Mots-clés de recherche
- cosmologie difficile à croire
- ce qu'on ignore sur les trous noirs
- ce qu'on sait des trous noirs
- que mesurent les ondes gravitationnelles
- intérieur de la Terre impossible à observer directement
- matière noire énergie noire non résolu
- science observation directe observation indirecte prédiction théorique
- courage, la NASA
1. Pourquoi est-ce justement la cosmologie qui ne passe pas ?
La logique ordinaire et la physique du quotidien me paraissent assez convaincantes.
Si on lâche un objet, il tombe. Si on le pousse, il bouge. Si on touche quelque chose de chaud, c'est chaud. Sous l'eau, la pression augmente. Au centre de la Terre, les directions de la gravité s'annulent, mais la pression est énorme de tous les côtés.
Dans ces cas-là, l'intuition et la théorie se rejoignent plutôt bien.
Mais dès qu'on parle d'espace, il devient soudain difficile d'y adhérer.
Trous noirs. Ondes gravitationnelles. Déformation de l'espace-temps. Matière noire. Énergie noire. Expansion de l'univers. Singularités.
À ce stade, on a envie de demander : « Attendez, ils savent vraiment ça ? »
Je trouve que c'est une façon de douter plutôt saine.
La cosmologie n'est pas un produit fini où tout serait limpide.
Certaines parties sont très solidement établies, d'autres restent vraiment incomprises, et tout cela est mélangé.
L'important n'est donc pas de traiter la science de l'espace par un grossier « j'y crois ou je n'y crois pas ».
Ce qu'on a observé directement. Ce qu'on déduit solidement de preuves indirectes. Ce que la théorie prévoit. Ce qu'on ignore encore.
L'essentiel, c'est de séparer ces quatre catégories.
Si on ne les sépare pas et qu'on dit « on sait tout », cela donne une « science de singe » assez bâclée (une pseudo-science qui fait semblant de savoir, sans base solide).
2. Le mot « trou » de « trou noir » prête déjà à confusion
Le nom « trou noir » induit facilement en erreur.
On imagine un espace vide creusé dans quelque chose, comme le trou d'un beignet ou une narine.
Pourtant, la NASA décrit le trou noir comme n'étant pas un trou au sens propre, mais une énorme quantité de matière entassée dans un espace minuscule. À l'intérieur de l'horizon des événements (la frontière sans retour), la gravité est si forte que même la lumière ne peut s'échapper.
Autrement dit, plutôt qu'un « trou percé dans l'univers », le trou noir ressemble davantage à
une région où la gravité est si forte qu'il n'existe plus aucun chemin pour revenir vers l'extérieur.
Si l'on veut une comparaison avec Dragon Ball (un manga et dessin animé japonais très célèbre), le point de départ « la planète de Kaïo, où la gravité est très forte » n'est pas mauvais du tout.
Mais le trou noir n'est pas qu'une version améliorée de la planète de Kaïo ; il est un cran plus dangereux.
- Planète de Kaïo : la gravité est forte, mais avec des efforts on peut bouger et repartir
- Trou noir : une fois la frontière franchie, même la lumière ne revient pas
- Planète de Kaïo : un lieu d'entraînement
- Trou noir : une prison cosmique dont la sortie a tout simplement disparu
Le trou noir ressemble donc moins à un « trou » qu'à un état où, selon les lois de la physique, le chemin du retour a disparu.
3. La « spaghettification » n'a jamais été observée directement sur un humain
On dit que si l'on tombe dans un trou noir, on est étiré comme un spaghetti.
Mais là encore, mieux vaut ne pas jouer les savants.
Personne n'a filmé un humain tombant dans un trou noir et s'étirant comme une nouille.
Évidemment, cela n'a pas encore été observé.
La spaghettification repose surtout sur la théorie des forces de marée, ainsi que sur des observations qu'on peut interpréter comme une étoile déchirée en s'approchant d'un trou noir.
La force de marée est la force qui apparaît parce que la gravité n'est pas la même du côté proche et du côté éloigné d'un objet.
Par exemple, si l'on tombe les pieds en premier, les pieds sont plus près du trou noir. Ils sont donc tirés plus fort. La tête est tirée un peu moins fort.
Cet écart vous étire dans le sens de la longueur. En même temps, on est comprimé sur les côtés.
Voilà l'image de base de la spaghettification.
Cela dit, il faut bien démêler les choses.
- Des objets étirés par des différences de gravité : théoriquement très solide
- Des étoiles apparemment déchirées près de trous noirs : observé
- Des images d'un humain réellement spaghettifié : jamais observé directement
- Ce qui se passe finalement à l'intérieur de l'horizon des événements : il reste des zones d'ombre
La NASA explique aussi que ce qui arrive à la matière après avoir franchi l'horizon des événements n'est pas encore connu avec précision.
Tout mélanger et dire « on sait tout » est un peu bâclé.
Je pense que la façon la plus honnête de le dire est la suivante.
Près d'un trou noir, les forces de marée devraient étirer les objets, et certaines observations peuvent s'interpréter comme une étoile réellement déchirée. Mais la spaghettification d'un corps de taille humaine n'a jamais été observée directement, et l'intérieur des trous noirs garde des parts non résolues.
Ce niveau d'affirmation me paraît le bon.
4. Au centre de la Terre, la gravité s'annule, mais la pression est parmi les plus fortes
Quand on parle de gravité, une question surgit naturellement.
Sur Terre, les objets sont attirés vers le centre de la planète. Alors que se passerait-il si l'on se trouvait au centre ?
Réponse : dans un modèle à peu près symétrique sphériquement, l'accélération de la gravité au centre de la Terre est pratiquement nulle.
C'est parce qu'il y a de la matière terrestre dans toutes les directions autour de vous.
On est tiré vers la droite. On est tiré vers la gauche. On est tiré par le haut comme par le bas.
Si c'est parfaitement symétrique, ces tractions s'annulent.
Mais le point important ici, c'est que
une gravité presque nulle ne veut pas dire que c'est sans danger.
Au centre de la Terre, la pression est colossale de toutes parts.
Même si les directions de la gravité s'annulent, la pression due au poids de toute la matière au-dessus continue de s'accumuler.
Le centre de la Terre, c'est donc :
- Accélération de la gravité : proche de zéro au centre
- Pression : parmi les plus élevées
- Température : extrêmement haute
- Un humain : mort instantanée
On pourrait dire : « ça ressemble à de l'apesanteur, mais en réalité c'est un enfer où le poids d'une planète entière vous écrase de tous les côtés ».
5. L'intérieur de la Terre non plus n'a pas été vu directement
C'est important aussi.
L'humanité n'est jamais allée au centre de la Terre pour regarder l'intérieur de ses propres yeux.
Ce que l'on sait de l'intérieur est surtout déduit en combinant ondes sismiques, gravité, champ magnétique, flux de chaleur, expériences sur les roches et mouvements de la Terre.
L'USGS (le Service géologique des États-Unis) explique aussi que les informations actuelles sur l'intérieur de la Terre proviennent des trajets et des caractéristiques des ondes sismiques, d'expériences sur des roches et minéraux à haute température et haute pression, ainsi que de la gravité, du champ magnétique et du flux de chaleur de la Terre.
Autrement dit, pour l'intérieur de la Terre aussi,
on ne l'a pas vu directement. Mais plusieurs preuves indirectes concordent très fortement.
Voilà où nous en sommes.
On ne peut pas dire « s'ils ne l'ont pas vu directement, tout est faux ».
Mais parler comme si on l'avait vu directement n'est pas correct non plus.
Ici aussi, il faut séparer observation directe, observation indirecte et déduction théorique.
6. Les ondes gravitationnelles permettent de voir l'espace, alors pourquoi ne peut-on pas passer l'intérieur de la Terre au scanner ?
Si les ondes gravitationnelles permettent de voir l'univers, ne pourrait-on pas voir aussi la gravité à l'intérieur de la Terre ?
C'est une question très naturelle.
Mais les ondes gravitationnelles et le champ de gravité de la Terre sont de nature différente.
Les ondes gravitationnelles sont des ondulations de l'espace-temps produites par des événements violents comme la fusion de trous noirs.
LIGO (un observatoire d'ondes gravitationnelles américain) a annoncé avoir détecté directement pour la première fois, le 14 septembre 2015, des ondes gravitationnelles issues de la fusion de deux trous noirs.
C'est l'histoire d'un « espace-temps qui a tremblé dans un coin lointain de l'univers, et dont la secousse est arrivée jusqu'à la Terre ».
La gravité à l'intérieur de la Terre, elle, est essentiellement un champ gravitationnel statique.
Ce n'est pas quelque chose qui arrive sous forme d'onde.
Bien sûr, le champ de gravité de la Terre est mesuré.
GRACE-FO, de la NASA/JPL, est une mission qui mesure les variations du champ de gravité terrestre pour suivre les déplacements d'eau et les changements de masse en surface.
Mais cela ne permet pas de passer l'intérieur de la Terre au scanner proprement.
Avec la seule gravité, les informations se mélangent.
Même si, depuis la surface ou un satellite, on constate que « la gravité est un peu plus forte ici », il est difficile de déterminer avec les seules données de gravité s'il s'agit d'une différence de densité en couche superficielle, d'une structure profonde, d'eau souterraine, de glace ou du manteau.
Pour voir l'intérieur de la Terre, il faut donc combiner la gravité avec les ondes sismiques, le champ magnétique, des expériences sur les roches, des modèles numériques, etc.
En résumé :
Voir l'espace avec les ondes gravitationnelles → On détecte de violentes secousses de l'espace-temps.
Regarder la gravité à l'intérieur de la Terre → On mesure les irrégularités d'un champ gravitationnel tranquille créé par la répartition des masses.
Obtenir une image complète de l'intérieur de la Terre → Pas encore possible. Les informations se mélangent et il faut les combiner avec les ondes sismiques et d'autres données.
7. L'univers mêle « ce qui est juste » et « ce qu'on ignore encore »
C'est sans doute ici que se trouve la raison pour laquelle la cosmologie est si difficile à accepter.
La science de l'espace est juste sur beaucoup de points.
Des ondes gravitationnelles ont été détectées. L'ombre d'un trou noir a été photographiée. La relativité générale a résisté à une multitude d'observations. L'intérieur de la Terre a été déduit assez solidement à partir des ondes sismiques et d'autres indices.
En revanche, ce qu'on ignore est aussi gigantesque.
De quoi la matière noire est-elle faite ? Qu'est-ce que l'énergie noire ? Que se passe-t-il à l'intérieur d'un trou noir ? Une singularité existe-t-elle vraiment sur le plan physique ? Comment unifier gravité et mécanique quantique ? Comment traiter le commencement même de l'univers ?
L'ESA (l'Agence spatiale européenne) explique que la matière ordinaire ne représente qu'une petite partie de l'univers et que plus de 95 % de la masse et de l'énergie de l'univers est constituée de matière noire et d'énergie noire. Et à propos de la matière noire, elle indique qu'on ne sait toujours pas de quoi elle est faite.
C'est énorme.
Autrement dit, la cosmologie moderne se trouve dans cet état :
Elle tombe assez souvent juste. Mais ce n'est pas la réponse finale. Et l'humanité ignore encore l'essentiel de l'univers.
Alors se dire « il n'y a que l'explication de l'univers qui ne me convainc pas » n'a rien d'étrange.
Au contraire, je trouve naturel de ressentir un malaise quand on fait semblant de comprendre jusqu'aux parties non résolues.
8. Regarder la science par le tri, pas par la foi
Demander si l'on « croit ou non à la science » est un peu grossier.
L'important, c'est de trier de quel niveau relève ce qu'on entend.
| Niveau | Signification | Exemples |
|---|---|---|
| Observation directe | Réellement détecté, photographié ou mesuré | Détection d'ondes gravitationnelles, photo de l'ombre autour d'un trou noir |
| Observation indirecte | Déduit solidement à partir de résultats | Structure interne de la Terre, comportement de la matière autour des trous noirs |
| Prédiction théorique | Les équations prévoient qu'il en sera ainsi | Spaghettification, annulation de la gravité au centre |
| Non résolu | Pas encore compris | Intérieur des trous noirs, nature de la matière noire, gravité quantique |
Avoir ce tableau en tête rend l'écoute des histoires d'espace bien plus légère.
« Est-ce qu'on l'a vu directement ? » « Est-ce une observation indirecte ? » « Est-ce une prédiction théorique ? » « Ou est-ce encore inconnu ? »
Il suffit de trier comme ça.
Pas besoin de tout remettre en doute. Mais pas besoin de tout croire non plus.
Ce qui est su est su. Ce qui n'est pas su n'est pas su.
Cela suffit.
9. Conclusion : si l'univers ne nous convainc pas, ce n'est pas que le monde bugue, c'est que l'explication de l'humanité est encore en chemin
L'univers ne ressemble pas à un dispositif fabriqué dans un but précis.
Les trous noirs non plus ne semblent pas placés là pour une raison ; ils ressemblent à un phénomène qui apparaît quand les règles de la gravité, de la masse et de l'espace-temps sont poussées à leur limite.
Alors si l'on se demande « dans quel but existent-ils ? », on va probablement planter son cerveau.
L'univers est un monde d'explications par conditions, pas par buts.
Quand les conditions sont réunies, des étoiles se forment. Quand les conditions sont réunies, des étoiles s'effondrent. Quand les conditions sont réunies, cela devient un trou noir. Quand les conditions sont réunies, des ondes gravitationnelles sont émises. Quand les conditions sont réunies, on peut les observer.
Mais les lois fondamentales derrière ces conditions, nous ne les connaissons pas encore toutes.
Voilà pourquoi je pense que c'est la meilleure attitude face à la cosmologie.
Reconnaître honnêtement ce qui est su. Dire « on ne sait pas » pour ce qui ne l'est pas. Ne pas parler de ce qui n'a pas été observé comme si on l'avait observé. Ne pas transformer les prédictions théoriques en croyance. Mais ne pas rejeter à la légère les parties où observation et calcul concordent.
Je pense que c'est une manière assez honnête de se rapporter à l'univers.
L'univers : je n'y comprends rien.
Mais c'est justement parce que je n'y comprends rien que c'est passionnant.
Courage, la NASA ❤
Références / Sources
- NASA Science, “Black Holes”
- NASA Science, “Black Hole Anatomy”
- NASA Science, “What Happens When Something Gets ‘Too Close’ to a Black Hole?”
- NASA JPL, “How Scientists Captured the First Image of a Black Hole”
- LIGO Caltech, “Gravitational Waves Detected 100 Years After Einstein’s Prediction”
- ESA, “The dark Universe”
- USGS, “The Interior of the Earth”
- NASA JPL, “GRACE-FO”
