III.B L'univers

D’après le dictionnaire Le nouveau petit Robert 2007, l'Univers est l'ensemble de la matière distribuée dans l'espace et dans le temps. Tous les moyens sont bons, d'où la problématique de cette phrase couramment employée : "Comprendre l'infiniment petit pour comprendre l'infiniment grand". Mais les fractales permettraient-elles aussi de concrétiser l’Univers ? La réponse est non, mais leurs caractéristiques peuvent s’appliquer à quelques notions de l’Univers qui semble infini à nos yeux.rbcflw8x-1.jpg

 Prenons pour premier exemple les trous noirs. Pour commencer, un trou noir résulte d’une étoile qui s'effondre sur elle-même. Un trou noir est très dense et donc, d’après Einstein et sa théorie de la relativité générale (1915), les trous noirs créent une déformation du tissu spatio-temporel ce qui entraîne (vu leurs poids) les planètes, les étoiles, voire même les galaxies.   (cette image est l’illustration d’une masse sur l’espace temps, ici c’est la Terre) . De plus, ils attirent même la lumière d’où leur nom : les trous noirs. Bien sûr, il est utile de préciser que cela n’est que très théorique car l’on a jamais pu approcher un trou noir.

Un trou noir a une telle force de gravitation qu’il absorbe même la lumière (d’où le fait qu’il soit noir). En physique, on dit que les trous noirs sont suffisamment denses pour que leur vitesse de libération soit supérieure à la vitesse de la lumière.

Comme il existe plusieurs sortes de trous noirs et des théories différentes, nous allons étudier uniquement les trous noirs supermassifs. La particularité de ces trous noirs, c'est que leur masse est comprise entre quelques millions et quelques milliards de masses solaires (330 000 fois la masse de la Terre) et qu’ils sont souvent le centre des galaxies. Et comme leur masse ne cesse de grandir, on peut dire qu'elle tend vers l'infini. Et c'est là qu'intervient la logique des fractales. En effet, un trou noir n'a pas une aire infinie mais sa densité tend vers l’infini et si l’on identifie la densité au périmètre d’une fractale alors on se rend compte que c’est le même principe.


Pour s’éloigner des fractales, on va revenir aux trous noirs. Ils intriguent beaucoup les scientifiques car notre système solaire est attiré par un trou noir supermassif (M87).m87-le-trou-noir-qui-peut-engloutir-le-systeme-solaire-23526-w250-2.jpg 

Ce trou noir a été observé par un téléscope spatial à Hawaï. La lumière émise est celle d’il y a 50 millions d’années-lumière : on va calculer la distance qui nous sépare d’elle. Sachant que la lumière se déplace approximativement à 3*10^8 mètre seconde, que il y a 31.557.600 seconde par année et que l’équation pour calculer cela c’est : (vitesse*temps)= distance, alors cela fait environ 4.73*10^22 mètres de la terre. Cela montre bien la puissance gravitationnelle qu’exerce un trou noir puisque nous sommes attirés par lui.bh-lmc-2.png

Cette image vient  de wikipédia, on y voit un trou noir, et nous voyons bien que son périmètre n’est pas infini. D’ailleurs, il est important de préciser que cette photo n’est qu’une simulation d’image : c’est ce nous pourrions voir si on se plaçait à quelques dizaines de kilomètres. On voit bien qu'un trou noir a un périmètre bien défini et que son rayon ne s’approche pas de l’infini (au contraire).

On ne peut pas évoquer les trous noirs sans évoquer les trous de ver. Les trou de ver concernent aussi le deuxième exemple ci-dessous. C’est pour cela que nous en parlerons après.

            Le deuxième exemple est plus philosophique, encore plus théorique et son point commun avec les fractales est la notion d’infini, il s’agit du temps. La notion que l’on se fait du temps généralement est fausse. Le temps gouverne nos pays, la plupart des gens pensent qu’il est universel, c'est-à-dire qu’il est le même pour tout le monde. Einstein a fait volé en éclat cette idée, il a montré que lorsque l’on se déplace dans l’espace, on se déplace aussi dans le temps : il a nommé cela l’espace temps. Pour démontrer cela, des physiciens ont pris deux horloges atomiques et les ont emmenées dans un aéroport. On en a laissé une à l’aéroport et la deuxième a été posée dans un avion qui allait prendre son envol. À l’arrivée, les deux horloges n’affichent plus la même heure, donc c’est la preuve de l’existence de l’espace temps. D’un point de vue mathématique, l’espace est en trois dimensions x,y,z et celle du temps est en une seule : t, que l’on multiplie avec la vitesse de la lumière (notée c). Pour simplifier donc, l’espace temps est noté x,y,z,ct. Si nous avons parlé de cela, c’est pour en venir à l’existence même du temps. D’où nous provient le temps ? Est-t-il infini ?

Pour prendre un exemple, si nous nous approchions d’un trou noir, que nous nous mettions en gravitation simplement deux minutes et que nous retournions sur Terre après cela, biologiquement, nous aurions vieilli de deux minutes tandis que les personnes restées sur Terre auraient vieilli de cinquante ans. Cela montre bien que le temps est relatif à la masse.

Pour parler de l’espace temps, on peut parler des trous de ver, évoqués ci-dessus. Ils ont été trouvés mathématiquement par A. Einstein. Un trou de ver (évoqués ci-dessus) est, en physique, un objet hypothétique issu des propriétés de l’espace temps. Il serait un raccourci à travers l’espace temps. On va illustrer cela par un schéma qui va permettre d’expliquer rapidement le principe : wormhole-alpha-centauri-2.jpg

Comme l’espace est relatif au temps, alors il n’y a pas de passé, pas de futur, ni de présent. Donc les trous de ver permettraient de se déplacer dans le temps et dans l’espace comme le montre ce schéma, car ils relieraient deux endroits.

Mais pour revenir à la question  "D’où provient le temps ?", il faut remonter à la question de l’existence de l’univers puisque le temps et l’espace sont liés comme on vient de le citer précédemment. La théorie qui prime sur les autres concernant la question de l’existence de l’univers est celle du Big Bang (évoquée pour la première fois en 1927 par George Lemaitre). Cette théorie contredit la pensée d'Einstein qui disait que l’Univers était Stationnaire ce qui est faux car l’univers est toujours en expansion et celle-ci a même tendance à s'accélérer. Donc s'il est en expansion, c’est pour une raison ; et cette raison serait une ‘explosion’ qui aurait eu lieux il y a 13.7 milliards d’années. À l’époque, tout l’univers était compris dans un objet encore plus petit qu’une bille. Bien sûr, tout cela n’est que très simplifié et incertain, mais permet de répondre au début de notre question : si l’Univers est né il y a 13.7 milliards d’années, alors ça devrait être le cas du temps aussi. Mais ce temps aura-t-il une fin ? Ça, on ne le sait pas puisque les théories sur l’avenir de l’univers sont trop nombreuses et s’éloignent du sujet. Donc pour l’instant, on peut dire que le temps est infini.

Si on veut aller plus loin, on doit se référer à une nouvelle découverte très récente et incertaine : celle du multivers. En effet, certains scientifiques pensent qu’il existe un multivers avec un ensemble infini d’univers (notion de fractale). Cependant, il est important de dire que chaque univers à ses propres lois de la physique donc ce qui correspond au temps dans le notre est peut-être autre chose dans un autre univers. On peut essayer de résumer encore une fois en s’inspirant des fractales ‘l’Univers’ : la Terre est dans un système solaire, le système solaire est dans une galaxie, une galaxie est dans un Univers, et cet Univers serait dans un multivers. On voit que cela respecte la logique des fractales : si l’on voyait un multivers et que l’on zoomait de plus en plus, on verrait toujours de la matière, des univers jusqu’aux atomes comme lorsqu’on zoom dans une fractale : 

                                                                                                                             

http://www.youtube.com/watch?v=foxD6ZQlnlU

 

On peut dire une dernière chose sur l’infini avec la vitesse : "Existe-t-il une vitesse infinie ?". À priori non car la vitesse la plus rapide est celle de la lumière, qui va à 299 792 458 ms-1. C’est parce que la lumière est une particule (et une onde) sans poids donc elle va plus vite que toute la matière, même si on arrive à accélérer des particules : notamment avec des accélérateurs à particules comme celui à Genève. D’ailleurs c’est comme ça que l’on a découvert le boson de Higgs qui est une particule qui résout des problèmes posés depuis les années 1960 par un groupe de chercheurs dont Peter ware Higgs.

Cependant, Albert Einstein a été opposé à certains scientifiques (et pour une fois ce dernier aura tort) avec l’intrication quantique. Ce sujet nous dépasse réellement en tant qu’élèves de première, mais pour essayer d’expliquer ce que l’on a compris en regardant La magie du cosmos : le saut quantique (avec le physicien spécialiste de la théorie des cordes : Bryan Green) : l’intrication quantique est un phénomène lié à la mécanique quantique dans lequel on ne peut séparer deux objets même s'ils sont séparés spatialement. Cela veut dire que ces particules communiquent entre elles, et la communication entre ces deux ‘objets’ s’effectue plus rapidement que celle de la lumière (on pense), donc qui sait sa vitesse ? Peut-être est-elle infinie ? L’intrication quantique a déjà permis de téléporter des particules.

Pour conclure, les fractales ne permettent pas réellement de concrétiser l’espace car dans ce dernier les doutes sont trop nombreux sur la question de l’infini. Cependant, il certaines de ses caractéristiques sont communes à certains objets de l’espace comme les trous noirs. 

 

 

 

 

 

 

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