches, l’effondrement s’arrêta. Matière et antimatière s’annihilèrent en produisant une énergie si intense qu’elle déclencha le mouvement d’expansion auquel nous assistons. Reste à trouver un mécanisme pour séparer les deux mondes afin qu’ils n’interagissent plus. A ce jour cette question reste en suspens.

La théorie d’Alfvén n’explique pas non plus l’isotropie du rayonnement fossile. Alfvén considère que cette radiation de corps noir fut émise par la matière présente dans le nuage en expansion. Mais il est très peu probable que le nuage de matière ait conservé une symétrie sphérique sans modifier dans une direction ou l’autre le spectre du corps noir. Ce nuage aurait de plus dû avoir un degré d’opacité suffisamment élevé pour produire un spectre thermique sans pour autant obscurcir le signal radio des galaxies distantes. Au contraire, il y a tout lieu de croire que dans ces conditions l’expansion du plasma fut anisotrope et aurait certainement provoqué une diminution irrégulière de l’intensité du rayonnement fossile suite au décalage vers le rouge, ce qui en violation avec les observations.

En revanche, la structure filamentaire de l’Univers à grande échelle est réinterprétée par Alfvén et Klein. Les longues chaînes perlées rassemblant des millions de galaxies sur plusieurs milliards d’années-lumière sont à l’image des courants de Birkeland qui participent à la formation des aurores. Dans ce cadre, Anthony Perat[8] du Laboratoire de Los Alamos et spécialiste de la physique des plasmas réalisa des simulations de la "collision" de deux nuages de plasma constitué de millions de particules-tests, dans lesquels intervenaient non seulement la gravitation mais également les interactions électromagnétiques. A sa grande surprise, l’image qui se dessina ressemblait à la structure des galaxies spirales. Son travail se trouva même conforté lorsque des collègues informaticiens parvinrent à simuler les structures filamentaires de l’Univers dans des cristaux liquides sous l’emprise de champs magnétiques.

L’étude des interactions qui se déroulent dans les plasmas expliquerait également la persistance du rayonnement synchrotron comme celui qu’on observe dans les quasars et qui semble pouvoir survivre durant des millions d’années, ou la présence de longs jets de matière comme on peut en voir dans Cygnus A, qui seraient produit par le confinement des galaxies dans des champs magnétiques très intenses.

Des simulations effectuées avec des courants de 105 A confirment que l’approche électromagnétique est d’autant plus intéressant qu’il n’impose aucune hypothèse additionnelle, telle l’introduction des trous noirs pour expliquer ces phénomènes.

Cette nouvelle cosmologie "magnétohydrodynamique" (MHD) semble promue à un bel avenir si nous prenons la peine d’utiliser au mieux toutes les ressources des lois que nous connaissons, constat que nous avons déjà évoqué.

L’Univers neutrino

Le neutrino, cette petite particule de charge neutre, donc quasi indétectable est uniquement sensible aux interactions faible et gravitationnelle.

Nous savons que chaque centimètre cube de l’Univers visible contient environ 500 photons fossiles et qu’il existe environ 1500 neutrinos par centimètre cube, soit un rapport 3n°/γ. Chaque photon du rayonnement fossile présente une certaine énergie qui correspond à une masse de 10-36 γ. Sa densité de masse est d’environ 5x10-34 g/cm3. C’est approximativement 2000 fois moins que la densité moyenne de la matière dans l’Univers et pratiquement négligeable.

On peut effectuer la même estimation pour les neutrinos. A partir de leur énergie, leur densité de masse moyenne a été évaluée à environ 1.5x10-34 g/cm3, encore plus faible que celle du rayonnement fossile. Si leur masse est nulle, pour une énergie voisine de 5x10-4 eV, aucun physicien ne pourrait déterminer leur abondance. Dans ces conditions le rôle des neutrinos dans l’Univers actuel peut être ignoré, d’autant qu’ils n’interagissent pratiquement pas avec la matière.

Tout au moins le croyait-on jusqu’en 1980. Durant le printemps de cette année, deux groupes de physiciens de l’Institut de Physique Théorique et Expérimentale de l’Académie des Sciences soviétique, dirigés par Lyabinov et Tretyakov publièrent les résultats d’une expérience qui indiquait qu’un neutrino électronique avait une masse non nulle : environ 6x10-32 γ, quelque 35 eV. Près de 18 ans plus tard, une équipe américano-japonaise réévalua cette masse à 4 eV seulement. Mais le neutrino avait bel et bien une masse ![9]

En 1966, Zel’dovitch avait déjà analysé l’effet des neutrinos massifs sur l’évolution de l’Univers. Malgré leur faible poids, 2000 fois plus faible que l’électron et 40 millions de fois plus léger que le proton, ces neutrinos sont extrêmement nombreux. Dans chaque centimètre cube on en trouve grosso-modo un milliard de fois plus que de protons. Cela signifie que les neutrinos représentent la composante prédominante de l’Univers.

Dans ses conclusions Zel’dovitch estimait que par leurs effets gravitationnels les neutrinos jouaient un rôle clé dans l’évolution de l’Univers. Ceci est d’autant plus vrai que cette analyse ne concernait que le neutrino électronique, le plus léger, mais n’oublions pas qu’il existe deux autres familles, le neutrino muonique et tauonique. Les trois saveurs additionnées, les physiciens ont estimé que si leur masse dépassait environ 40 eV, elle dépasserait la densité critique de l’univers, le forçant à ralentir son taux d’expansion jusqu’à s’arrêter. Ce jour là l’Univers commencera à se contracter. La science a parfois des relents de fiction...

Censures et préjugés de la communauté scientifique

Nous pourrions également citer les travaux de Mandelbrot sur l’Univers fractal, la démocratie nucléaire de Fitjov Capra, l’ordre implicite de David Bohm, l’Univers gémellaire de Jean-Pierre Petit ou l'Univers dodécaédrique de Henri Poincaré, autant de concepts originaux dont certains ont été développés dans le dossier consacré à la science du chaos, la physique quantique ou dans celui consacré au phénomène OVNI mais qui nous éloigneraient du but de ce dossier.

Si les scientifiques acceptent de se remettre en question et d’amender leurs plus belles théories, ils ne le font jamais volontairement et isolément. Seule une erreur fondamentale pourrait les y contraindre, bien que la plupart du temps ils tenteront de protéger leur découverte en invoquant une nouvelle loi, voire en introduisant un postulat. Si un consensus scientifique les y contraint, ils éprouveront alors une désagréable impression d’impuissance intellectuelle et de rejet. Cette pression n'est pas innocente et en conduisit plusieurs à abandonner leurs travaux - qui s’avéreront ultérieurement exacts - allant même jusqu’au suicide.

Ce rejet et cette ingratitude de la part de la communauté sont évidemment rarement acceptés par les auteurs concernés et c’est l’une des raisons qui pousse certains scientifiques à rechercher la reconnaissance au point de confondre le progrès de la société avec leur bien-être individuel, plutôt que de se consacrer au progrès désintéressé de la science. Nous y reviendrons à propos de la philosophie des sciences. Il y a risque de dérapages au point de refuser l’accès aux instruments, les crédits de recherches ou la publications aux auteurs anticonformistes. Pourtant leur nouvelle façon d’appréhender la nature a le mérite de répondre aux critiques que l’on adresse aux théoriciens et de supprimer les paradoxes de certaines théories.

Mais ces nouveaux paradigmes font peur car ils s’écartent résolument des normes, du cadre théorique accepté par la majorité des chercheurs. Bizarres, allant contre le bon sens, inhabituels, peu de personnes reconnaissent la réalité à travers ces nouveaux modèles. Face à cette difficulté, la censure est la seule réponse unilatérale de certains dirigeants intolérants. Il faut toutefois dénoncer bien fort cette attitude car elle est scientifiquement injustifiable et relève d’une attitude dogmatique, obscurantiste et non démocratique. Nous pouvons citer des dizaines d’auteurs qui ont été censurés, surveillés ou mis à l’écart pour avoir abordé des sujets "sensibles".

Rappelez-vous les travaux téméraires des chercheurs des 200 dernières années : Olbers, Lagrange, Newcombe, Ovenden, Darwin, Pasteur, Wegener, etc. Tous ont défié le paradigme du moment au risque de perdre leur crédibilité. Parmi les chercheurs contemporains, citons les travaux d’Halton Arp à propos de l’interaction des quasars avec des galaxies proches. Remercié par le directeur des Monts Wilson & Palomar, il fut contraint de trouver un autre emploi à l’Institut Max Planck en Allemagne; ceux de l’astrophysicien Thomas Van Flandern qui fonda son propre organisme de recherche Meta Research afin de poursuivre ses recherches, les théories peu orthodoxes de Fred Hoyle concernant l’univers stationnaire et la création continue et récemment les travaux sur les abductions (les enlèvements par des OVNI) de John Mack, psychiatre de l’Université d’Harvard qui fut surveillé par un comité d’experts alors qu'aujourd'hui ses résultats de ses travaux sont reconnus.

Ainsi que le disait Arthur Bloch en 1977 à propos de la loi de Murphy, "Malheureusement vous trouverez toujours quelqu’un qui supportera vos idées". Cette attitude est en soi positive mais elle tend à dissiper le sens critique de ses auteurs. La culture peut ici offrir certaines garanties mais elle est insuffisante.

Objet à multiples facettes, en science l’acte intellectuel consiste en une spéculation libre à partir d’hypothèses raisonnables. Sa méthode devrait être un exemple parfait de la méfiance que ressentent tous les chercheurs devant l’inconnu. Espérons qu’à l’avenir une hypothèse ne doive pas être vrai pour être reconnue.

Si le mystérieux labyrinthe façonné par dame Nature devient tous les jours un peu plus compréhensible, espérons que les scientifiques les plus conservateurs ne détruiront pas les preuves qui nous guident à travers cet inextricable chemin vers la frontière de l’ignorance.

Cette digression par les cosmologies alternatives fait partie de l’évolution normale des sciences et chacun doit lui accorder une place raisonnable.

Comme le dit l'astronome Allan Sandage (1926-2010)[10], "en fait il est naturel de constater que le modèle de Big Bang, né à la fin des années 1920 soit remis en question. Il repose sur une frêle assise théorique (liée au principe de Mach) et quelques preuves observationnelles incertaines (uniformité de l’univers à grande échelle, relation de Hubble à courte distance)". En effet, il serait naïf d’imaginer qu’un modèle aussi simple ait perduré sans profondes altérations ou soit porté au panthéon de la science malgré l’accumulation de faits toujours plus nombreux en contradictions avec ses lois. Mais détrompez-vous. Bien que certaines cosmologies alternatives soient élégantes et théoriquement irrésistibles, seules les théories de la relativité générale et de la physique quantique expliquent l’évolution de l’Univers et les observations de la meilleure façon qu’il soit possible. Aujourd'hui, grâce aux découvertes réalisées à l'aide des plus grands télescopes terrestres et spatiaux et les résultats de la mission Planck notamment, le modèle du Big Bang inflationnaire ΛCDM s'affirme plus que jamais comme le modèle Standard de la cosmologie même si dans les détails de la fraction de microseconde primordiale il souffre encore de quelques problèmes révélant ses limites ou son incomplétude. Mais résolvons chaque chose en son temps.

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[7] H.Alfvén, Annals of New York Academy of Sciences, 571, 1989, p649.

[8] A.Perat, “Physics of the Plasma Universe”, Springer-Verlag, 1991.

[9] Lire S.Glashow in B.Schecter, Discover, March 1982.

[10] A.Hewits et al. eds, Proceedings of IAU Symposium, 124 (A.Sandage, Observational Cosmology), Reidel, Dordrecht, 1987.


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