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Mise à jour le 27 Juillet 2009
SÉMINAIRE SUR L’UNIVERS INVISIBLE
Organisé par l’Observatoire de Paris (LUTH)
Conférence de Jean-Jacques SZCZECINIARZ  Philosophe, Mathématicien,
Centre de Mathématiques de Jussieu, Prof. à l’Université Paris Diderot,  sur
« QUESTIONS SUR LA NATURE PARTICULIÈRE DES
HYPOTHÈSES COSMOLOGIQUES : LA MATIÈRE NOIRE »
Le 6 Juillet 2009 à l’UNESCO.
 
Remarque : Cette conférence fait partie d’un ensemble de conférences données à l’occasion de ce séminaire, dont on peut consulter le compte rendu sur ce site.
Photos : JPM. pour l'ambiance. Voir les crédits des autres photos éventuelles.
Je ne propose que des comptes rendus succincts de ces conférences, le site Univers 2009, dédié aux manifestations de l'Univers Invisible devrait mettre en ligne bientôt le texte de toutes les conférences.
NOTA : j'ai fait de nombreuses photos en haute résolution que je ne peux pas mettre sur le site question volume, ceux qui seraient intéressés par certaines photos en plus haute définition que celles qui suivent n'ont qu'à me contacter, je les envoie par e-mail.
 
  La présentation de JJ Szczeciniarz est disponible sur le Net.
 
Nous disposons actuellement d’une théorie cosmologique positive à fort contenu spéculatif, mais c’est le cas de beaucoup de théories scientifiques actuelles.
 
Ces théories possèdent des confirmations observationnelles très importantes.
Mais il semble qu’il se développe aussi des fissures très fortes dans ces théories.
 
C’est le cas des théories actuelles de l’Univers, et de l’hypothèse de la masse cachée, la matière noire et de son corollaire l’énergie noire.
 
 
La première ambiguïté de la matière noire, c’est son invisibilité ; on sait que c’est un élément physique, mais il est indétectable et pas observable.
 
On ne sait même pas si la matière noire est de nature cosmologique ou astrophysique. La question est ouverte.
 
 
 
 
REVENONS SUCCINTEMENT SUR LE PASSÉ.
 
Platon pense à un monde invisible, un monde des idées, c’est le modèle d’Univers de la Timée.
 
Aristote traite de cosmologie (mot qui s’oppose au chaos) dans le traité du ciel,  avec son système de sphères concentriques.
 
L’éther newtonien va servir de support aux forces.
 
Kant est quant à lui contre la cosmologie rationnelle ; elle est impossible et contradictoire.
 
C’est Zwicky, le premier qui a recourt à la matière noire.
 
 
LA MATIÈRE NOIRE : LE RECOURS.
 
L'introduction de la matière noire est le recours à la masse manquante autour des galaxies. C’est l’introduction d’une masse de matière afin de rendre possible l’application de la gravitation comme force de cohérence.
 
Il existe deux sortes de matière noire :
·        La matière noire baryonique (matière ordinaire à base de p et de n; les mésons)
·        La matière noire non baryonique constituée d’autres particules que les baryons (neutrinos, photons, électrons, etc..)
 
 
L’abondance des éléments légers formés au tout début du BB a permis de déterminer la densité des baryons dans l’Univers : approx 4,5%, or pour expliquer la platitude de l’Univers il faut beaucoup plus de matière, où est-elle???
 
Si l’origine des étoiles se trouve dans l’instabilité gravitationnelle (s’effondre sous son propre poids puis allumage du feu nucléaire) ; on peut se demander si la durée de  l’Univers aurait suffit pour former ces grandes galaxies qui se forment très lentement. Là aussi on est obligé d’introduire la notion de matière noire pour résoudre l’ambiguïté.
 
Jamais autant de travaux et d’articles n’auront été publiés sur cette matière dont on ne connaît rien ou presque, voir par exemple l’article de F Combes : Mystères de la formation des galaxies chez Dunod.
 
La matière noire occuperait une place épistémologique laissée en creux en physique.
 
 
RETOUR SUR LE BIG BANG.
 
Les hypothèses du BB :
·        L’Univers devait être homogène juste après le BB
·        L’Univers est très chaud dominé par le rayonnement, plasma de protons et d’électrons qui interagissent avec les photons, l’Univers est opaque
·        L’Univers se refroidit (vers 3000K) protons et électrons se recombinent pour former H, les photons ne sont plus diffusés, ils se propagent en ligne droite, l’Univers devient transparent, on en a des traces : le CMB
·        Les fluctuations de densité ont fait se condenser les premières grandes structures
 
 
Quel est le statut épistémologique et ontologique de l’hypothèse de la matière noire ?
 
Sous l’effet de l’expansion, une dilution inéluctable de l’énergie-matière se produit.
Pour la matière à base de particules, la densité diminue quand le volume augmente, pour les photons (rayonnement), non seulement leur densité diminue comme pour les particules ordinaires, mais leur énergie diminue (c’est le redshift). D’où un déclin plus rapide pour l’énergie contenue dans le rayonnement que pour l’énergie contenue dans la matière.
 
Le rayonnement qui dominait la matière voit peu à peu son influence diminuer.
On arrive à une époque d’égalité matière-rayonnement.
 
 
NÉCESSITÉ DE LA MATIÈRE NOIRE.
 
L’étude quantitative du fond cosmologique, a permis de déterminer l’amplitude des fluctuations de densité primordiales, elles sont si petites qu’elles ne pourraient pas donner naissance à des galaxies aujourd’hui si la matière n’était faite que de baryons.
 
En effet, la matière ordinaire, les baryons, ne peuvent commencer à s'effondrer par instabilité gravitationnelle qu'après le découplage avec les photons, qui les stabilisent donc qu'après la recombinaison, 380.000 ans après le Big-Bang, et le facteur d'échelle de l'univers ne croît plus que d'un facteur 1000 jusqu'à l'époque actuelle.
Les fluctuations de densité à grande échelle ne sont pas assez importantes, les structures baryoniques n'ont pas le temps de se former.
 
Seule la matière noire non-baryonique, insensible aux forces électromagnétiques, mais seulement à la gravité, peut développer des structures bien avant la recombinaison,.
À la recombinaison, les baryons vont pouvoir être attirés par les agglomérations de matière noire déjà formée, et les galaxies pourront commencer à se former.
 
 
D’où l’affirmation des physiciens : il est absolument nécessaire que ces fluctuations se développent plus tôt dans un milieu qui n’interagit ni avec les photons ni avec les autres composants de l’univers, si ce n’est que par les forces de gravité.
C’est l’introduction de la matière noire. C’est le modèle CDM (matière noire froide).
 
L’essentiel de la masse de cette matière noire devrait être constituée de particules froides non relativistes lors de leur découplage thermique, pour former les grandes structures de façon compatible avec les observations.
Il existe des candidats : le neutralino ou certains neutrinos par exemple.
 
REMISE EN QUESTION DES THEORIES DE BASE.
 
Il existe d’autres théories qui pourraient expliquer les phénomènes précédents, mais il faudrait « toucher » aux théories de base.
 
C’est le cas de la théorie des cordes, qui introduit à cette occasion des dimensions supplémentaires.
L’idée est que la gravité est la seule force qui peut se propager à des dimensions supplémentaires, ce qui la rend plus faible que les autres, d’où son utilisation pour expliquer la matière noire.
La matière noire serait une manifestation dans notre espace des autres dimensions.
 
Toutes les interactions qui nous sont familières (électromagnétique, forte et faible) seraient situées dans l’espace à trois dimensions, seule la gravité s’étendrait dans les autres.
 
Devra-t-on remettre en question la physique actuelle ainsi que les modèles cosmologiques, telles sont les conclusions de notre orateur.
 
 
 
 
 
Bon ciel à tous!
 
 
Jean Pierre Martin  membre de la Commission de Cosmologie de la SAF.
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