dimanche 26 août 2012

7 nombres qui font l'Univers

 
Découverte du bruit de fond CMB
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Stephen Hawking est un des premiers à se poser des questions sur notre monde anthropique :
“The laws of science, as we known them at present, contain many fundamental numbers, like the size of the electric charge of the electron and the ratio of masses of the proton and the electron. The remarkable fact is that the values of these numbers seem to have been very finely adjusted to make possible the development of life.”
 
Certaines constants universelles semblent avoir été ajustées pour favoriser le développement de la vie!!
 
Changer, même très très peu, un seul paramètre de notre Univers, par exemple la masse du proton, et tout sera bouleversé : la marche extraordinaire vers les atomes, les étoiles, les planètes, la vie, les hommes, ne commencera même pas.
 
Pour notre conférencier, il existe au moins 7 nombres qui ont déterminé l’Univers tel qu’il est aujourd’hui.
Ces nombres gouvernent la forme, la taille et la texture de l’ Univers et auraient été définis lors du Big Bang
 
Selon des preuves scientifiques disponibles ces nombres semblent infailliblement réglés pour donner naissance à la vie.
 
 
 
 
De grands scientifiques qui ont fait nous poser les bonnes questions :
De haut en bas et de gauche à droite :
Stephen Hawking ; Brandon Carter ; Suzy Collin ; Robert Dicke; Hubert Reeves; Jean Philippe Uzan; Gilles Cohen Tannoudji; Martin Rees et TXT.
 
 
 
 
 
 
 
La révolution scientifique du 20ème siècle est basée principalement sur 4 constantes fondamentales :
 
·        G constante de la gravitation        
·        c vitesse de la lumière      
·        k constante de Boltzmann (équivalence entre température et énergie)
·        h constante de Planck (lie l'énergie d'un photon à sa fréquence)
 
Puis plus tard sept autres constantes  sont définies plus fondamentales :
 
·        N : rapport de la puissance de la force électrique contre la force de gravité.
 
Si N était à peine plus petit: les étoiles auraient des cycles de vie très réduits, en effet l’équilibre entre les forces de gravitation
maintenant les étoiles et les forces électriques les empêchent de s’effondrer sur elles même ; l’étoile Soleil n’aurait pas pu être stable,
des planètes comme la Terre n’auraient pas eu le temps nécessaire de se transformer ni le temps nécessaire à l’évolution
 
 
·        e : force avec laquelle les noyaux atomiques sont liés, colle entre protons et neutrons.
 
Si il est inférieur à 0,007 (0,006) alors le Soleil (ou l’étoile) aurait une vie trop courte (pas d’évolution sur Terre) est compris
Si il est compris entre 0,006 et 0,007 un proton ne peut pas  se lier à un neutron et le deutérium (élément de la chaîne) ne serait pas stable et l’hélium ne se créerait pas, l’Univers serait tout en hydrogène
Si il est supérieur à 0,008 l’H n’existerait pas au BB
Si il est entre 0,007 et 0,008 le carbone (6 protons et 6 neutrons fait avec 3 noyaux de He) serait instable car le béryllium (stade
Intermédiaire serait instable) –calculs Fred Hoyle- pas de vie
 
Si l'interaction nucléaire forte avait été un peu plus forte: l'Hydrogène aurait brûlé au moment du Big Bang, il n'y aurait pas d'étoile,
 
Si l'interaction nucléaire forte avait été moins forte, il n'y aurait pas de formation de Deutérium ni d'étoiles de longue durée
 
 
·        W  : Densité de matière dans l’Univers.
 
Un grand nombre de mesures indiquent que cette courbure est très faible en tout cas sa densité est très proche d'une densité critique
 
Si tous les atomes de toutes les étoiles, planètes, astéroïdes étaient démembrés et dispersés uniformément dans l’Univers la densité de l’Univers serait de 1 atome par mètre cube
Le gaz inter galaxies a une densité de 0,2 atome par mètre cube soit 35 fois moins que la densité critique !
Le ratio Wm sur Wc est 1/25 soit 0,04 ce qui permettrait une expansion éternelle
 
MAIS: ce que l’on voit n’est qu’une infime partie du contenu de l’Univers    
 
 
Densité critique = 7 atomes par mètre cube
 
 
 
Nous ne connaissons que 4% de l’Univers
 
Nous ne sommes que 0,5% de l’Univers.
 
 
 
 
 
 
 
Si W avait été élevé l’univers se serait écroulé en un point
Si W avait été trop faible les étoiles et les galaxies ne seraient jamais formées la matière se serait dispersée faiblement
Sir Martin Rees a démontré que la vitesse d’expansion (= refroidissement de 10 milliards de degrés à 3.000°) conjuguée à la quantité de matière ont favorisé la stabilité  et la longévité
W a été affiné conjointement à N (gravité) et e
 
 
W a donné naissance à l’introduction d’une autre constante :
 
·        l la constante cosmologique.
 
C’est Einstein qui le premier eut l’idée d’introduire cette constante dans ses équations.
 
Pour contrebalancer l'attraction gravitationnelle, Einstein a inventé une nouvelle force répulsive, la force lambda.
Suivant Einstein, cette force de répulsion augmente proportionnellement à la distance entre deux morceaux de matière quelconques. L'intensité de cette force est déterminée par la constante universelle lambda. Selon Einstein, la matière de l'univers est maintenue en équilibre par ces deux forces, l'attraction gravitationnelle et la force de répulsion lambda
 
Si l avait été un tout petit peu plus grand les étoiles et les galaxies n’auraient pu se former
 
 
 
·        Q : Le degré de structure de l’Univers.
 
C’est le rapport de l’énergie nécessaire à disperser les amas sur celle qui les attirent entre eux
 
Si Q est inférieur à 10-5 la matière noire aurait mis trop longtemps aurait été trop peu abondante et les premières galaxies trop molles
Si Q est inférieur à 10-6 le gaz initial ne serait pas suffisamment condensé
Si Q est supérieur à 10-5 très forte vagues de perturbation entraînant des galaxies implosant rapidement en trou noir
 
 
 
·        D : Dimension de l’espace local.
 
Égal à 3, si différent, que serait le monde ??
 
 
·        a: Constante de structure fine.
 
 
C’est elle qui régit la force électromagnétique assurant la cohérence des atomes et des molécules
 
Si elle est supérieure de 4 %, le carbone ne serait plus produit lors de la fusion stellaire.
Si elle était plus grande de 0,1%, la fusion ne se produirait pas à l'intérieur des étoiles
 
 
EN RÉSUMÉ :
 
Si la force de gravitation était plus puissante, elle serait capable d'accumuler plus de gaz lors la formation stellaire et seules des étoiles massives se formeraient. Or, ces dernières ont une durée de vie beaucoup plus courte que notre Soleil. La vie n'aurait donc pas à sa disposition les milliards d'années qui lui ont été nécessaires pour se développer sur Terre. Au contraire, si la force de gravitation était plus faible, seules des étoiles peu massives se formeraient. Il n'y aurait pas d'explosion de supernova et aucun élément plus lourd que l'hydrogène ou l'hélium n'apparaîtrait. Or, une vie uniquement fondée sur ces deux éléments est très difficile à imaginer.
 
Si l'interaction électromagnétique était plus forte, les liens entre noyaux et électrons à l'intérieur des atomes seraient plus solides et plus difficiles à défaire. Or, c'est en partageant certains de leurs électrons que les atomes créent des liaisons chimiques et s'organisent en molécules. Si cela devenait trop difficile, toute chimie serait impossible, ce qui empêcherait la vie de se développer. Si l'interaction électromagnétique était plus faible, les liens entre électrons et noyaux seraient moins solides. Ceci rendrait les atomes très fragiles et empêcherait probablement la chimie de la vie.
 
Si l'interaction nucléaire forte était plus puissante, protons et neutrons seraient beaucoup plus disposés à s'associer. Ils formeraient systématiquement des éléments lourds. Il n'y aurait par exemple pas d'hydrogène, donc pas d'eau, ce qui défavoriserait sérieusement la chimie de la vie. Si cette interaction était moins intense, protons et neutrons seraient moins enclins à s'assembler. Il n'y aurait pas d'élément plus lourd que l'hydrogène, donc pas de vie.
 
Enfin, dans le cas de l'interaction nucléaire faible, le problème se poserait principalement après le Big Bang, à l'époque où une partie des neutrons se désintègrent en protons, juste avant la nucléosynthèse primordiale. Si l'interaction faible était plus puissante, plus de neutrons seraient transformés en protons et il y aurait par conséquent moins d'hélium dans l'Univers. Ceci empêcherait plus tard la formation de certains éléments lourds nécessaires à la vie. Au contraire, si l'interaction était plus faible, les neutrons ne se désintégreraient pas et la nucléosynthèse primordiale conduirait à un Univers rempli d'hélium. L'hydrogène, ingrédient indispensable à la vie, serait absent.
 
Donc tout dépend de :
 
 
 
 
 
Aurélien Barrau :
L’univers a d’abord été centré sur notre planète, puis notre étoile, puis notre galaxie, enfin sur notre cosmos. L’hypothèse des multivers propose aujourd’hui un monde dénudé de centre.
 
 
 
Trinh Xuan Thuan :
« La probabilité que notre univers soit issu du hasard est comparable à celle d'un archer réussissant à planter sa flèche au milieu d'une cible carrée de 1 cm de côté et située à l'autre bout de l'univers. »
 
POUR ALLER PLUS LOIN :
 
L'énergie noire et la constante cosmologique : CR de la conf SAF d'A. Bouquet du 16 Juin 2010. (21/07/2010)
 
Les constantes fondamentales : CR de la conférence de R Lehoucq aux RCE 2006 le 11 Nov 2006.
 
La const. Cosmologique : CR de la conf. SAF de G Cohen-Tannoudji du 15 Fev. 2012. (04/03/2012)
 
Les constantes universelles de la physique, présentation de G Cohen Tannoudji.
 
La valeur exacte de toutes ces constantes.
 
 
 
Just six numbers, livre de Martin Rees

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