Comment tout a commencé ?

Sur près de 190 lunes connues dans le système solaire, la Lune est unique à bien des égards. C'est l'une des plus grosses, de loin la plus grosse par rapport à la taille de sa planète. Son origine est entourée de mystères et sans doute liée à un impact titanesque entre deux protoplanètes. Elle a aussi eu un passé très agité, fait d'activité volcanique et d’un intense champ magnétique. L’astronome Agnès Fienga nous raconte son histoire, et la manière dont la Lune influence la Terre, voire lui permet de rester habitable.

D’où viennent les premiers atomes et les premières briques élémentaires de matière qui les constituent ? Parler « d’instant zéro » a-t-il un  sens ? Il y a 13,8 milliards d’années, en quelques fractions de secondes, une histoire fascinante a vu évoluer les forces, l’énergie et les briques fondamentales constituant tout l’univers connu. Gaëlle Boudoul, physicienne au CNRS et détachée au Cern, nous raconte.

Elle compose environ 70 % du contenu de notre univers et nous ne savons rien de sa nature, si ce n’est qu’elle accélère l’expansion du cosmos. Cette énergie noire va-t-elle encore accroître sa domination et accélérer l’univers jusqu’à disloquer l’ensemble des structures qu’il abrite et jusqu’aux atomes eux-mêmes ? Ou bien l’énergie noire n’est-elle qu’un leurre, qui cache les défauts de nos modèles cosmologiques ? Faut-il réviser la théorie de la relativité générale elle-même ? Faut-il invoquer les fluctuations quantiques du vide ou d’autres théories pour expliquer cette grande accélération cosmique ? Nous tentons de répondre à ces questions avec la cosmologiste Nathalie Palanque-Delabrouille.

Comment Jupiter a-t-il façonné le système solaire ? Quel rôle joue-t-il encore aujourd'hui pour stabiliser les astéroïdes ? Lui doit-on la petitesse de Mars et l'abondance de l'eau sur Terre ? Comment expliquer son complexe champ magnétique et les motifs aussi envoûtants que tumultueux provoqués par ses tempêtes géantes ? Pourquoi l'associe-t-on à l'émergence de la science moderne et à plusieurs découvertes scientifiques majeures ? Les réponses de l’astrophysicienne Sandrine Guerlet.

La science lève progressivement le voile sur les lois du cosmos et ses mystères, mais cela n’entame nullement notre capacité d’émerveillement ni les questions sans fin qui émergent de la contemplation d’un ciel étoilé. Nous convoquons avec le poète Nicolas Grenier quelques grands auteurs, de Lucrèce à George Sand, pour poser des mots sur la beauté de l’univers.

L’élément principal qui compose l’univers, c’est le vide. La matière elle-même est faite de vide : dans un atome, le noyau ne compte que pour un million de milliardième du volume total. Le reste est essentiellement vide. Quant à l’infiniment grand, si l’on répartissait de façon homogène toute la manière ordinaire du monde dans l’univers connu, il n’y aurait qu’un quart d’atome d’hydrogène par mètre cube. Mais si l’on retire ce quart d’atome, a-t-on vraiment fait le vide dans ce mètre cube ? Le vide, dans ce cas, n’est pas assimilable au néant, car il contient toujours des propriétés, des lois physiques et l’espace-temps le remplit pleinement… Quelle est la réelle nature du vide ? L’univers en a-t-il émergé ? De quelle matière fantôme est-il rempli ? Explorons ici les différents mystères qui emplissent le vide.

Nous vous proposons un format un peu particulier pour ce nouvel épisode de 300 milliards d’étoiles. Toute la rédaction d’Usbek & Rica étant confinée en télétravail durant l’épidémie de Covid-19, nous n’avons malheureusement pas pu recevoir d’invité. C’est donc sous la forme d’un monologue et dans une version écourtée que nous vous parlons des mystères cosmiques du vide. Les astrophysiciens ne sont toutefois pas bien loin : l’intégralité de ce que nous vous racontons ici est tiré de deux ouvrages dont la lecture vous permettra d’approfondir le sujet : Les avatars du vide (Le Pommier, 2019) du physicien théoricien Marc Lachièze-Rey, et La plénitude du vide (Albin Michel, 2016) de l’astrophysicien Trinh Xuan Thuan.

Peut-on lire l’avenir dans les astres ? La position des planètes et constellations au moment de notre naissance détermine-t-elle notre personnalité ? C'est en tout cas ce que prétend l'astrologie, ce que croient près d'un Français sur deux et ce que relaient en masse des médias friands d'horoscopes. Il faut dire qu'astronomie et astrologie ont longtemps été confondues. Même les grands astronomes et précurseurs de la science moderne que furent Tycho Brahé, Johannes Kepler et Galilée étaient rémunérés en tant qu'astrologues. 

Pourtant, aucune force fondamentale, aucun phénomène astrophysique et aucune théorie ne viennent étayer les hypothèses de l'astrologie. Même les observations et études statistiques remettent en question ses prédictions. L'astrophysicien Daniel Kunth, co-auteur de L'astrologie est-elle une imposture ? (CNRS éditions, 2018) nous aide à démêler le vrai du faux. Il en profite pour nous faire un précieux rappel sur ce qui définit la science, sa méthode et la différencie des disciplines qui tentent d'en récupérer la crédibilité sans en avoir la rigueur. 

En 2006, Pluton perdait son rang de planète et rejoignait la catégorie des « planètes naines », aux côtés de Cérès, Eris, Hauméa et Makémaké. Mais le monde transneptunien est encore bien vaste, en renferme des milliards d’objets célestes, orbitant entre la ceinture de Kuiper et le nuage d’Oort. L'histoire et le comportement mystérieux de certain de ces objets laisse planer le doute : une autre planète est-elle cachée aux confins du système solaire, qui en expliquerait certains phénomènes ? À quoi ressemblerait cette planète et comment serait-elle arrivée là-bas ? Et quand pourrions-nous espérer enfin l'observer ? On a posé toutes ces questions à Alain Doressoundiram, astrophysicien au LESIA à l'Observatoire de Paris.

Quelles conditions dans l’univers permettent de passer d’une matière inerte à de la vie ? Dans  quelle « soupe primordiale » un ensemble de molécules organiques ont pu  s’assembler et enclencher des réactions leur permettant de  s’auto-maintenir et de se reproduire ? Peut-on identifier les  ingrédients et la recette ayant mené à l’apparition de la vie ? Et dans  ce cas peut-on imaginer que les mêmes ingrédients aient produit les  mêmes effets sur d’autres mondes ? Ce sont les questions, au milieu de  beaucoup d’autres, que nous avons posé à notre invité, Hervé Cottin, astrochimiste, enseignant à l’université Paris-Est Créteil et chercheur au Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques et président de la Société française d'exobiologie.

Est-ce le temps qui s’écoule ou bien nous qui nous écoulons dans le temps ? Et quoi qu’il en soit, pourquoi cela s’écoule-t-il toujours dans le même sens, du passé vers le futur ? Ne pourrait-on pas remonter le courant ou interrompre le flot ? Et d’abord, quel est ce mystérieux moteur du temps qui engendre cet écoulement ? Que nous dit la relativité générale sur l'espace-temps, devenu fluctuant et qui a fait disparaître jusqu'à la notion même de « présent » ? Et la mécanique quantique ouvre-t-elle la voie à un monde sans temps ?

Nous avons posé toutes ces questions et beaucoup d’autres à Carlo Rovelli, physicien, professeur à l’université d’Aix-Marseille, au Centre de physique théorique où il travaille sur la gravité quantique à boucle. Spécialiste du temps, il a écrit de nombreux ouvrages de vulgarisation scientifique dont L’ordre du temps (Flammarion, 2018).