NB: article soumis à Michel Cassé pour relecture

Nos lecteurs portent beaucoup d’intérêt aux questions théoriques et pratiques intéressant l’astrophysique et la cosmologie. C’est la raison pour laquelle nous leur donnons une place croissante dans cette revue. On sait que depuis les origines de ces sciences, comme plus récemment depuis l’apparition de la physique quantique, les hypothèses formulées par les chercheurs ont toujours été reprises et exploitées par les défenseurs d’une conception mystique du monde. Ils y trouvent amplement matière à expliquer que ces hypothèses prouvent la vérité des affirmations des Ecritures et autres textes fondateurs dont les religions sont riches(1). Cette attitude, qu’illustre aujourd’hui jusqu’à saturation les promoteurs du Dessein Intelligent, est évidemment inacceptable par le matérialisme scientifique. On doit toujours distinguer le travail de la science et les interprétations plus ou moins intéressées qu’en donnent les religions. Notre revue se fait un devoir d’ajouter sa voix à ceux qui refusent toute exploitation idéologique des travaux scientifiques.

Cependant, même entre scientifiques, des débats ont toujours existé entre ceux qui considèrent avec méfiance les hypothèses les plus contraires au sens commun formulées par les théoriciens et ceux pour qui la science n’avance que grâce à de telles hypothèses. C’est évidemment l’expérimentation instrumentale qui sert de pierre de touche. Un fait constaté par un instrument et non explicable par les modèles dominants ne peut être négligé, même s’il conduit à des hypothèses explicatives « bizarres » (weird ou spooky, en anglais). Si réciproquement, une hypothèse bizarre ne peut être immédiatement confirmée par une preuve expérimentale, elle ne doit pas pour autant être rejetée. Cette preuve peut être apportée des années plus tard.

Nul n’ignore que ce débat est au plus fort actuellement à propos de la théorie des cordes ou supercordes, ainsi qu’aux hypothèses en partie liées à la précédente concernant l’ « existence » des univers multiples. Nous avions précédemment donné la parole à l’astrophysicien Christian Magnan pour qui ces hypothèses ouvrent grande la porte de la cosmologie aux spiritualistes, faute de pouvoir être démontrées, dans l’état actuel de l’instrumentation(2).Nous avons également présenté le dernier livre de Lee Smolin, pour qui la théorie des cordes éloigne la recherche de voies plus immédiates permettant de faire progresser la gravitation quantique(3). Mais à l’inverse, car ce n’est pas à nous de trancher dans ce débat, nous avons présenté chaque fois que le thème était évoqué en termes nouveaux, les articles des défenseurs de la théorie des cordes et du Multivers(4).

Dans le camp, si l’on peut dire, de ces derniers se trouve l’astrophysicien français Michel Cassé. Connaissant la renommée internationale de ses travaux, nous sommes heureux de présenter l’entretien qu’il a bien voulu nous accorder sur ces sujets. Il n’échappera pas que c’est la conception que l’on peut se faire non seulement de l’univers, mais plus généralement des sciences en général, qui en découle. Automates Intelligents

Jean-Paul Baquiast, pour Automates Intelligents (JPB):
La cosmologie contemporaine, comme d’ailleurs la physique quantique, reposent sur des modèles du monde dont le moins que l’on puisse dire est qu’ils sont contre-intuitifs. Mais certains le sont plus que d’autres.

Michel Cassé (MC)
La cosmologie a atteint un certain niveau de consensus, dont la notion d’expansion de l’univers constitue la base. Des preuves expérimentales indiscutables ne permettent plus d’en douter, non plus que du Big Bang et des Trous noirs. Mais il faut établir une frontière entre ce qui est relativement bien établi, même si on ne peut en expliquer la cause, et ce que l’on découvre et qui oblige à compléter ou modifier les modèles en vigueur.

JPB. : Vous évoquez par exemple ce que l’on nomme désormais la matière noire et l’énergie noire ?

MC. Oui, mais avant que ces questions ne se posent, il y en a eu d’autres, notamment l’anti-matière. Il serait anormal que de nouveaux modèles n’en tiennent pas compte. Or aujourd’hui, le concept de matière (ou d’Univers) se voit élargi à travers le modèle du plurivers (ou multivers) et la théorie des cordes. Ces hypothèses font valoir l’existence d’une infinité d’univers, tous différents les uns des autres mais tous aussi cohérents les uns que les autres.

JPB. : Chacun avec leurs propres lois fondamentales ?

MC. : Tout dépend de ce que l’on appelle loi. Même le plurivers, dans cette approche, est régi par la physique quantique, la relativité générale et l’union des deux dans la gravitation quantique. Voilà une super-loi. Mais les modalités que prend cette loi selon les univers sont différentes du fait que la théorie des supercordes admet l’existence, outre les trois dimensions d’espace-temps que nous connaissons, de dimensions supplémentaires extrêmement petites et repliées. Selon la manière dont on les replie, on obtient des particules de masses variées et des interactions plus ou moins intenses. Si on appelle physique la somme des particules et de leurs interactions, ce qui correspond à la vision matérialiste des choses, les propriétés des particules et le nombre des dimensions n’ont aucune raison d’être identiques d’un cosmos à l’autre.

JPB. : Voilà bien ce qui inquiète l’homme se voulant raisonnable. Comment faire cohabiter la raison avec l’existence d’un tel arrière-monde ?

MC. : La cosmologie ne demande pas à croire sans preuve. Je pense que l’arrière-monde en question est ou sera accessible à l’expérimentation. C’est sur ce point que je veux prendre position. La théorie des supercordes peut être testée, ou tout au moins ses éléments particuliers qui relèvent de ce que l’on appelle la brisure de symétrie dans le modèle dit de la supersymétrie (celle-ci met en relations les bosons qui véhiculent les forces et les fermions qui en sont les réceptacles). Si ce modèle était valide, nous verrions apparaître un sélectron, l’hypothétique partenaire supersymétrique de l’électron. Cette particule aurait les mêmes propriétés que l’électron (même masse, même charge, même spin) mais au lieu d’être un fermion régi par le principe d’exclusion de Pauli, qui interdit de mettre deux fermions dans le même étant quantique, elle serait un boson. On pourrait mettre des fermions ensemble et donc ce qui était particule de matière deviendrait une particule de force.

Or le sélectron n’a pas encore été découvert. Cela veut-il dire que la supersymétrie est fausse ? Il est de fait que si le sélectron avait la même masse que l’électron, on l’aurait déjà découvert. Comme ce n’est pas le cas, on doit supposer qu’il dispose d’une masse bien plus grande. On va donc le rechercher dans le grand collisionneur à hadrons du CERN, dès que ce nouvel accélérateur entrera en service. Si on le trouve, l’hypothèse de la super symétrie sera validée. Celle-ci ramène l’espace-temps de la théorie des supercordes de 28 dimensions à 10 dimensions, voire à 11 dans la théorie M (M Theory) de Edouard Witten(5).

JPB. : Toutes ces hypothèses ne sont évidemment pas gratuites. On essaye de faire apparaître certaines de leurs conséquences dans les appareils. C’est ce qui sépare la science de la mythologie.

Ne pas condamner la pensée spéculative

MC. Oui. Je veux bien que l’on condamne la pensée spéculative, Mais c’est fort dangereux. On aurait ainsi largement jeté à la corbeille les travaux d’Einstein. Concernant la physique quantique, le cas est un peu différent car elle est fondée uniquement sur l’expérience et mathématisée dans des mathématiques très particulières, telles que les mathématiques non commutatives. Nul ne s’avise plus aujourd’hui de remettre en cause ses constatations, démontrées des milliers de fois.

Ceci dit, la Relativité générale, œuvre d’un esprit unique, on l’oublie trop souvent, a été testée très rapidement. Quant à Dirac, sa prédiction d’un monde d’anti-matière, quasiment symétrique au nôtre, est bouleversante. Or elle a été prédite et vérifiée au bout de 2 ans. La supermatière a été prédite il y a trente ans. Le neutrino a été prédit par Pauli dans les années trente et son existence a été mise en évidence dans les réacteurs nucléaires 30 ans après. Donc ce n’est pas parce que des théories ne sont pas vérifiées très rapidement qu’il faut les considérer comme métaphysiques. Elles sont fondées sur des principes logiques.

JPB. : Les discussions entre matérialistes et non-matérialistes (ou spiritualistes) proviennent en partie de différences dans la définition de ce que l’on appelle la matière. Pour les premiers, les manifestations de ce que l’on appelle l'esprit font partie de la matière.

MC. : La métaphysique ne doit pas précéder la physique, elle doit la suivre. Elle doit être ajustée à l’évolution de la compréhension que nous avons de cette dernière, laquelle évolue sans cesse compte tenu des progrès instrumentaux. Nous devons donc être très ouverts dans la définition que nous donnons de la matière. La théorie des supercordes dit que la matière est une modalité, une sorte de conséquence, des vibrations d’objets infiniment petits, les cordes. C’est très pythagoricien. C’est presque platonicien. Sauf que ces cordes ne sont pas dans un arrière-monde. Elles ne sont pas au delà ou en deçà de l’espace- temps. Elles sont dans l’espace-temps. La matière est ce qui est dans l’espace-temps. Si on étend le nombre de dimensions de l’espace-temps, on doit développer une autre conception de la matière. Mais il n’y aura pas lieu à évoquer une quelconque transcendance ou immanence. Tout ceci est « matière à penser ». Le statut de la matière est à repenser en permanence.

JPB. : Comme il faut repenser le statut de la science. Et donner pour cela en priorité la parole aux physiciens. Pouvez-vous nous rappeler à ce niveau de notre entretien votre itinéraire de chercheur ?

MC. : Je me suis d’abord intéressé à l’origine et au statut des atomes, la nucléosynthèse dans le Big Bang puis dans les étoiles, la synthèse des éléments légers par le rayonnement cosmique qui fragmente les noyaux de carbone et d’oxygène produits par les étoiles. A mon sens tout ceci est aujourd’hui compris, d’une façon que je qualifierais d’admirable – mais qui est loin d’être encore admise par le public. C’est ainsi que l’astrologie, toujours si populaire, établit un rapport scandaleux entre les planètes et les éléments chimiques. Ceux-ci ne proviennent pas des planètes mais des étoiles.

Je me suis tourné plus récemment vers la matière noire, qui est peut-être faite de particules sypersymétriques mais peut-être d’autres choses. J’ai développé, toujours en liaison avec l’observation, une théorie de la matière noire, avec Pierre Fayet de l’ENS(6). On observe un rayonnement d’annihilation électron-positon dans la région centrale de la galaxie, que ne peut expliquer aucune théorie d’astrophysique classique. D’où l’hypothèse de l’existence d’une autre forme de matière dont l’annihilation produirait des rayons gamma.

Je travaille encore ce sujet, mais ma véritable préoccupation est l’énergie noire qui constitue 70% du contenu de l’univers et est la plus grande énigme du moment. On constate à ce sujet des désaccords flagrants entre la physique des particules et la cosmologie. Mais s’il y a désaccord, c’est une bénédiction. Les 2 petits nuages d’incompréhension qui flottaient dans la physique de la fin du 19e siècle ont donné naissance à la physique quantique et à la relativité. Là, aujourd’hui, nous sommes en présence d’un nuage de même nature.

JPB. : Pour travailler sur l’énergie noire, je suppose que vous restez ce que vous êtes, c’est-à-dire un astrophysicien observateur ?

MC. : D’abord, quand les modèles sont très différents, j’essaye de comprendre pourquoi. Ensuite, j’essaye de trouver des tests permettant d’éclairer les hypothèses que l’on peut faire. Par exemple, la question se pose de savoir si l’énergie est oui ou non assimilable à un Big Bang type. Mais qu’est-ce qu’un Big Bang type ? Pour progresser, il faut fouiller la théorie quantique des champs. Or cette théorie quantique des champs suppose un espace plat, euclidien. La relativité générale ne peut donc pas s’en contenter. Il faut donc sonder la théorie quantique des champs en espace courbe. Le premier qui a fait cela est Stephen Hawking. Il a démontré que les Trous noirs n’étaient ni trous ni noirs mais qu’ils brillaient. Alors l’astrophysique dit : " situons le Big Bang (ou le Trou noir) en espace courbe. Le premier calcul indique que le Big Bang a rayonné dans les rayons gamma, c’est-à-dire en très haute énergie. Or je suis l’un des responsables scientifiques d’un satellite de l’agence spatiale européenne qui justement observe le ciel dans les rayons gamma : Integral(7).

Le développement des connaissances sur le mode darwinien

Revenons sur la définition que je voudrais donner de la physique Je vais faire une petite inversion dialectique. L’astrophysique résulte du mariage du ciel et de la terre dans la pensée humaine. Pour comprendre les astres, on a fait valoir des principes de physique. Aujourd’hui, j’aurais tendance à inverser les arguments et dire que l’astronomie, au service de la physique dans tous ses aspects, et pour tester ses théories spéculatives, fait revenir au monde les théories les plus abstraites sur la matière et l’espace-temps. Si l’espace- temps comporte 10 dimensions, s’il existe une matière que l’on ne voit pas, cela m’intéresse. Voyez les neutrinos postulés par Wofgang Pauli. On ne les a pas encore vu. Ce n’est pas pour autant qu’ils n’existent pas. Donc prudence sur la notion d’existence. Est-ce que quelque chose qui ne laisse pas de trace peut exister ?

JPB. : Cela paraît évident. Ce n’est pas parce que nos sens, même prolongés par des prothèses, sont limités, qu’il faut limiter l’univers à ce qu’ils voient.

MC. : Ces prothèses sont-elles suffisantes ? La question de la réalité se pose. Qu’est-ce qui est réel ?

JPB. Les prothèses sont des instruments. Les instruments évoluent en fonction de développements technologiques qui obéissent à des lois propres, rarement volontaristes. On voit donc se développer un monde instrumental qui fourni aux cerveaux humains, de façon presque aléatoire, des éléments pour se représenter le monde. Nous sommes en face d’un système que l’on pourrait presque qualifier d’auto-complexificateur.

MC. C’est exact. Ce système répond souvent à des besoins militaires. Mais ce n’est pas important, sous cet angle. Une partie des découvertes en astrophysique a été obtenue à partir de satellites militaires. C’est ainsi que les rayons gamma ont été découvert par des instruments américains qui surveillaient la Terre afin d’y détecter des explosions atomiques.

JPB. : Quand on disposera un jour prochain de robots dotés de sens très évolués et interagissant entre eux pour mettre en forme leurs expériences, on obtiendra des conceptions du monde qui ne seront pas nécessairement celles des humains. Ceux-ci devront y réagir comme ils le feraient pas exemple face à des conceptions du monde produites par des extraterrestres.

MC : Oui, bien sûr.

JPB : Nous sommes donc dans un monde de connaissance qui ne se développe pas selon un plan préétabli.

MC. : Tout à fait. Il s’agit d’un mécanisme darwinien. Concernant les univers multiples, je voudrais insister sur un point qui aura peut-être des résonances pour vous. C’est que la théorie des multivers a au moins un avantage : supprimer le mirage de la création. C’est une théorie quasi métaphysique. Il y a beaucoup de cosmos et tout se joue éternellement partout. Il n’y a plus de nécessité de grand Dessein. Mais c’est une théorie qui est quand même fondée sur un raisonnement de physicien.

JPB. : Encore que les croyants répondront que tout cela fait partie d’un mégamonde créé par Dieu.

MC. : Je ne crois pas. La mécanique quantique n’est pas intentionnelle. Les fluctuations comportent une partie de hasard. Quelle est l’origine des lois de la mécanique quantique. Les religions diront : voilà, vous ne pouvez pas l’expliquer. Je dirai : je ne peux pas l’expliquer, mais ce n’est pas mon problème. Je n’ai jamais imaginé trouver l’explication d’une loi. Ce que je dis, c’est qu’il peut y avoir d’autres mécaniques quantiques, d’autres mathématiques. Le principe darwinien appliqué aux mathématiques rend tout possible. Il n’y a pas nécessité d’une création ex nihilo. On rejoint la vieille philosophie grecque évoquant le substrat incréé du monde.

JPB. : Je suppose que pour vous, puisque nous en parlons, les mathématiques elles-mêmes sont liées à l’organisation du cerveau humain ? Il n’y a pas d’entités mathématiques existant pour soi dans le cosmos. On entend pourtant parfois dire que l’univers est mathématique…(8).

MC. : Cela n’a pas de sens pour moi.(8) Les mathématiques sont dans l’espace-temps, comme les supercordes.

Vérifier les supercordes au CERN

JPB. : Revenons sur celles-ci, si vous voulez bien. Vous êtes tout à fait favorable à la théorie des supercordes, un cordiste convaincu, comme on dit parfois.

MC. : Oui et non. J’ai traduit un livre qui va absolument contre cette théorie « Not even Wrong » de Peter Woit, qui paraîtra en français sous le titre « Pas même fausse ». Il met les supercordes d’un côté et la physique de l’autre. J’ai considéré qu’il était de mon devoir de le traduire car c’est une attaque sensée. Maintenant, quelle est sa portée ? Pour ma part, je reste absolument ouvert sur cette question. La théorie des supercordes est la seule aujourd’hui qui unifie la physique quantique et la relativité générale. Elle entraîne des conséquences qui devraient être vérifiables par l’expérimentation. J’aimerais pour cela aller plus avant, dans le cadre de ce qui va se produire au CERN. Tout passe par la possibilité de créer des mini-Trous noirs. Il s’agirait de quelque chose de nouveau, qui se désintégrerait aussitôt, donc sans créer de risques d'accrétion généralisée. Aujourd’hui de nombreux programmes sont orientés dans ce but. On ne peut donc pas dire que la théorie des supercordes ne pourra pas être testée.

JPB. : Comme quoi, la dépense engagée par le CERN, qui met l’Europe en pointe sur ce sujet essentiel, ne sera pas inutile, quoi qu’il arrive.

MC. : Bien sûr. J’en profite pour dire qu’indépendamment des conséquences qu’aura le LHC sur l’avancement des connaissances, l’infrastructure qui a été produite pour concevoir et mettre en œuvre le collisionneur a eu des retombées considérables. Les instruments électroniques qui ont été développés au CERN se retrouveront partout.

Mais revenons-en à la physique. Pour la physique fondamentale, comme vous savez, les enjeux de recherche sont le boson de Higgs, les particules supersymétriques, les superdimensions. Si on ne trouve rien, ce sera déjà une indication précieuse. Concernant la cosmologie, je suis pour ma part déjà en alerte. Je me demande si, avec l’astronomie gamma et l’astronomie des neutrinos, on ne serait pas déjà en mesure de mettre en évidence ou, au contraire, de déclarer l’absence d’effets que ces théories physiques sont conduites à prédire. J’utiliserai donc l’astrophysique pour tester les théories abstraites.

J’essaye comme vous voyez d’être un trait d’union entre théorie des supercordes, astrophysique et cosmologie. Je voudrais faire apparaître une forme de pensée nouvelle qui ne serait pas une pensée ésotérique.

Notes (proposées par Automates Intelligents)
(1) On sait que le pape Pie XII avait avancé devant l’Académie Pontificale des Sciences, en 1951, l’idée que le Big Bang, alors hypothèse toute neuve, illustrait la « vérité » du Fiat Lux. L’abbé Georges Lemaître, un des pères de cette hypothèse, lui avait conseillé de renoncer à une telle confusion des genres, entre science et religion. Voir La Recherche, N° 412, Dictionnaire des idées reçus en sciences.
(2)Voir notre article "Pour mieux connaître Christian Magnan".
(3)Voir notre article sur l'ouvrage de Lee Smolin, "The Trouble with Physics, the Rise of String Theory, the Fall of a Science and what comes next".
(4) Voir par exemple David Deutsch.
(5) Edward Witten, né en 1951, professeur de physique théorique à l'Institute for Advanced Study de Princeton. Il a reçu la Médaille Fields en 1990. Il a présenté sa Théorie M en 1995, ce qui a généré un grand nombre de nouveaux développements au sein de la théorie des cordes. On a parlé d’une seconde révolution des supercordes.
(6) Voir Michel Cassé " L’énigme des positons du bulbe galactique "
http://clrwww.in2p3.fr/jet04/transpa/Casse.doc.pdf
(7)Le satellite Integral http://isdc.unige.ch/index.cgi?Outreach+integral_fr
(8) Voir “Reality by numbers. What is the universe really made of”, par Max Tegmark , NewScientist 15 septembre 2007, p. 38. Voir aussi du même auteur «The mathematical universe» http://www.arxiv.org/abs/0704.0646