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13/02/2008

Notre Univers est-il fini et chiffonné ?

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences

Un Univers clos, de taille finie, et d'une topologie différente de celle d’une sphère : cet audacieux modèle de Jean-Pierre Luminet et de ses collègues prend aujourd'hui un peu plus de poids. Deux publications récentes comparant quelques-unes de ses prédictions et les observations du rayonnement fossile indiquent des résultats encourageants.

Déjà en 2003, les résultats fournis par WMap sur le spectre de puissance des fluctuations dans le rayonnement fossile pouvaient être interprétés comme une indication d’un taille finie de notre Univers. Mieux, on pouvait aussi y trouver des indices en faveur d’une topologie particulière de l’espace, une possibilité étudiée depuis des années par Jean-Pierre Luminet et certains de ses collaborateurs, comme les astrophysiciens Marc Lachièze-Rey et Roland Lehoucq.

Pour comprendre de quoi il s’agit, nous prendrons l'exemple d'un Univers fictif (voir la figure 1), en forme de cylindre sur lequel se balade un petit insecte. On peut construire un tel Univers en partant d’un carré et en identifiant deux de ses bords. L’opération revient à coller ceux-ci et l’on voit que tout se passe comme si l’insecte se déplaçant sur le carré et voulant sortir de celui-ci rentrait automatiquement dans ce même carré mais par le bord opposé.

 

Figure 1. La longueur d'onde des fluctuations de densité est limitée par la taille d'un univers se refermant sur lui-même. Schéma a : une créature vivant à la surface d'un cylindre se déplace et revient à son point de départ après avoir fait un tour complet. Schéma b : un cylindre découpé se transforme en un carré et le trajet de la créature sort par le côté droit pour entrer par le côté gauche. Schéma c : un tore plat est aussi construit à partir d'un carré dont on identifie les côtés opposés ; un tel espace est dit multi-connexe. Schéma d : des ondes se propageant dans un univers torique ne peuvent pas avoir une longueur d'onde supérieure au côté du carré. Pour construire un espace multi-connexe à trois dimensions, on identifie deux à deux les faces d'un polyèdre, un cube par exemple. Dans une telle configuration, la forme des ondes autorisées à se propager dépend de la géométrie de l'espace et de la façon dont les faces sont associées. Crédit : OBPSM

Une des caractéristiques d’un tel Univers à deux dimensions où vivraient des être bidimensionnels est que des rayons lumineux émis par des objets pourraient faire le tour de cet Univers et donner lieu à des images fantômes, laissant croire à un observateur qu’il est dans un monde infini peuplé d’un très grand nombres d’objets possédant des formes identiques.

Si l’on identifie les deux autres bords du carré, cela revient à coller les sommets du cylindre et on obtient un nouvel Univers en forme de pneu, possédant la même géométrie plate que le précédent et les mêmes images fantômes indiquant un Univers infini.

Notre propre Univers pourrait bien ressembler à un Univers en forme de tore, avec une géométrie plate (voir la figure 2).


Figure 2 

Notre Univers apparaît en effet comme remarquablement homogène et isotrope, avec des régions de l’espace occupées par un rayonnement fossile dont la température est identique à un degré de précision époustouflant. Sa géométrie spatiale est très proche de la géométrie euclidienne. On comprend mal comment un tel Univers a pu émerger du Big Bang, alors que les régions qui le composaient n’avaient pas eu le temps d’échanger de la chaleur à la vitesse de la lumière pour atteindre ce remarquable degré d’homogénéité dont témoigne le rayonnement fossile.

Une solution est bien sûr la théorie de l’inflation, très favorisée par les données de WMap, mais une autre est de dire que notre Univers est en réalité bien plus petit que l’on ne le croit et qu’en conséquence, les régions que nous observons avaient eu le temps de communiquer entre elles au moment du Big Bang. Sa grande taille ne serait qu’une illusion d’optique similaire à celle que nous avons décrite avec les exemples précédents.

L'apparente infinité de notre Univers est-elle une illusion d'optique ?

Lorsque l’on veut étudier les formes possibles de l’espace, on utilise une théorie mathématique appelée la topologie. Ainsi une sphère et un ballon de rugby sont topologiquement équivalents, car l’on peut déformer l’une en l’autre sans faire de trou. Ce n’est pas le cas d’un tore et d’une sphère.

Jean-Pierre Luminet et ses collègues ont donc cherché des alternatives à l’inflation pour expliquer les caractéristiques étonnantes de l’Univers en utilisant des Univers topologiquement différents mais de taille finie plus petite que celle déduite des observations avec des modèles classiques d’Univers à la Friedmann-Lemaître (Robertson-Walker).

Le meilleur candidat pour coller aux observations de WMap semble être le dodécaèdre de Poincaré. Pour comprendre de quoi il retourne considérons une sphère avec un pavage en forme de ballon de football :


Figure 3. Crédit : OBSPM

Cela revient à considérer un dodécaèdre :


Figure 4. Crédit : OBSPM

On joue ici le même jeu qu’avec le carré initial en deux dimensions mais on a affaire à un polyèdre en trois dimensions dont on va identifier les côtés opposés. On obtient ainsi une sorte de multi-tore mais qui n’en est pas vraiment un. L’espace dodécaédrique de Poincaré (PDS), en gros, c’est cela...

Or, de même qu’une corde peut osciller selon différents modes stationnaires dépendant de la longueur de la corde, un instrument de musique, comme un tambour ou un violon, ne pourra  produire que des sons caractéristiques de sa taille et de sa forme. Ainsi, lors de la « création » de l’Univers observable, le fluide de particule occupant l’Univers était animé de modes de vibrations dépendant de la forme géométrique de notre Univers, de sa composition en particules et aussi de sa topologie.

Dans le cas d’un Univers fini possédant une topologie obtenue par identification des faces d’un polyèdre donné, on peut calculer, en théorie du moins, les modes possibles d’oscillations et faire des prédictions sur la forme précise du spectre du rayonnement fossile. Remarquablement, certains des Univers finis avec une topologie dite multiplement connexe conduisent donc à des hypothèses testables et, si nous vivons dans un de ces Univers, nous pouvons le savoir !

La figure 5 montre quelques exemples d’Univers avec topologie multiplement connexe — Luminet parle d’Univers chiffonnés —, avec la structure du rayonnement fossile à laquelle ils conduisent.

 


Figure 5. Crédit : New Scientist

Depuis, l’année 2003 et la publication dans Nature d’un article dans lequel Jean-Pierre Luminet et ses collègues proposaient le Poincare Dodecahedral Space(PDS), les chercheurs ont progressé dans le calcul du spectre de puissance que devait avoir le rayonnement fossile.
Ainsi, 1,7 milliard de modes vibrationnels sont maintenant connus et pris en compte dans la comparaison avec les données de WMap. Il en résulte que le modèle PDS fait aussi bien que le modèle Lambda CDM (constante cosmologique-matière noire) avec un Univers plat, infini et à la topologie simplement connexe, alors que dans le premier on est en présence d’un Univers clos, donc fini, et à la topologie multiplement connexe. Si l’on considère la densité totale de l’Univers ramené à celle de la densité critique, on trouve alors pour ce rapport 1,018 .


Figure 6. Cliquez sur l'image pour l'agrandir. Spectres de puissance comparés pour les données expérimentales de WMap (barres d'erreur verticales), pour le modèle théorique LambdaCDM (courbe en pointillés) et pour le modèle PDS (courbe pleine). Crédit : OBSPM

Comment départager les deux théories ?

Peut–être en suivant la voie explorée depuis des années par Boudewijn Roukema, à la tête d’une équipe polonaise qui, elle aussi, annonce avoir obtenu des résultats encourageants en faveur du modèle PDS.

Examiné de près, le processus d’identification des faces du dodécaèdre conduit à des corrélations entre les images que l’on peut obtenir de la surface de dernière diffusion (voir la figure 7), correspondant pour chaque observateur dans l’Univers au moment où le rayonnement fossile a été émis. On montre que ces corrélations reviennent à considérer des intersections des images de ses surfaces sphériques et qu’elles conduisent à toute une série de cercles anti-podaux le long desquels les corrélations sont observables.


Figure 7. Une topologie multiconnexe se traduit par le fait que tout objet de l'espace peut se présenter en de multiples exemplaires au sein de l'univers observable. Pour un objet étendu comme la région d'émission du rayonnement fossile, appelée surface de dernière diffusion, celle-ci peut s'auto-intersecter le long de paires de cercles. En ce cas, cela revient à dire qu'un observateur (situé nécessairement au centre de cette surface de dernière diffusion) verra la même région de l'univers dans différentes directions. En conséquence, les fluctuations de température seront identiques le long des paires de cercles d'auto-intersection de la surface de dernière diffusion, comme le montre la figure.
Cette carte du rayonnement fossile a été calculée pour un espace plat multi-connexe, précisément un hypertore dont la taille est 3,17 fois inférieure au diamètre de l'horizon cosmologique. Crédit : OBSPM

Tout le problème, et il est de taille, est d’extraire de façon convaincante ces zones des mesures effectuées par WMap et de montrer qu’il existe bien des corrélations qui ne peuvent statistiquement se produire que de façon très improbable dans un Univers LambdaCDM. L’équipe de Boudewijn Roukema avait déjà obtenu il y a quelques années des résultats dans ce sens, et elle confirme à nouveau la possible présence de ces cercles.


Figure 8. Position des 12 cercles corrélés trouvés récemment dans les données WMap par une équipe franco-polonaise, en parfait accord avec le modèle PDS. Les centres des cercles correspondent aux centres des faces du dodécaèdre fondamental, déterminés par leurs coordonnées galactiques. La probabilité pour que le modèle LambdaCDM plat et infini reproduise par hasard une telle configuration n'est que 7 %. Crédit : OBSPM

Malheureusement, même si ces résultats sont plus précis, ils ne sont toujours pas probants. En revanche, on peut penser que les choses vont s’améliorer avec le lancement prochain du satellite Planck par l’Esa.

Quelques considérations de cosmologie quantique

Pour finir, si l’on se place du point de vue de la cosmologie quantique, on sait depuis longtemps que des Univers clos à courbure positive sont favorisés par l’approche reposant sur l’intégrale de chemin de Feynman. Comme l’ont montré Stephen Hawking et James Hartle avec leur modèle sans bord et utilisant le temps imaginaire, il est plus naturel, mais pas démontré, de considérer des Univers clos que des Univers infinis.


James Hartle. Crédit : University of California, Santa Barbara

En adoptant l’approche de la théorie des cordes, qui introduit des objets géométriques topologiquement compliqués comme les espaces de Calabi-Yau et les orbifolds, il est également plus naturel de considérer l’espace-temps macroscopique comme une partie d’un espace-temps multidimensionnel et topologiquement multiconnexe qui serait entré en expansion aux dépens d’autres dimensions qui, elles, seraient restées microscopiques.

Inutile de dire que dans le cadre des discussions actuelles, souvent chaudes, sur le principe anthropique, le Landscape, les cerveaux de Boltzmann,  la possibilité d’un Univers fini ne manquera pas d’être appréciée...

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Voir le documentaire sur la théorie des cordes

12/02/2008

Anatomie des chakras

ba35a4842c84cc9971c3347eda5ad1f7.jpgUn extrait de l'article Intuitions indiennes (PDF), de Thierry Janssen - Docteur en médecine, chirurgien et psychothérapeute

Réparti entre deux « canaux énergétiques » (l’un passif : Ida; l’autre actif : Pingala), le prana des Indiens est soumis aux mêmes polarités que l’influx nerveux au sein des systèmes parasympathique (détente) et sympathique (stress) décrits par la neurologie. L’analogie est troublante. De plus, chaque « centre énergétique » ou chakra correspond à un plexus nerveux précis et est connecté à une glande endocrine spécifique. Si l’on observe les effets des hormones produites sous l’effet d’un chakra particulier, on constate que ceux-ci sont en rapport avec le rôle physique, émotionnel ou spirituel attribué à ce chakra. Ainsi, par exemple, le premier chakra, situé entre les jambes, censé nous relier à la dimension matérielle de l’existence, commande les glandes surrénales qui sécrètent l’adrénaline et le cortisol, les deux hormones qui nous permettent de survivre; le second chakra, qui est attaché à la vie émotionnelle et à la créativité, stimule les ovaires ou les testicules dont les hormones influencent nos humeurs et nous permettent de procréer; le troisième chakra, en liaison avec l’intellect et la définition de l’ego, régit l’activité des hormones digestives qui participent à l’assimilation de ce qui nous fabrique. La démonstration peut ainsi être poursuivie pour les sept centres énergétiques de la tradition indienne. La preuve, sans doute, que, malgré leurs perceptions différentes, notre cerveau droit et notre cerveau gauche décrivent la même réalité.

Voir :
La Solution intérieure

D'autres articles intéressants par Thierry Janssen

Voyage dans le temps et théorie des cordes

Bientôt des voyages dans le temps au LHC ?

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences

Il y a quelques mois, deux chercheurs russes ont publié un article explorant la possibilité que le LHC puisse produire des mini-machines à remonter le temps. La proposition est extrêmement spéculative et difficile à tester mais ne semble pas absurde.

En 1998-1999, deux groupes de chercheurs américains ont secoué le monde de la physique théorique en démontrant que les conséquences expérimentales d’une théorie de la gravitation quantique, comme celle des supercordes, ne nécessitaient pas obligatoirement, pour être testées, la construction d’un accélérateur grand comme la Voie Lactée.

En introduisant des dimensions supplémentaires, la constante de la gravitation que l’on mesurait n’était pas nécessairement la véritable constante fondamentale associée à l’interaction gravitationnelle. Sans ces dimensions supplémentaires, l’énergie de Planck est très élevée et vaut 1016 Tev (téra électrons-volts). Mais avec elles, en revanche, on peut imaginer que  la véritable échelle d’énergie à laquelle toutes les interactions sont unifiées, gravitation comprise, et à laquelle relativité générale d’Einstein et mécanique quantique décrivent ensemble les processus physiques, n'est peut-être plus que de l’ordre du Tev ou de 10 Tev.

Si cela se révélait exact, les conséquences seraient potentiellement fabuleuses. Non seulement il serait possible de simuler en laboratoire la « création » quantique de notre Univers observable mais, en derniers ressort, on pourrait imaginer qu’une technologie basée sur le contrôle de la Superforce, à la base de toutes les particules et de toutes les interactions du cosmos, deviendrait possible, peut-être au cours de ce siècle.

Au commencement étaient des mini-trous noirs

Une des conséquences les plus fascinantes, prédite au début des années 2000, serait la production au LHC, dans les détecteurs d’Alice ou d’Atlas par exemple, de mini-trous noirs s’évaporant rapidement par radiation Hawking. Le processus est sans danger car le temps de vie de ces hypothétiques trous noirs est bien trop bref pour qu’ils puissent grossir et avaler la Terre. Nous en sommes sûrs car, si ce genre de phénomène est réalisable avec le LHC, il se produit déjà depuis des milliards d’années sur Terre et dans le système solaire. En effet, des rayons cosmiques bien plus énergétiques que les faisceaux de particules du LHC tombent chaque année sur notre planète et y produisent d’impressionnantes gerbes de particules, comme on peut les observer avec le détecteur Auger.

Les trous noirs ressemblant aux trous de vers, on pouvait donc déjà conjecturer depuis des années que si des mini-trous noirs pouvaient être fabriqués au LHC, des mini-trous de vers pourraient l'être aussi.

L’année dernière, un article de Thibault Damour et Sergey Solodukhin démontrait d’ailleurs que les trous de vers possédaient nombre des propriétés normalement attribuées à un trou noir avec son horizon. Ainsi, on pouvait retrouver l’analogue du théorème de la calvitie, des modes quasi normaux avec émission d’ondes gravitationnelles et même la fameuse résistivité de 377 ohms du paradigme de la membrane associée à l’horizon des trous noirs. Un trou de vers serait donc difficilement discernable d’un trou noir en astrophysique à part, très probablement, par son évaporation finale par effet Hawking qui ne serait pas thermique, sans spectre de corps noir.

Une histoire d'Univers branaires

Irina Ya. Aref'eva et Igor Volovich sont de célèbres chercheurs membres du prestigieux Steklov Mathematical Institute. Cela fait plus de 10 ans qu’ils s’intéressent, entre autres, à la création de trous noirs lors de collisions de particules à très hautes énergies, au delà de la masse de Planck. Dans l’article qu’ils ont consacré à la création de trous de vers au LHC, ils montrent que dans le cas des modèles à basse masse de Planck, caractérisant l’énergie de Planck, et reposant sur l’idée que notre Univers est une membrane à trois dimensions flottant dans un Univers possédant d'autres dimensions spatiales, il est possible de violer de façon effective sur notre membrane certaines conditions sur l’énergie, interdisant normalement la création de trous de vers.

Quatrième à partir de la gauche, Irina Ya. Aref'eva, entourée de collègues et élèves. Cliquez pour agrandir. Crédit : Steklov Mathematical Institute

Ramenées à l’espace-temps à plus de 4 dimensions, les conditions sur l’énergie ne sont pas violées et l’on a donc un moyen d’obtenir facilement des petits trous de vers sur notre membrane de façon très similaire à celle des trous noirs.

Or, les trous de vers peuvent servir, théoriquement du moins, de machine à voyager dans l’espace, comme la série Stargate l’a popularisé, mais aussi de machine à voyager dans le temps ! C’est pourquoi l’article de Aref'eva et Volovich n’hésite pas à considérer sérieusement le fait que des mini-voyages dans le temps au niveau des particules élémentaires soient produits de la main de l’Homme au cours de cette année au LHC.

De la «méta-physique» falsifiable ?

Rappelons quand même que la notion de voyage dans le temps conduit à de nombreux problèmes, comme celui du grand-père. De plus, Lisa Randall, qui avaient été l’une des personnes qui avait proposé en 1999 une théorie avec des Univers sous forme de membranes et une basse masse de Planck, a publié récemment une analyse des conditions de production de trous noirs au LHC plutôt pessimiste. Certaines simplifications dans les calculs de la production de mini-trous noirs au LHC auraient conduit à une image trompeuse et trop optimiste de la création de ces mini-trous noirs.


Lisa Randall. Crédit : Gloria b.Ho

Le lecteur pourra considérer à juste titre que ces spéculations de théoriciens relèvent davantage de la métaphysique que de la science, mais on commence déjà à avoir des propositions de tests expérimentaux au LHC. A défaut de permettre la construction du vaisseau spatial de Valérian et Laureline, il y aura peut-être de la belle physique au LHC basée sur des mini-trous de vers dans moins de 10 ans.

Après tout, comme l’ont proposé John Wheeler et Richard Feynman, les particules d’anti-matière, comme le positron, peuvent être considérées sérieusement et efficacement en électrodynamique quantique comme des électrons remontant dans le temps, et cette image fait partie de la science depuis plus de 50 ans maintenant.



Le détecteur Atlas du LHC : une future porte des étoiles ? Crédit : Cern
Le détecteur Atlas du LHC : une future porte des étoiles ? Crédit : Cern


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Voir le documentaire sur la théorie des cordes

08/01/2008

Ostéopathie : un documentaire

Voici un documentaire de 52 minutes sur la pratique de l'ostéopathie en France.


Nicolas Tesla

Un scientifique pas comme les autres

Sans lui nous n'aurions ni électicité à la maison, ni radio.

Nikola Tesla (né le 10 juillet 1856 à Smiljan, dans les confins militaires de l'empire austro-hongrois - aujourd'hui en Croatie - et mort le 7 janvier 1943 à New York - États-Unis) était un inventeur et ingénieur serbe, dans le domaine de l'électricité.


Il est souvent considéré comme l'un des plus grands scientifiques dans l’histoire de la Technologie, pour avoir déposé plus de 900 brevets (qui sont pour la plupart repris au compte de Thomas Edison) traitant de nouvelles méthodes pour aborder la conversion de l'énergie. De plus, Tesla est reconnu comme l'un des ingénieurs les plus innovateurs de la fin du XIXe siècle et du début du XXe siècle. Pour sa part, il aimait plutôt se définir comme un découvreur.



22/11/2007

Les théories Darwiniennes de la diffusion des idées

Voici une vidéo (durée : 1h23, télécharger pour Realplayer) du site prolifique Canal-U (U comme universitaire) qui offrent de nombreux documents pédagogiques gratuits en ligne (conférences, reportages) dans divers domaines des sciences fondamentales aux sciences humaines en passant par l'art et l'histoire.

Depuis une trentaine d'années, les explications néo-darwiniennes de la diffusion des idées, des sentiments et des pratiques dans les sociétés humaines – autrement dit, de la culture, au sens large – se multiplient et connaissent un succès croissant. Aux yeux des théoriciens qui proposent de telles explications, les principes fondamentaux du néo-darwinisme ont vocation à s'étendre bien au-delà de la biologie : ils constitueraient les clés épistémologiques des sciences humaines et sociales. Toutefois, derrière cette référence affichée à un même paradigme biologique, ces théories de la culture présentent d'assez vifs contrastes, fréquemment brouillés au regard par les polémiques qu'elles ont soulevées. Outre les vues réductionnistes souvent fort sommaires proposées depuis les années 70 sous l'étiquette « sociobiologie humaine », que l'on n'évoquera pas ou peu ici, deux grands modèles peuvent être dégagés. Le premier, inspiré par les sciences cognitives, explique les phénomènes culturels en les ramenant, plus ou moins directement selon les cas, à des dispositions innées inscrites dans le cerveau et commandées par des gènes (S. Pinker, J. Tooby et L. Cosmides, ou D. Sperber). Le second, dont la version la plus célèbre est la théorie des « mèmes » de l'éthologue R. Dawkins, propose de rendre raison de la diffusion des idées et des pratiques dans les groupes sociaux en s'appuyant sur une analogie avec le mode de diffusion des gènes : les phénomènes culturels seraient le siège d'une évolution semblable dans ses principes à celle des gènes, mais totalement indépendante vis-à-vis d'eux. La conférence sera consacrée à la présentation et à la discussion générales de ces deux grands modèles explicatifs. Une attention toute particulière sera accordée au second, qui reste sans doute encore relativement méconnu en France.

17/11/2007

Le GEIPAN admet l'existence des OVNI

Le GEIPAN est un organisme du CNES (Centre national d'études spatiales) chargé de collecter, analyser et archiver les PAN (Phénomènes Aérospatiaux Non-Identifiés, désignant un OVNI pas forcément solide dans la terminologie du CNES). Jacques Patenet, le directeur, est invité à l'émission de France 5, au même moment où sont mis en ligne la quasi-intégralité des documents du GEIPAN.
Ca n'a pas trop de rapport avec la spiritualité, mais certainement avec les limites de la pensée athée...!
L'émission "C dans l'air" en 4 volets sur les OVNI :