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Le modèle du Big Bang : une évaluation Mart de Groot La cosmologie traite de la structure et de lorigine de lunivers. La cosmologie moderne a débuté dans les années vingt, quand les premiers grands télescopes furent utilisés pour étudier les objets les plus éloignés de lespace et trouver des réponses aux problèmes concernant la structure de lunivers. Ces réponses ont soulevé des questions sur lorigine de lunivers. Les observations de lastronome américain Edwin Hubble (1935) ont montré que presque toutes les galaxies présentent ce que lon appelle un « décalage vers le rouge ». Cela signifie que la couleur de la lumière que nous recevons de ces galaxies est plus rouge que quand elle a quitté sa source. Un moyen possible de produire un tel changement de couleur est leffet Doppler, cest-à-dire la récession des galaxies par rapport à la Terre. Pour interpréter ces observations, Hubble avait besoin dun modèle cosmologique de lunivers. A lépoque, plusieurs modèles étaient à sa disposition. Ceux de Milne et de Lemaître admettaient une expansion de lunivers en accord avec la théorie de la relativité générale dEinstein. Le modèle de Zwicky était plus statique, mais exigeait moins dajustements par rapport à la physique de ce temps-là et ne nécessitait lintroduction daucun concept nouveau. Ce fut donc le cadre dans lequel les observations de Hubble purent le plus facilement sinsérer. Hubble lui-même nétait pas sûr de la manière dont il fallait interpréter ses observations et, hésitant au début à en tirer la conclusion dun univers en expansion, il appela les décalages vers le rouge des « déplacements de vitesse apparente ». Peu de temps après, Hubble abandonna en partie ses réserves et interpréta le décalage vers le rouge par leffet Doppler ; autrement dit, il conclut que la plupart des galaxies séloignent de nous. Cest ainsi que le terme d« univers en expansion » fut introduit. Lunivers en expansion Létape suivante fut simple. Si aujourdhui lunivers se dilate, alors il a dû être plus petit dans le passé. En remontant assez loin dans le temps, lunivers a dû avoir une taille minimale à partir de laquelle il sest dilaté. Il sembla logique de conclure que lunivers eut un commencement dans le temps. Il ne devrait pas être surprenant que cette idée ait gagné la faveur des chrétiens qui ont vu dans ce moment du passé où tout commença à se dilater léquivalent du « commencement » de Genèse 1 : 1. La question de la date de ce commencement na pas reçu aussi facilement de réponse. Il fallait mesurer non seulement la vitesse actuelle de lexpansion mais aussi sa variation avec la distance. La relation observée entre la distance et le décalage vers le rouge est appelée loi de Hubble, et le paramètre qui décrit lexpansion de lunivers est le paramètre de Hubble Ho. Hubble estima dabord que Ho était de 500 km/sec/kpc donnant ainsi à lunivers un âge de 2 milliards dannées. Le Big Bang Cela posa immédiatement un problème, car les géologues avaient déjà postulé un âge de la Terre denviron quatre milliards dannées, et il était inconcevable que la Terre, en tant que partie de lunivers, soit plus âgée que lunivers lui-même. La raison de cette estimation faible de lâge de la Terre était la distance limitée à laquelle les galaxies pouvaient être observées à lépoque. A mesure que des télescopes plus puissants entraient en fonction, la valeur de Ho pouvait être déterminée avec plus dexactitude, aboutissant à une meilleure harmonie entre les échelles de temps géologique et cosmologique. Dans les années soixante, la situation avait si bien progressé quun âge de lunivers denviron 10 milliards dannées recueillit un large consensus. Bien que dautres théories sur lhistoire de lunivers primitif soient apparues au cours des années, le monde scientifique opta en général pour la théorie du Big Bang après certaines découvertes importantes faites en 1965. Dans les toutes premières phases du Big Bang, on pense quil y a eu un gaz très chaud et très dense formé dabord de particules élémentaires et ensuite dhélium. Dans ce gaz, la lumière émise par une particule se heurtant vite à une autre particule ne pouvait aller loin quand elle changeait de direction et de fréquence. Ainsi, sil avait été possible dobserver lunivers primitif de lextérieur, on naurait pu voir que ses couches les plus externes ; lunivers était opaque. Résultant de lexpansion continue de lunivers, la densité de celui-ci décrut suffisamment pour permettre aux radiations émises par les particules de se déplacer dans la plus grande partie de lunivers sans rencontrer dautres particules. Lunivers devint à ce moment-là transparent. Il avait alors 300 000 ans. Cest un très jeune âge ; 300 000 ans sur un total de 15 milliards est léquivalent de deux heures dans la vie dune personne de 50 ans. Déjà, dans les années quarante, Gamow, Alpher et dautres avaient prévu cette situation et avaient calculé que le rayonnement émis à cette époque devrait pouvoir parvenir inchangé jusquà nous aujourdhui et donc nous informer sur létat de lunivers à ce moment-là. Puis, en 1965, deux ingénieurs de la compagnie de téléphone Bell firent une découverte inattendue. Ils captèrent un bruit étrange sur leurs antennes radio et, après analyse, conclurent quil venait dune source de rayonnement, uniforme sur toute létendue du ciel et dune température de seulement 3 K. On réalisa rapidement que cétait la radiation émise à lépoque où lunivers est devenu transparent. Cette découverte apporta un soutien de taille à la théorie du Big Bang et convainquit la plupart des cosmologistes de sa validité. Ce rayonnement de 3 K, ou rayonnement micro-onde cosmique de fond (CMB), semblait avoir la même intensité dans toutes les directions. Ceci signifiait quil provenait dendroits de même température et de même densité. Cétait un problème. Dans un milieu si uniforme, comment les structures actuelles de lunivers étoiles, galaxies, superamas de galaxies pourraient-elles se former ? Ces strutures représentent des hétérogénéités qui auraient dû être présentes depuis le début parce quune fois quun milieu est complètement homogène, il est impossible dy introduire des hétérogénéités sans faire référence à une influence extérieure. Puisquon est parvenu à ces premières conclusions sur la base dobservations faites sur terre, avec toutes les incertitudes introduites par le passage du rayonnement à travers latmosphère terrestre, on fit le projet dun satellite qui pourrait observer depuis lespace et atteindre un plus haut degré dexactitude. Ainsi, le satellite COBE (COsmic Background Explorer ou Explorateur du bruit de fond cosmique) fut lancé en 1990. Dès 1992 ses résultats avaient été analysés et de petites différences de température avaient été détectées en fonction de la direction. Ces petites fluctuations de température, et donc de densité, semblaient suffisantes pour expliquer la formation des galaxies et des autres structures. Cest ainsi que, dans ses grandes lignes, le Big Bang a été accepté par la grande majorité des cosmologistes et aussi, avec laide des médias, par beaucoup de gens. Le modèle du Big Bang aurait-il suscité autant dintérêt sil navait été quun modèle expliquant lorigine de lunivers physique inanimé ? On peut en douter. En tentant dexpliquer lorigine de la matière trouvée chez les êtres vivants, la théorie du Big Bang a été impliquée dans la théorie naturaliste de lévolution biologique. Ainsi, durant les trois premières minutes, où lunivers était très chaud et très dense, on pense que seuls les éléments chimiques les plus simples principalement lhydrogène et lhélium se sont formés. Quand cette phase sacheva, la température chuta tellement que tout autre fabrication de noyaux déléments chimiques nucléosynthèse devint impossible. La question de lorigine des éléments chimiques nécessaires à la vie comme loxygène, lazote, le carbone, le calcium et bien dautres que lon trouve aussi sur terre, devient alors lune des plus intéressantes dans la cosmologie moderne. Le processus de la nucléosynthèse Après les 300 000 premières années selon la théorie du Big Bang quand lunivers devint transparent, les forces de la gravitation se faisaient toujours sentir. Sous cette influence, de petites hétérogénéités commencèrent à se développer en attirant la matière environnante. Cela finit par entraîner la formation de grands nuages constitués principalement dhydrogène et dhélium. Ceux-ci se condensèrent plus encore, ce qui entraîna une hausse de la température de leur centre. Quand la température centrale atteignit environ 10 millions de kelvins, des processus nucléaires se déclenchèrent. Lhydrogène commença à se transformer en hélium avec une production importante dénergie qui devint visible sous la forme dun rayonnement, ce fut la naissance des étoiles. Ainsi, les étoiles brillent à cause des processus nucléaires qui se produisent au centre de celles-ci. Bien que les étoiles soient énormes, la quantité de carburant nucléaire lhydrogène quelles contiennent nest pas sans limites. Lorsque la majeure partie de lhydrogène a été consumée, la partie centrale de létoile seffondre et la température monte jusquà environ 25 millions de kelvins. A cette température, lhélium jusque-là inerte peut être utilisé comme carburant pour létape suivante de la nucléosynthèse, qui convertit lhélium en carbone. Le processus se répète plusieurs fois, chaque cycle prenant moins de temps que le précédent, jusquà ce que les éléments chimiques, jusquau fer compris, se soient formés. Ce qui se produit par la suite dépend de la masse de létoile. Si une étoile est assez massive, elle explosera à la manière dune supernova, produisant de nombreux éléments plus lourds que le fer en un temps très court. A la suite de lexplosion, la majeure partie de la matière stellaire retourne dans lespace où elle peut se transformer en grands nuages à partir desquels une nouvelle génération détoiles peut se former. Finalement, et de façon tout à fait probable en maints endroits, des planètes composées de matière solide, la Terre y compris, se sont formées. Cest à ce moment que les processus de lévolution naturaliste sont censés avoir pris le relai pour engendrer la vie et la développer en êtres vivants intelligents. Voilà pour le Big Bang. Il existe, dans le modèle du Big Bang, beaucoup déléments où les chrétiens se retrouvent. Lunivers primitif était dominé par le rayonnement et la lumière, nous rappelant ce qui sest passé le premier jour de la Création. Adam fut formé de la matière disponible sur la Terre, cest-à-dire de la poussière du sol. Le soleil, la lune et les étoiles ont été faits quand beaucoup dautres choses dans lunivers existaient déjà : le quatrième jour vient après « le commencement ». Malheureusement pour le Big Bang, il y a aussi de nombreuses différences avec Genèse 1 : les premiers 300 000 ans où lunivers était rempli de lumière ne peuvent pas vraiment être comparés au premier jour de la Genèse ; la vie nest pas créée mais a évolué à partir de la matière inanimée ; il faut beaucoup plus que six jours pour achever le processus, etc. Problèmes scientifiques et philosophiques A part les différences entre la cosmologie et la Genèse, je perçois des problèmes scientifiques et philosophiques dans le modèle même du Big Bang. Ils peuvent être énumérés brièvement comme suit : Les problèmes scientifiques. Premièrement, la cause du décalage vers le rouge nest pas nécessairement la récession des galaxies. Il existe dautres phénomènes qui peuvent entraîner un décalage vers le rouge. Parmi ceux-ci, le « décalage gravitationnel vers le rouge » implique des masses incroyablement importantes pour les galaxies très éloignées ; et l« effet Doppler transversal » exigerait une très rapide révolution autour dun centre. Rappelant ce quEllen White écrivit au sujet des « soleils et des systèmes planétaires parcourant avec ordre leurs orbites autour du trône de la divinité, »1 on devrait rester ouvert à cette possibilité, dautant plus que la révolution autour dun centre est une caractéristique générale des objets cosmiques. Il y a finalement aussi lidée que, par interaction avec la matière, la lumière perdrait une partie de son énergie durant son long trajet des galaxies très lointaines à la Terre. A mon avis, cette idée de « lumière fatiguée » na jamais reçu lattention quelle mérite. Deuxièmement, dans la théorie du Big Bang, les particules élémentaires comme les électrons, les protons, les neutrinos, les neutrons et autres, ont été produites au tout début de lunivers. Daprès nos dernières connaissances, bien étayées par des expériences de laboratoire, ces particules élémentaires se forment par paires ; avec chaque particule apparaît une antiparticule, faite dantimatière : les positrons avec les électrons, les antiprotons avec les protons, etc... Quand une particule rencontre son antiparticule, les deux disparaissent dans une explosion dénergie. Dans lunivers très dense, juste après la formation des particules et des antiparticules, chaque particule aurait dû inévitablement rencontrer son antiparticule. En conséquence, lunivers aurait dû être rempli de radiations et dépourvu de matière, à lexception de certaines particules comme les neutrons qui nont pas dantiparticules. Or il existe une énorme quantité de matière dans lunivers. Ou bien il a dû y avoir une certaine asymétrie dans la production des particules élémentaires avec plus de particules que dantiparticules, ou bien la moitié environ de lunivers doit être constitué dantimatière soigneusement isolée de la matière. Jusquà présent rien ne lindique. Les problèmes philosophiques. Premièrement, bien que létat de lunivers durant les 300 000 premières années de son existence ne se prête pas à lobservation directe, nous pouvons nous informer sur cet état grâce au CMB et, supposant que lexpansion sest aussi produite avant cette époque, extrapoler en remontant aux débuts. Remontant dans le temps, nous trouvons un univers toujours plus dense et chaud où nous devons appliquer des principes de moins en moins connus pour comprendre ce qui sest passé. Inévitablement, nous en arrivons à un moment dans le temps au-delà duquel lunivers était si dense et si chaud que même notre connaissance la plus avancée en physique théorique ne peut plus faire face à ces conditions extrêmes. Nous arrivons à ce point quand nous ne sommes plus quà 10-43 seconde du point 0, le commencement du temps et de lespace. Létat incompréhensible de lunivers durant ces premières fractions de seconde est ce que lon appelle une singularité. On peut considérer quune si petite fraction de seconde est négligeable et quil nous est maintenant permis dannoncer triomphalement que nous avons atteint le commencement du temps. Mais le problème est que lunivers à lâge de 10-43 seconde est censé contenir déjà une grande quantité de matière, et donc que nous ne nous sommes pas en réalité beaucoup rapprochés de la compréhension de lorigine de tout cela. Certains disent que la matière « primordiale » est le résultat dune phase précédente de lunivers au cours de laquelle lunivers sétait effondré après sêtre dabord dilaté. Ainsi, on peut invoquer un univers qui passe par des cycles répétés dexpansion et de contraction, dont notre univers nest que la version actuelle. Cet « univers oscillant » ne répond pas vraiment à la question de son origine. Dire quil y a toujours eu un univers ou bien le dépouille de toute finalité ou bien en fait légal du Dieu éternel de la Bible. Aucune de ces alternatives nest acceptable pour le chrétien. Dautres, plus honnêtes, ont fait remarquer quil est possible de créer de la matière à partir de lénergie. Bien sûr, cette question évidente demeure : doù vient cette énergie ? A mon avis, un Dieu tout-puissant est la seule réponse. Deuxièmement, le développement de la théorie du Big Bang lors des 70 dernières années a été rempli de présupposés philosophiques qui, selon les règles du raisonnement purement scientifique, ne devraient pas entrer dans la démarche scientifique. Jen mentionnerai quelques-uns. (1) Lexpansion de lunivers est fondée sur une philosophie biaisée. Dans son interprétation du décalage vers le rouge, Hubble opta pour la validité de la théorie de la relativité générale (ce qui nest pas un si mauvais choix) et du principe cosmologique lunivers a la même apparence doù quon lobserve. Bien que ces suppositions semblent raisonnables en fait, les seules qui puissent être utiles leur validité à quelque échelle connue que ce soit nest pas, et ne sera peut-être jamais, confirmée. (2) La théorie du Big Bang est fondée sur la supposition que la science est capable de tout expliquer, de répondre à toutes les questions. Cest une supposition quon ne peut pas prouver et ceux qui croient en Dieu savent quelle ne peut être valable : la science na pas de bonnes réponses aux questions sur lorigine de lamour et de la haine, de la joie et de la tristesse, de la vérité, de la beauté, de la conscience et de quantité dautres caractéristiques humaines. (3) Diverses théories alternatives ont été rejetées, souvent sans véritable examen de leurs affirmations. Le rejet par la cosmologie de théories qualifiées de non scientifiques, cest-à-dire de théories qui contiennent des éléments de philosophie ou de religion, sest fait sans autre forme de procès. En prenant cette attitude, la cosmologie sest condamnée elle-même, parce quelle aussi a incorporé certaines suppositions philosophiques non scientifiques. Pis encore, la cosmologie a tiré un trait sur ce qui pourrait bien être une part essentielle de la réalité et de lunivers. Cest particulièrement perceptible dans ce que je considère comme le dogme de la cosmologie, non exprimé mais très clairement sous-entendu, selon lequel le Dieu de la Bible et du Calvaire nexiste pas et tout dieu nest quune invention humaine. Là encore, cest pour les chrétiens quelque chose dinacceptable. Conclusion Sur la base de ce qui vient dêtre dit, nous concluons que la cosmologie moderne, représentée par la théorie du Big Bang, peut avoir ses vertus dans lexplication de nombreux aspects de lunivers physique inanimé, mais quelle est une théorie pauvre quand il sagit de tout expliquer et quelle laisse trop de nos questions sans réponse. Comme lexprime la conclusion de Robert Jastrow dans son livre, God and the Astronomers : « En ce moment, tout se passe comme si la science nétait jamais capable de lever le voile sur le mystère de la création. Pour le scientifique qui a vécu par la foi dans le pouvoir de la raison, lhistoire sarrête comme un mauvais rêve. Il a escaladé les montagnes de lignorance ; il est sur le point de conquérir le plus haut pic ; au moment où il se hisse sur le dernier rocher, il est accueilli par une bande de théologiens qui sont assis là depuis des siècles ».2 Est-il donc possible dharmoniser la cosmologie moderne avec la Bible ? Devrait-on même essayer de le faire ? Et si oui, comment peut-on le faire ? Malgré le regard critique énoncé plus haut, permettez-moi daffirmer mon admiration pour la méthode et le travail scientifiques. Nous avons beaucoup appris sur la nature, ce qui peut nous aider à vivre plus confortablement. De plus, la science est une des méthodes employées par Dieu pour communiquer avec nous à son sujet et au sujet de son plan à notre égard. « Les cieux racontent » toujours « la gloire de Dieu » (Psaume 19 : 1). Mais il y a au moins deux problèmes avec ce canal de communication. Le péché a défiguré louvrage de Dieu de telle manière quil ne reflète quobscurément le caractère de Dieu. Et notre compréhension de la nature, et de celui qui veut se révéler par elle, reste incomplète tant quil y a des imperfections dans notre connaissance des lois de la nature qui pourraient nous aider à interpréter correctement le message de Dieu. En même temps, noublions pas que nous ne pouvons nous réfugier dans la tour divoire de la théologie et expliquer tout ce qui nous entoure et ce qui nous concerne par la Bible seule. En fait, cest précisément à cause de notre compréhension incomplète des lois de la nature et des lois de Dieu que nous les percevons souvent comme étant en conflit. Mais Dieu est lauteur des deux, et il ne peut y avoir de conflit si les choses sont comprises correctement. Nous avons besoin des deux disciplines pour donner un sens à lunivers dans lequel nous vivons. Albert Einstein a dit : « La religion sans la science est aveugle ; et la science sans la religion est boiteuse ».3 Préciser comment nous allons combiner les découvertes de la science avec notre compréhension de la Bible dans notre effort de résoudre le problème des origines demeure difficile. Je crois que Dieu a créé lunivers. « Au commencement » peut bien signifier quil a commencé son activité créatrice il y a longtemps. La cosmologie, bien comprise, nous dit comment Dieu sy est pris pour préparer une planète avec une quantité suffisante de poussière ayant la bonne composition chimique pour former des êtres humains et les maintenir en vie. Ensuite Dieu acheva son uvre créatrice. En six jours il prépara la Terre pour quelle soit habitée et créa de nombreux organismes vivants parmi lesquels lhumanité devait prendre une place très particulière. Le reste de la Bible nous raconte ce qui sest passé ensuite et comment, malgré notre rébellion, le magnifique plan de Dieu saccomplira chez ceux qui acceptent la rédemption qui est offerte à travers Jésus-Christ. Lexécution de ce plan inclut la possibilité dapprendre la vérité sur lunivers, et je changerai avec joie dopinion quand le Créateur me dira quil le fit autrement. Mart de Groot (docteur en science naturelles de luniversité dUtrecht) est chercheur titulaire attaché à lobservatoire de Armagh, en Irlande du Nord. La rubrique Profil de Dialogue 3:1 (1991), p. 18-19, lui a été consacrée. Son adresse: 2 Sandymount Road; Richhill, Co. Armagh; BT61 8 QP Irlande du Nord; Royaume Uni. E-mail: mdg@star.arm.ac.uk Notes et références 1. Ellen G. White, La Tragédie des Siècles (Dammarie-les-Lys:Vie et Santé, 1965), p. 736. 2. Robert Jastrow, God and the Astronomers (New-York: W. W. Norton & Co., 1978). 3. P. Frank, Einstein: His Life and Times (New-York: Alfred A. Knopf, 1947). |