les spéculations générales sur la nature du monde sont aussi anciennes que les philosophes pré-socratiques Grecs, mais une cosmologie vraiment scientifique ne pouvait être formulée tant qu’il n’y avait pas une certaine connaissance des lois fondamentales de la nature. La découverte par Isaac Newton de la gravité universelle de loi carrée inverse a offert la première occasion sérieuse pour une telle entreprise. Parce que la gravité est attrayante, un problème immédiat était d’expliquer pourquoi l’univers ne s’effondre pas sur elle-même., Les mouvements planétaires ont arrêté cela dans le système solaire, mais qu’en est-il des « étoiles fixes »? La réponse d’abord suggérée était que dans un univers d’étendue infinie, peuplé uniformément d’étoiles, les forces d’attraction dans différentes directions s’annuleraient mutuellement, donnant l’équilibre.
Cependant, il y avait un problème avec l’idée de limitation de cosmos. Chaque ligne de visée devrait se terminer quelque part à la surface d’une étoile. En 1823, Wilhelm Olbers a souligné que cela impliquerait que le ciel nocturne était partout uniformément brillant., La résolution moderne de ce paradoxe repose sur le fait que la vitesse finie de la lumière et l’âge fini de l’univers signifient ensemble que seul un nombre fini d’étoiles nous est réellement visible.
Une découverte importante a été faite à la fin du xviiie siècle par Sir William Herschel. Il a découvert que la bande de lumière connue sous le nom de Voie Lactée est en fait composée d’une multitude d’étoiles, constituant une vaste galaxie dont le système solaire n’est qu’une infime composante. Les premiers spéculateurs, dont Emmanuel Kant (1724-1804), avaient proposé que ce soit le cas., Ils ont également suggéré que les plaques lumineuses appelées nébuleuses pourraient être d’autres « univers insulaires », similaires à la Voie Lactée, mais à de grandes distances de celle-ci. La question n’a finalement été réglée qu’au XXe siècle, mais l’idée était déjà dans l’air que la réalité créée pourrait être beaucoup plus vaste que ce qui avait été supposé auparavant.
Les Distances aux étoiles voisines peuvent être mesurées par parallaxe, le léger décalage de la position céleste apparente lorsque la Terre se déplace autour de son orbite., Au-delà de cette plage, l’estimation de la distance dépend de l’établissement d’une bougie standard, une source de lumière d’intensité connue dont la gradation observée permet alors de mesurer sa distance. Les étoiles dont la luminosité fluctue régulièrement, appelées variables Céphéides, fournissent cette mesure, car on sait que leur luminosité intrinsèque est strictement corrélée à la période de leur variation. En 1924, Edwin Hubble a utilisé cette méthode pour établir que la nébuleuse D’Andromède est une galaxie lointaine, maintenant connue pour être à environ deux millions d’années-lumière de la Voie Lactée.,
Hubble a ensuite fait sa plus grande découverte. On constate que la lumière provenant de galaxies lointaines est rougie par rapport à la même lumière provenant d’une source terrestre. Ceci est interprété comme étant dû à l’effet du mouvement de récession, et le degré de rougeur induit est corrélé à la vitesse de récession. L’effet (décalage Doppler) est similaire au changement de fréquence d’une sirène d’ambulance dû au mouvement du véhicule. Hubble a découvert que la vitesse à laquelle une galaxie recule est proportionnelle à sa distance., Ce fut alors interprété comme un effet dû à l’expansion de l’espace lui-même. Tout comme les taches à la surface d’un ballon s’éloignent les unes des autres à mesure que le ballon est gonflé, de sorte que l’espace se dilate, il emporte les galaxies avec lui. La découverte par Hubble de l’univers en expansion a eu un effet profond sur le développement de la théorie cosmologique.
cosmologie relativiste
Newton considérait l’espace comme un récipient dans lequel le mouvement des atomes matériels avait lieu au cours de l’écoulement du temps absolu., La découverte par Albert Einstein de la théorie de la relativité générale a complètement changé cette image.
en 1908, Einstein avait ce qu’il considérait comme sa pensée la plus heureuse. Il se rendit compte que s’il tombait librement, il serait complètement inconscient de la gravité. Cette observation apparemment assez insignifiante l’a amené à reconnaître le principe d’équivalence, qui est à la racine de la relativité générale., Il existe deux significations conceptuellement distinctes de la masse: la masse inertielle (mesure de la résistance d’un corps à la modification de son état de mouvement) et la masse gravitationnelle (mesure de la force de l’interaction du corps avec un champ gravitationnel). Malgré leur distinction conceptuelle, ces deux mesures sont toujours numériquement identiques. Quantitativement, la masse inertielle et gravitationnelle sont équivalentes. Cela implique que tous les corps se déplacent de la même manière dans un champ gravitationnel., Doubler la masse doublera la résistance inertielle à un changement de mouvement, mais il Double également la force gravitationnelle effectuant le changement. En conséquence, le mouvement résultant est le même. Ce comportement universel signifie que les effets de la gravité sur les corps individuels peuvent être réinterprétés comme une conséquence générale des propriétés de l’espace lui-même, ou plus précisément, en tenant compte de la découverte antérieure D’Einstein de l’étroite association mutuelle de l’espace et du temps de la relativité spéciale, les propriétés de l’espace-temps à quatre dimensions., Les concepts d’espace, de temps et de matière, tenus tout à fait distincts par Newton, ont été Unis par Einstein dans un seul paquet. Il a transformé la physique gravitationnelle en Géométrie. La matière courbe l’espace-temps et la courbure de l’espace-temps affecte à son tour les trajectoires de la matière. Il n’y a pas de temps sans espace et sans matière, un point Qu’Augustin avait réalisé quinze siècles plus tôt.
Einstein s’est mis au travail pour découvrir les équations qui donneraient une expression quantitative à son idée. La recherche fut longue, mais en novembre 1915, il les rencontra., Immédiatement, il a pu montrer qu’ils prédisaient une petite déviation dans le comportement de la planète Mercure, qui avait déjà été observée mais qui avait défié l’explication Newtonienne. Plus tard, en 1919, les observations d’une éclipse solaire totale ont confirmé une autre prédiction, relative à la flexion de la lumière des étoiles par le soleil. Du jour au lendemain, Einstein est devenu dans l’imagination du public le héros scientifique emblématique.
cette intégration de l’espace, du temps et de la matière dans une seule théorie a permis de construire un compte rendu vraiment scientifique de l’univers entier. Cependant, il semblait y avoir un problème., À l’époque, les physiciens croyaient encore que la théorie cosmologique devrait donner une image statique. La physique devait être la dernière des sciences à reconnaître la véritable signification de la temporalité et du processus en cours. Les géologues y étaient arrivés à la fin du XVIIIe siècle, et au milieu du XIXe siècle, les biologistes, avec la publication de L’Origine des espèces de Charles Darwin en 1859, avaient emboîté le pas. Au début du XXe siècle, les physiciens détenaient encore la notion aristotélicienne d’un cosmos éternellement immuable. Einstein ne pouvait pas trouver une solution statique de ses équations., Par conséquent, lorsqu’il a publié ses propositions cosmologiques en 1918, il a bricolé les équations, en ajoutant un terme supplémentaire (la constante cosmologique). Il représentait une sorte d’antigravité, une force répulsive conçue pour contrebalancer sur de grandes distances la force attractive de la gravité conventionnelle.
Einstein a appelé plus tard cet ajout la plus grande gaffe de sa vie., Il avait manqué l’occasion de prédire un univers en expansion, car ses équations non modifiées avaient des solutions (découvertes par le météorologue russe Alexander Friedmann et le prêtre belge Georges Lemaître) qui correspondaient au comportement observé plus tard par Hubble. De plus, sa solution statique proposée n’a pas vraiment fonctionné, car elle était instable et se serait effondrée sous la perturbation.
cosmologie du Big Bang
Si les galaxies se déplacent actuellement, alors dans le passé, elles ont dû être plus proches les unes des autres., Cela conduit à la conclusion que l’univers que nous observons aujourd’hui semble avoir émergé du Big Bang, un état primitif de matière immensément condensée et énergétique. Les estimations actuelles datent cette émergence à 13,7 milliards d’années.
pris littéralement, le Big Bang lui-même est un instant de densité et d’énergie infinies, une singularité qui dépasse le pouvoir d’analyse de la science conventionnelle. (Quelques idées hautement spéculatives sur l’univers très précoce, proche du Big Bang, seront discutées ci-dessous.,) Bien que certains religieux (dont le pape Pie XII) aient succombé à la tentation de parler du Big Bang comme du « moment de la création », il s’agissait clairement d’une erreur théologique. La doctrine judéo-chrétienne-islamique de la création s’intéresse à l’origine ontologique (pourquoi y a-t-il quelque chose plutôt que rien?), plutôt que temporelle origine (comment ça a commencé?). Dieu est autant le Créateur d’aujourd’hui que Dieu a 13,7 milliards d’années. Big Bang cosmologie est très intéressant scientifiquement, mais pas critique significative théologiquement.,
néanmoins, trois cosmologistes, Hermann Bondi, Fred Hoyle et Thomas Gold, craignaient que la cosmologie du Big Bang ne favorise la religion, et ainsi, dans les années 1960, ils ont proposé une théorie alternative de l’état stable, l’image d’un univers éternel toujours globalement la même. Ce retour aux idées Aristotéliciennes a été réconcilié avec la récession des galaxies par la supposition de la création continue de la matière, se déroulant à un rythme trop faible pour être observé mais suffisant dans le temps pour combler les lacunes laissées par le mouvement des galaxies déjà existantes., D’autres résultats d’observation ont éliminé cette idée.
à mesure que l’univers se développe, il se refroidit. Au moment où il était âgé d’une microseconde, sa température était déjà au niveau où les processus cosmiques en cours avaient des énergies suffisamment basses pour que les scientifiques possèdent une compréhension fiable de leur nature. La Discussion est encore simplifiée par le fait que l’univers primitif était presque uniforme et sans structure, ce qui en fait un système physique très simple à considérer.,
au moment où il avait environ trois minutes, l’univers s’était refroidi au point que les interactions nucléaires cessaient à l’échelle cosmique. En conséquence, la structure nucléaire brute du monde s’est fixée à ce qu’elle est encore aujourd’hui, trois quarts d’hydrogène et un quart d’hélium. Au moment où le cosmos avait environ un demi-million d’années, un refroidissement supplémentaire l’avait amené au point où le rayonnement n’était plus assez énergétique pour briser les atomes qui tentaient de se former. La matière et le rayonnement se sont alors découplés et ce dernier a simplement été laissé refroidir davantage à mesure que l’expansion cosmique se poursuivait., Aujourd’hui, ce rayonnement est très froid, trois degrés au-dessus du zéro absolu. Il a été observé pour la première fois en 1964 par Arno Penzias et Robert Wilson. Connu sous le nom de rayonnement de fond cosmique, il forme un dépôt fossilisé laissé de l’ère du big bang, nous disant à quoi ressemblait l’univers quand il avait un demi-million d’années. Une des choses que nous apprenons est que le cosmos était alors très uniforme, avec des fluctuations de la densité moyenne ne dépassant pas une partie sur dix mille., Ce rayonnement de fond mis payé à la théorie de l’état d’équilibre, qui ne pouvait pas expliquer ses propriétés de la manière naturelle qui était possible pour la cosmologie Big Bang.
la gravité a pour effet à long terme d’améliorer les petites fluctuations. Un peu plus de matière ici que là a produit un peu plus d’attraction ici que là, déclenchant ainsi un effet boule de neige par lequel l’univers est finalement devenu grumeleux avec des galaxies et des étoiles. À un âge cosmique d’un milliard d’années, ce processus battait son plein. Au fur et à mesure que les étoiles se condensaient, elles se chauffaient et les réactions nucléaires recommençaient à l’échelle locale., Initialement, les étoiles brûlent en convertissant l’hydrogène en hélium. À un stade ultérieur du développement stellaire, des éléments plus lourds, tels que le carbone et l’oxygène, sont formés par d’autres processus nucléaires. À l’intérieur d’une étoile, cette séquence ne peut pas dépasser le fer, la plus stable des espèces nucléaires. À la fin de leur vie, cependant, certaines étoiles explosent sous forme de supernovae, non seulement dispersant les éléments qu’elles ont créés dans l’environnement, mais aussi, dans le processus explosif lui-même, générant les éléments manquants au-delà du fer. De cette façon, les quatre-vingt-douze éléments chimiques sont finalement devenus disponibles., L’un des grands triomphes de l’astrophysique du XXe siècle a été de démêler les détails des processus délicats de la nucléosynthèse. Lorsqu’une deuxième génération d’étoiles et de planètes s’est formée, il existait un environnement chimique suffisamment riche pour permettre le développement de la vie. Ainsi commença l’un des développements les plus remarquables de l’histoire cosmique que nous connaissions. Avec l’apparition éventuelle de la conscience de soi, l’univers a pris conscience de lui-même.,
le principe anthropique
Au fur et à mesure que les scientifiques ont compris les processus évolutifs de l’histoire cosmique, ils ont commencé à réaliser que la possibilité de développement de la vie à base de carbone dépendait de manière critique des détails des lois de la nature opérant réellement dans l’univers. La collection d’idées pointant vers cette conclusion a reçu le nom de principe anthropique, bien que le principe du carbone aurait été un meilleur choix car c’est la généralité de la vie, plutôt que la spécificité de L’Homo sapiens, qui est impliquée., De nombreux exemples ont été donnés de ces « réglages fins » anthropiques. »
L’un est fourni par les processus stellaires par lesquels les éléments nécessaires à la vie ont été formés. Chaque atome de carbone dans chaque corps vivant était autrefois à l’intérieur d’une étoile, et le processus par lequel ce carbone a été fabriqué dépend de manière critique des détails quantitatifs de la physique nucléaire. Trois noyaux d’hélium doivent se combiner pour produire du carbone. On s’attendrait à un processus en deux étapes, deux héliums fusionnant d’abord pour former du béryllium, puis un troisième hélium étant ajouté pour fabriquer du carbone., Cependant, il y a un problème car le béryllium est très instable et cela rend la deuxième étape problématique. En fait, cela n’est possible que parce qu’il s’avère qu’il y a un effet d’amélioration substantiel (une résonance) se produisant exactement à la bonne énergie. Si les forces nucléaires étaient différentes de ce qu’elles sont réellement, cette résonance serait au mauvais endroit et il n’y aurait pas de carbone du tout. Quand Hoyle a découvert cette coïncidence remarquable, il a estimé que cela ne pouvait pas être un heureux accident, mais qu’il devait y avoir une certaine Intelligence derrière.
les Exemples peuvent être multipliés., Le développement de la vie sur une planète dépend de son étoile qui fournit une source d’énergie fiable et de longue durée. Les étoiles brûlent de cette façon dans notre univers, car la force de gravité est telle qu’elle. Le réglage anthropique le plus exigeant concerne la constante cosmologique D’Einstein. La pensée moderne a ravivé cette notion, mais sa force doit être extrêmement faible pour empêcher l’univers de s’effondrer ou de s’effondrer. De nombreux cosmologistes croient que la force (généralement appelée énergie noire ) est réellement présente, mais à un niveau qui n’est que de 10 à 120 de ce que l’on considérerait comme sa valeur naturelle., Quelque chose de plus grand que ce petit nombre aurait rendu l’évolution de la vie, ou toute structure cosmique complexe, tout à fait impossible.
Ces idées scientifiques ne font pas l’objet de controverse, mais leur signification plus profonde et métascientifique a été fortement contestée. Peu sont prêts à traiter ces coïncidences anthropiques comme de simples accidents heureux, et donc deux propositions explicatives contrastées ont été largement explorées., On considère l’univers comme une création divine, expliquant sa spécificité finement réglée comme une expression de la volonté du Créateur qu’il devrait être capable d’avoir une histoire féconde. L’autre est l’approche multivers, en supposant que cet univers particulier n’est qu’un membre d’un vaste portefeuille de mondes existants différents, chacun séparé les uns des autres et possédant chacun ses propres lois et circonstances naturelles. Notre univers est tout simplement celui de cet immense réseau cosmique où, par hasard, le développement de la vie à base de carbone est une possibilité., Bien qu’il existe des idées scientifiques hautement spéculatives qui pourraient dans une certaine mesure encourager la pensée multivers (voir ci-dessous), la prodigalité inobservable de l’approche multivers la fait paraître une proposition métaphysique d’une extravagance considérable, qui semble ne faire qu’un seul travail explicatif pour désamorcer la menace du théisme.
L’univers très précoce
plus les scientifiques s’approchent du Big Bang, plus les régimes impliqués sont extrêmes et donc plus leur pensée est spéculative.,
beaucoup croient que lorsque l’univers avait environ 10-36 secondes, une sorte d’ébullition de l’espace s’est produite, appelée inflation, qui a élargi l’univers très considérablement et avec une immense rapidité. L’idée est non seulement soutenue par certains arguments théoriques, mais gagne également en crédibilité grâce à sa capacité à expliquer certains faits significatifs sur l’univers., L’une est l’isotropie cosmique: le rayonnement de fond apparaît pratiquement le même dans toutes les directions malgré le fait que le ciel contient de nombreuses régions qui, sur une simple extrapolation au Big Bang, n’auraient jamais été en contact causal les unes avec les autres. Sur un plan inflationniste, cependant, ces différentes régions dérivent d’un domaine initialement beaucoup plus petit où il y aurait eu le contact causal nécessaire pour produire l’uniformité de la température et de la densité., L’Inflation aurait également eu un effet de lissage, expliquant ainsi l’homogénéité à grande échelle de l’univers et l’équilibre étroit entre les effets expansifs et gravitationnels qui est effectivement observé (et qui, en fait, est une autre né-cessité anthropique).
beaucoup plus spéculative est la tentative de comprendre L’ère Planck, avant 10-43 secondes, lorsque l’univers était si petit qu’il doit être compris mécaniquement quantique. L’unification correcte de la théorie quantique et de la relativité générale n’a pas été réalisée., En conséquence, il existe de nombreux comptes hypothétiques différents de la cosmologie quantique. Un thème fréquent est que les univers peuvent continuellement naître de l’inflation des fluctuations dans l’ur-vide de la gravité quantique, et notre univers n’est qu’un membre de ce multivers proliférant. L’affirmation selon laquelle ce processus représenterait la capacité de la science à expliquer la création à partir de rien n’est qu’un abus de langage. Un vide quantique est un milieu hautement structuré et actif, très différent du nihil.,
destin cosmique
à plus grande échelle, l’histoire du cosmos implique un bras de fer entre les tendances expansives du Big Bang et la force de contraction de la gravité. Si à la fin la gravité gagne, ce qui a commencé avec le Big Bang se terminera par le Big crunch, alors que l’univers s’effondre sur lui-même. Si l’expansion gagne (l’option actuellement privilégiée), l’univers continuera à s’étendre pour toujours, devenant progressivement plus froid et plus dilué, finissant par se décomposer dans un long gémissement mourant.,
dans sa pensée eschatologique, la théologie doit tenir compte de ces pronostics scientifiques fiables de la futilité éventuelle du processus actuel. En fin de compte, un simple optimisme évolutif n’est pas une possibilité viable.
Voir aussi
physique et Religion.
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