Vers une nouvelle physique ?

Les mésons B nous apportent-ils une nouvelle physique ?
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences

Une asymétrie dans le comportement de certains intriguent les physiciens. Selon certains, la violation de la symétrie CP observée avec ceux-ci n’est pas compatible avec les équations du modèle standard. Une nouvelle physique devrait intervenir, comme de la supersymétrie ou des dimensions spatiales supplémentaires, et elle serait donc observée pour la première fois en accélérateur.

La large prédominance de la matière sur l’antimatière dans l’Univers est une des grandes énigmes de la cosmologie. Pourtant, les physiciens ont avancé plusieurs réponses possibles dont l’une fait intervenir ce qu’on appelle la violation CP. Observée depuis les années 1960 dans l’oscillation des mésons K, elle est aujourd'hui traquée dans les produits de désintégration des mésons B comportant au moins un quark dit beau.

Selon la théorie de la chromodynamique quantique, les hadrons, comme les protons et les mésons, sont composés de six types de quarks qui peuvent se transformer les uns dans les autres, à cause de l’interaction électrofaible, selon des probabilités données. L’information codant quel quark peut se transformer en tel autre, et selon quelle fréquence, se trouve dans un tableau de nombres à trois lignes et trois colonnes, la matrice de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM).

Cette matrice possède plusieurs paramètres libres qui ne sont pas prédits par le modèle standard des interactions mais celui-ci leur impose tout de même des bornes et leurs valeurs ne sont donc pas totalement arbitraires. En particulier, la matrice CKM autorise certains mésons à se désintégrer en d’autres particules d'une manière légèrement différente de celle de leur anti-méson associé.

Le phénomène est particulièrement net dans le cas de certains mésons qui oscillent à une certaine fréquence pour se transformer en un autre bien défini, qui à son tour redeviendra à nouveau le méson d’origine. Le phénomène a été observé dans l’oscillation des mésons K0-K0barre dont l’un est l’anti-méson de l’autre. Surtout, il est beaucoup plus important dans le cas des mésons B.

Pour cette raison, de véritables usines à mésons B ont été construites car, en étudiant la violation CP, on espérait en apprendre davantage sur une nouvelle physique, au-delà du modèle standard, qui, elle, fixerait les valeurs des paramètres libres de la matrice CKM.

Or, on savait que si le modèle expliquant l’asymétrie matière-anti-matière de notre Univers était bien celui faisant intervenir la violation CP, celle obtenue dans le cadre du modèle standard avec la matrice CKM était bien trop faible pour rendre compte des observations. Voilà pourquoi les résultats qui viennent d'être annoncés par une équipe française, italienne et suisse sont particulièrement intéressants.

Figure 1. Oscillations entre quarks au sein d'un méson B_s. Les anti-particules sont signalées par une barre au-dessus de leur lettre. Par échange de bosons, les quarks s (étranges) deviennent des t (top) puis des b (beaux). Les oscillations des deux quarks étant liées, le méson B_s devient un anti-B_s. Crédit : Fermilab

Une différence trop grande entre matière et anti-matière

Luca Silvestrini et ses collègues ont combiné les résultats obtenus au cours des dernières années par les expériences CDF et DØ du Fermilab. Ils se sont concentrés sur une paire de mésons B neutres bien particulière, les mésons B_s, composés d’un anti-quark beau et d’un quark étrange, noté s (pour strange en anglais). Ceux-ci oscillent en leur anti-particule, composée d’un quark beau et d’un anti-quark étrange, plus de trois mille milliards de fois chaque seconde.

Comme on peut le voir sur la figure 1, l’un des quarks ou anti-quarks peut se transformer en un quark ou un anti-quark top en émettant un boson W (vecteur de l’interaction faible), puis par absorption d'un W, redevenir un quark beau ou étrange.

Ces oscillations entre matière et antimatière sont responsables d’effets violant la symétrie CP dans les produits de désintégration. En clair, un peu plus de matière que d’antimatière (ou vice versa) est produite avec des nombres égaux de méson B_s et d’anti-mésons B_s initiaux. Ce que les analyses de l’équipe montrent, c’est que l’asymétrie obtenue dépasse les bornes autorisées par la matrice CKM !

Les cas enregistrés sont encore trop peu nombreux pour conclure que l’effet observé n’est pas une simple fluctuation statistique due au hasard. Les physiciens restent donc prudents mais, selon eux, le phénomène observé avait seulement 0,3 % de chance d’être un effet du hasard.

L’excitation monte... Nous sommes peut-être en présence d’un effet de violation CP qui, cette fois, aurait contribué de manière importante à la victoire de la matière sur l’anti-matière au début de l’Univers. De surcroît, on tiendrait là le premier signe concret de nouveaux termes dans les équations de la physique des particules qui ne sont pas naturellement contenus dans le modèle standard. En particulier, des particules supersymétriques pourraient jouer le rôle des bosons W et des quarks top en contribuant à modifier ce qui se passe dans les oscillations et les désintégrations des mésons B.

Une équipe japonaise travaillant sur la collaboration Belle vient elle aussi de publier les résultats d’études sur les oscillations des mésons B dans Nature et elle trouve à nouveau une violation CP plus importante que ne le permet le modèle standard. Tout ceci est de bon augure car ces observations signifient que les chances d’aboutir à une nouvelle physique grâce au LHC sont en train d’augmenter !

Vue aérienne du Fermilab montrant le Tevatron et le MI (Main Injector). Crédit : Fermilab

L'évolution sans le dogme du darwinisme

Denis Duboule, né le 17 février 1955, docteur ès sciences (1984), après avoir dirigé un groupe de recherche au Laboratoire de génétique moléculaire des eucaryotes (1986-1988), puis à l'EMBO (1988-1993), est Professeur de biologie à l'université de Genève et y dirige le Département de zoologie et biologie animale. Membre de l'académie des sciences depuis 2005.

Les recherches de Denis Duboule se situent dans le domaine de la biologie du développement en interface avec la génétique humaine et les sciences de l'évolution. Il est de ceux qui brise petit à petit le dogme de la sélection naturelle toute-puissante et le culte voué à Charles Darwin, en restant étranger au créationnisme ou à l'Intelligent Design.

Fervent admirateur du célèbre paléonthologiste Stephen Jay Gould (pour qui évolution rhyme avec diversification, et non progression : les bactéries sont toujours les dominants), Denis Duboule apporte une grande contribution à la théorie de l'évolution en apportant un ferme soutien à la théorie des équilibres ponctués, et un important développement de la macro-évolution, avec son concept d'internalisme (équilibre génétique, théorie de la variation contrainte) reposant entre autres sur la multi-fonctionnalité des gènes (pléiotropie). Si un gène ou une séquence de quelques gènes intervient dans la constitution de parties aussi différentes que les doigts, les intestins et le système nerveux, il est bien évident que des transformations évolutives de grande ampleur doivent survenir en cas de suppression ou de mutation de ce ou ces gènes. Etant donné que pour les êtres vivants complexes (opposés aux virus et bactéries microscopiques) la plupart des gènes sont multi-fonctionnels - donc interdépendants, la possibilité des évolutions graduelles est réduite. L'autre grand coup porté au darwinisme radical est le fait qu'une grande fréquence de mutations (chez les mouches, contre l'être humain par exemple) n'implique pas nécessairement une évolution plus marquée.

Voir la conférence La génétique moléculaire de l'évolution ; une science du XXIe siècle ? (1h36)

Prix et distinctions

Membre de l'European Molecular Biology Organisation (EMBO) (1993)
Prix National de la Fondation Latsis (Suisse, 1994)
Prix Cloetta de Médecine (1997)
Membre de l'Academia Europaea (1997)
Prix Louis Jeantet de médecine (1998)
Membre de la Royal Netherland Academy of Arts and Science (2000)
Prix de la Fondation Marcel Benoist (Suisse, 2003)
Prix Charles Léopold Mayer de l'Académie des sciences (2004)
Membre de l’Académie suisse des sciences médicales (2005)
Chevalier de l’Ordre National du Mérite (2005)

Les évolutions non-darwiniennes

A la fin de l'article Mécanismes de l’évolution, Jean Staune nous demande de retenir ceci :

1) Que critiquer le darwinisme est radicalement différent du fait de critiquer l’évolution. La première démarche se situant à l’intérieur de la science, la deuxième, à l’extérieur de cette dernière.
2) Qu’il existe de nombreux scientifiques offrant des voies de recherche alternatives au darwinisme.
3) Que parmi celles-ci, la plus prometteuse que l’on retrouve sous des formes différentes chez Conway-Morris, Denton, Fleury, Grassé, est celle d’une évolution par « lois naturelles » dans laquelle les formes possibles des êtres vivants existent en nombre limité et sont inscrites dans les lois de la nature.
4) Qu’une telle théorie de l’évolution, en laissant moins de place à la contingence que le darwinisme, implique que l’existence d’êtres tels que nous n’est pas due au seul hasard, ce qui paraît plus compatible avec la foi chrétienne.
5) Que l’Intelligent Design, dans sa partie évolutionniste (la seule que l’on puisse considérer) ne représente qu’une tendance ultra minoritaire (sur le plan scientifique bien entendu) et extrémiste de la biologie évolutionniste non darwinienne.
6) Que si le Magistère de l’Eglise soutient fermement l’évolution, il n’a jamais soutenu explicitement le darwinisme.
7) La question de savoir dans quelle mesure le darwinisme est compatible avec la foi chrétienne est un débat intéressant… sur lequel, à ma connaissance, il n’existe pas de position tranchée du Magistère.

Résumé :
Cette contribution au prochain colloque du réseau Blaise Pascal a pour objectif de clarifier les débats relatifs à l’évolution et au darwinisme en :

1) Définissant les termes du débat ;
2) Présentant certaines raisons scientifiques de ne pas considérer le darwinisme comme une explication globale de l’évolution ;
3) Présentant des approches alternatives au darwinisme ;
4) Décrivant la nature du mouvement de l’Intelligent Design ;
5) Analysant la position du magistère de l’Eglise sur le sujet.

Nous conclurons sur quelques propos d’ordre théologique à propos des rapports possibles entre darwinisme et foi chrétienne, et d’ordre scientifique, sur les concepts pouvant servir à ébaucher une nouvelle théorie de l’évolution.

1) Définitions des termes du débat

Combien de fois voyons-nous, surtout dans des ouvrages américains, une référence à « l’Évolution darwinienne » ? Il y a là une source sans fin de malentendus dont profitent tous les obscurantistes – qu’ils soient créationnistes ou scientistes.

L’évolution ne signifie rien d’autre (souligné par moi, J.S) que « tous les organismes sont unis par les liens de la descendance. Cette définition ne dit rien au sujet du mécanisme de changement évolutif ». Ces propos de Stephen Jay Gould , grand spécialiste à la fois de l’évolution et du darwinisme, ont le mérite de la clarté. Nous affirmerons ici avec force que l’évolution est un fait et que le darwinisme est l’une des explications possibles de ce fait. Nous ne perdrons pas de temps à démontrer que tous les êtres vivants ont un ancêtre commun et que si l’on remonte la longue suite de nos ancêtres, on trouvera bien un singe, puis un poisson, puis un invertébré et enfin une bactérie. D’où l’absurdité de la seule alternative à l’évolutionnisme, le créationnisme, c’est-à-dire l’idée selon laquelle il y aurait eu des créations séparées des différentes espèces qui peuplent la Terre. Nous dirons également que, contrairement à ce qu’affirment certains (ce qui leur permet d’être « agnostiques » par rapport à l’évolution, c’est-à-dire de réserver leur jugement à propos de son existence), ce n’est pas parce qu’on ne peut expliquer un fait qu’il n’existe pas. Dire, comme Philip Johnson (professeur de droit à Berkeley et l’un des fondateurs du mouvement de l’Intelligent Design qu’il est possible de ne pas considérer l’évolution comme un fait parce qu’on n’a pas d’explication satisfaisante de son mécanisme est aussi absurde qu’aurait été la position consistant à ne pas considérer comme un fait la rotation de la Terre autour du Soleil jusqu’à la mise au point par Einstein de la relativité générale, sous prétexte que la théorie de Newton ne nous disait pas pourquoi la Terre tournait autour du Soleil mais se contentait de postuler l’existence d’une mystérieuse force d’attraction à distance.

Bien entendu, tous les scientifiques chrétiens (même les plus darwiniens) croient en un créateur. Pour éviter les confusions, le terme de créationniste doit donc désigner ceux qui refusent l’idée que nous partageons un ancêtre commun avec les autres êtres vivants. Les néo-créationnistes sont ceux qui, comme Philip Johnson, refusent de prendre position sur la question.

Les darwiniens sont ceux qui affirment que les mutations dues au hasard et la sélection naturelle sont les principaux facteurs de l’évolution.

Les évolutionnistes non darwiniens sont tous ceux qui affirment que d’autres facteurs que les facteurs darwiniens jouent le premier rôle dans l’évolution. On peut les diviser en cinq écoles :
 Les tenants de l’auto-organisation.
 Les défenseurs d’une « évolution par lois naturelles » et non d’une « évolution par sélection naturelle ».
 Les néo-theilhardiens, pour lesquels l’évolution obéit à une logique interne la poussant vers une complexité croissante.
 Les néo-lamarckiens, pour lesquels certaines mutations ne se font pas au hasard mais en réponse à des changements de l’environnement.
 Les défenseurs d’une évolution non graduelle se produisant grâce à des macromutations coordonnées par le biais d’un apport d’information (dont ils postulent, en général, qu’il se produit à un niveau quantique).

 

Bien entendu, les membres de toutes ces écoles sont évolutionnistes. On ne peut en traiter aucun de néo-créationniste sans tomber dans une grave malhonnêteté intellectuelle. Pourrait-on imaginer de traiter un homme s’étant battu toute sa vie pour la reconnaissance de l’évolution tel que Pierre Teilhard de Chardin de néo-créationniste sous prétexte qu’il croyait que l’évolution était dirigée vers une complexité sans cesse croissante et non livrée aux seules lois du hasard et de la sélection naturelle ?

Lire l'intégralité de l'article.
Voir la conférence (realplayer est requis) de Denis Duboule, membre de l'académie des sciences, sur l'internalisme, alternative au darwinisme.

Les limites de la connaissance physique

Source : Canal-U

Il n'est pas indifférent que dans ce cycle de conférences sur "tous les savoirs", la question des limites de la connaissance n'ait été posée qu'à la physique. C'est sans doute son statut implicite de science modèle qui lui vaut cet honneur. C'est aussi que, depuis le début du vingtième siècle, la physique s'est à elle-même posé la question. " L'homme devrait garder son humilité devant la nature puisque la précision avec laquelle il peut l'observer rencontre des limitations intrinsèques. " Ainsi l'Encyclopædia Britannica conclut-elle son article sur le "principe d'incertitude" de Heisenberg. De fait, la révolution quantique a donné lieu à d'abondantes exégèses sur ce thème : l'impossibilité de mesurer à la fois la position et la vitesse des corpuscules signalerait une limite absolue de nos connaissances. La Nature elle-même refuserait de se laisser dévoiler, et notre science la plus avancée buterait ainsi sur des frontières infranchissables. L'impossibilité de dépasser la vitesse de la lumière, mise en évidence par Einstein, a été interprétée dans la même veine : nous ne pouvons savoir ce qui s'est passé sur le Soleil durant les huit dernières minutes, faute qu'aucun signal ne puisse nous en prévenir. Mais avec un recul de quelques décennies, cette conception résignée, traduite par des vocables qui paraissent aujourd'hui pour le moins inadaptés (relativité, incertitudes), a perdu sa pertinence. Loin d'imposer des bornes à notre savoir, ces découvertes ont au contraire permis à notre compréhension de considérables progrès, en réorientant nos conceptualisations et nos interrogations. Elles ont montré l'inadéquation au réel de nos formulations antérieures. Si certaines questions (" Que se passait-il sur le Soleil il y a deux minutes ? ", " Où est l'électron et à quelle vitesse va-t-il ? ") n'admettent pas de réponses, c'est qu'elles sont dépourvues de pertinence. De même, la question " Qu'y a-t-il sur la Terre à 30.000 kilomètres au Sud de Paris ? " est-elle rendue caduque par la rotondité de la Terre et la connaissance de sa circonférence (40.000 kilomètres) ; dira-t-on pour autant que cette découverte impose une limitation à la géographie ? Les mutations théoriques de la physique du vingtième siècle n'ont nullement découvert des limites intrinsèques à notre connaissance scientifique, mais, bien au contraire, lui ont ouvert de nouveaux espaces. En témoigne l'approfondissement considérable de notre maîtrise, intellectuelle mais aussi matérielle, du monde quantique.

Visitez le site de Canal-U

L'effet Pygmalion ou effet Rosenthal

L'effet Pygmalion, également appelé effet Rosenthal ou prophétie auto-réalisante, a été mis en évidence dans une situation expérimentale célèbre.

Robert Rosenthal et son équipe ont tout simplement fait croire à des groupes d'étudiants qu'ils comptaient effectuer une expérience sur des rats dans une situation d'apprentissage dans un labyrinthe.

L'astuce de l'expérience résidant en ceci, justement, de faire croire à certains groupes d'étudiants que les rats qu'ils reçoivent pour l'expérience ont été très soigneusement sélectionnés sur base d'une intelligence supérieure, tandis qu'à d'autres groupes d'étudiants, on prétend que les rats reçus ont été sélectionnés pour leur très médiocres capacités intellectuelles.

En réalité, la répartition des rats est effectuée tout à fait par hasard.

Ce qui est observé par les chercheurs est étonnant. Les rats soi-disant intelligents sont, au final, beaucoup plus performants que les rats soi-disant idiots; les premiers sont "devenus intelligents" tandis que les seconds sont au final "très bêtes".

L'élément crucial qui est entré en jeu étant, "simplement", le fait que les étudiants aient été convaincus que... Convaincus que leur rats étaient très intelligents, ils se sont comportés en accord avec cette hypothèse, les stimulants, leur accordant de l'attention (à l'inverse des étudiants de l'autre condition expérimentale). Et ils ont de ce fait suscité la confirmation de leur hypothèse, ce qui s'est traduit par des performances meilleures de leurs rats..... intelligents.

Auteur: Jérôme Vermeulen, psychologue
Article du site le psychologue.be

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L'argument de l'effet pygmalion est souvent utilisé à l'encontre des chercheurs scientifiques dans le domaine des expériences mystiques ou des phénomènes paranormaux. En réalité, il peut être aussi renvoyé aux chercheurs sceptiques qui se revendiquent d'un objectivisme de bonne foi. Les adeptes de la zététique qui cherchent absolument à invalider la transcendance et le paranormal, l'ostéopathie ou l'accuponcture sont de bons exemples.

Zététique et parapsychologie

Voici l'article d'un blog provocateur... Zététique, science et parapsychologie

L'appel de Richard Dawkins

Nous avons jusqu’à présent principalement discuté de données provenant des sceptiques francophones. Nous avions cependant, lors de l’un de nos premiers billets, repris en détail un reportage de Michael Shermer, un sceptique américain, à propos du remote viewing. Comme nous aurons l’occasion de le voir, bien souvent des critiques erronées provenant de ces sceptiques étrangers sont ensuite diffusées, sans vérification, par les sceptiques français, et participent ainsi à une image erronnée de la recherche scientifique dans ces domaines. Dans le cas présent, nous vous proposons une traduction d'un court d'article qui vient de paraître. Rédigé par Rupert Sheldrake, il permet de mieux saisir les mécanismes du pseudo-scepticisme lorsqu’il s’associe aux médias.

 

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Cet article (don’t le titre initial est “Richard Dawkins Comes to Call”) vient d’être publié dans le Network review : The Journal of the Scientific and Medical Network et sur son site Internet. Voici cet article :

Richard Dawkins est une homme qui a une mission – l’éradication de la religion et des superstitions et leur remplacement par la science et la raison. La chaîne de télévision Channel 4 lui offert de façon régulière une tribune d’expression à ce sujet. Son reportage polémique en deux parties d’août 2007, appelé Enemies of Reason, était une suite à sa diatribe contre la religion intitulée The Root of All Evil ?

Peu de temps avant que Enemies of Reason soit filmé, la société de production, IWC Media, m’a dit que Richard Dawkins souhaitait discuter de mes recherches sur les capacités inexpliquées des hommes et des animaux. J’étais réticent à l’idée de participer à cette émission, mais les représentants de la société m’ont assuré que « ce documentaire, à la demande de Channel 4, sera beaucoup plus neutre que The Roof of all evil ne l’était ». La société ajouta « Nous souhaitons vivement qu’il s’agisse d’une discussion entre deux scientifiques concernant deux méthodes d’investigation ». J’ai donc accepté et nous avons fixé un rendez-vous pour l'enregistrement de l'emission.

Je n’étais pas vraiment sûr concernant ce à quoi je devais m’attendre. Richard Dawkins allait-il être dogmatique, refusant tout élément allant à l’encontre de ses croyances ? Ou serait-il ouvert d’esprit et enclin à la discussion ?

Le réalisateur nous demanda de nous mettre debout face à face. Nous étions filmés par une caméra tenue à la main. Richard commença par dire que nous étions d’accord sur beaucoup de choses « mais ce qui m’ennuie vous concernant, c’est que vous être prêt à croire pratiquement tout et n’importe quoi. La science doit pourtant être fondée sur un nombre minimum de croyances ».

J’étais d’accord avec le fait que nous ayons beaucoup en commun, « mais ce qui m’ennuie vous concernant, c’est que votre attitude est dogmatique et que vous donnez ainsi aux gens une mauvaise image de la science ».

Richard a alors dit que s’il avait un esprit romatique, il adorerait lui aussi croire à la télépathie, mais il n’y avait aucune preuve pour cela. Il rejeta toutes les recherches d'un revers de main. Il compara le refus d’accepeter la télépathie, chez des scientifiques comme lui-même, avec la façon dont le système d’ultrason et de localisation avait été découvert chez la chauve-souis, suivant son acceptation rapide par la communauté scientifique dans les années 40. En fait, comme je l’ai découvert ultérieurement, Lazzaro Spallanzani a démontré en 1793 que les chauve souris s’appuyaient sur l’audition pour se déplacer, mais les sceptiques de l'époque ont rejeté ces expériences comme étant biaisées et ont permis d'empêcher la recherche d’avancer durant près d’un siècle.

Cependant, Richard a reconnu que la télépathie représentait un challenge plus radical que l’écho-location. Il expliqua que si cela existait vraiment, cela « chamboulerait les lois de la physique » et ajouta « une affirmation extraordinaire requiert des preuves extraordinaires ».

J’ai répondu : « Cela dépend de que vous concevez comme extraordinaire ». « La plupart des gens disent qu’ils ont vécu une expérience de télépathie, en particulier lors d’appels téléphoniques. En ce sens, la télépathie est ordinaire. L’affirmation que la plupart des gens tombent dans une illusion à propos de leur expérience est extraordinaire. Ou se trouve la preuve extraordinaire qui accrédite cela ? »

Il ne proposa aucune preuve, hormis l’argument générique à propos de la faillibilité du jugement humain. Il assura que les gens voulaient croire au « paranormal » à cause de la pensée magique (wishful thinking).

Nous étions alors d’accord que des expériences en conditions contrôlées étaient nécessaires. J’ai indiqué qu’en fait j’avais déjà effectué de telles expériences, impliquant des tests afin de déterminer si des personnes pouvaient réellement dire qui allait les appeler au téléphone quand la personne qui appelle était sélectionnée au hasard. Les résultats étaient bien au dessus du niveau du hasard.

La semaine précédente, j’avais envoyé à Richard une copie de certains de mes articles, publiés dans des revues à comité de lecture, de façon à ce qu’il puisse consulter les données.

Richard sembla nerveux et dit: « Je n’ai pas envie de discuter des preuves ». Je lui ai demandé: « Pourquoi cela ? ». « Je n’ai pas le temps. C’est trop compliqué. Et ce reportage n’est pas à ce sujet ». La caméra s’arrêta.

Le réalisateur, Russell Barnes, confirma que lui aussi n’était pas intéressé par les preuves. Le film qu’il faisait était à propos des polémiques concernant Dawkins.

J’ai dit à Russell “Si vous traitez la télépathie comme une croyance irrationnelle, les preuves à propos de son existence ou de sa non-existence sont absolument essentielles pour la discussion. Si la télépathie existe, ce n’est pas irrationnel d’y croire. Je pensais que c’était à propos de cela que nous allions discuter. J’ai indiqué clairement dès le début que je n’étais pas intéressé par le fait de participer dans un nouvel exercice de debunking de bas étage ».

Richard ajouta « Ce n’est pas un debunking de bas étage ; c’est du debunking de haut niveau ».

Dans ce cas, répliquai-je, il y a une réelle incompréhension, car on m’a laissé croire qu’il s’agissait une discussion neutre à propos des preuves. Russell Barnes demanda à voir les mails que j’avais reçu de la part de son assistant. Il les lu avec un désarroi flagrant et m’indiqua que ce qu’on m’avait dit était faux. L’équipe rangea ses affaires et parti.

Richard Dawkins a longtemps proclamé que sa conviction était que « Le paranormal est fuyant. Ceux qui essayent de le vendre sont des imposteurs et des charlatans ». Enemis of Reason avait pour intentation de diffuser cette croyance. Mais est ce que sa croisade promeut réellement « la compréhension de la science par le public », matière dont il est professeur à l’université d’Oxford ? La science doit-elle être une source de préjugé, une sorte d’instrument pour un système fondamentaliste ? Ou doit-elle être une méthode d’investigation de l’inconnu ?

Rupert Sheldrake

Il n'y a pas grand chose à ajouter. Cette attitude est fréquente et caractéristique des dérives sceptiques. Sheldrake l'avait déjà rencontrée lors d'un assez récent débat avec Lewis Wolpert. Cette attitude est généralement un mélange de rejet et de méconnaissance. Les sceptiques, absolument certains d'être dans une croisade juste et honnête, ne lisent pas la littérature, et se permettent de juger ceux qui s'interrogent selon l'argument suivant "Je ne connais pas la littérature mais cela ne m'intéresse pas. Même si, vous savez, moi aussi j'aimerais y croire, ce serait merveilleux, mais aucune expérience sérieuse ne va dans ce sens et des preuves extraordinaire sont nécessaires pour des affirmations extraordinaires". Pourtant les données sont là et méritent que l'on s'interroge. Ainsi, tant qu'une telle attitude sera le moteur des groupes sceptiques, le débat scientifique sur ces questions ne pourra pas évoluer. Ce type d'attitude, et les débats qu'elle engendre, nous semble également avoir été illustrée dans un long et récent débat sur le blog de l'observatoire zététique qui intéressera peut-être également nos lecteurs.


Voir également :
- Débat sur la télépathie entre Rupert Sheldrake (biologiste et parapsychologue) et Lewis Wolpert (biologiste sceptique)
(site de l'Institut Métapsychique International)

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