• Que nous apprend la supernova?

La photodésintegration qui est l’inverse de la nucléosynthèse ou de la fusion nucléaire est aussi une réaction nucléaire qui est induite par l’intense flux de photons (>10⁹°K) dans la région centrale des étoiles massives. De grands noyaux, comme ceux de la silice et ceux du fer, sont fragmentés en de plus petits noyaux et en particules élémentaires. De telles réactions sont endergoniques et absorbent donc de l’énergie. Quand la température centrale de l’étoile atteint les quelques 5 billions degrés kelvins (5x10⁹°K), la matière et le rayonnment énergetique sont en équilibre, et les photons ou/et les rayons g, ont suffisamment d’énergie alors pour désintégrer les noyaux des atomes et produire des neutrons conformément à la réaction portée ci-dessus. Ces réactions de photodésintégration sont très endothermiques (endergoniques utilisant 100 Mev chacune) et rompent l’équilibre thermo-gravitaire au centre de l’étoile qui s’écrase sur elle-même. Cet écrasement et l’augmentation de la densité qui lui a été consécutive entraîne encore une plus grande élévation de la température et de l’énergie cinétique au centre de l’étoile de telle sorte que les particules a - les noyaux d’hélium - les premiers noyaux à avoir apparru dans l’univers, sont eux-même, désintégrés. Tous les noyaux des atomes, issus de la nucléosynthèse, ont été alors désintégrés et le coeur de l’étoile ne contient que des protons, des neutrons et des électrons. Cependant les électrons (étant des fermions comme les protons et les neutrons et les plus mus par cette élévation de la température) ne peuvent pas être comprimés sans voir leur énergie cinétique s’élever énormement. Celle-ci devient très vite supérieure à celle qui est nécessaire pour amener leur écrasement sur le proton et produire un neutron. Après que tous les électrons eurent été absorbés par les protons, l’étoile, dépourvue de la composante qui limitait, de façon significative, la gravité voit son coeur se collaber à un rythme accéléré. Cet écrasement de l’étoile sur elle-même s’arrête finalement par suite de la répulsion mutuelle des neutrons qui composent entièrement son coeur alors. L’étoile devient alors une étoile-neutron et sa densité est comparable à celle des noyaux d’atomes. Quelques minutes seulement se sont écoulées alors depuis que le collapsus ait débuté et l’atmosphère de l’étoile, où quelques réactions nucléaires se produisaient encore, se met à tomber sur la région centrale. Les gaz atmosphériques, brusquement ainsi comprimés, s’échauffent très rapidement, entraînant une augnmentation du rythme des réactions nucléaires et, soudainement, l’explosion de l’atmosphère de l’étoile. Ainsi se produit la SUPERNOVA qui peut être observée à des distances astronomiques énormes.
     Pendant la neutronisation de l’étoile qui devient alors structurée comme un onion, quelques neutrons ainsi formés viennent à être capturés par l’atmosphère et viennent à former les noyaux des atomes lourds, comme l’uranium, dans la classification périodique des éléments. Ils sont présents dans notre "univers" (différent de celui des étoiles-neutrons et des trous noirs) parce qu’ils sont expulsés de l’étoile massive lors de la supernova.
     




• Un corps noir cosmique peut-il s’évaporer? Peut-il subir l’implosion? La fin dernière (The ultimate death)

  À la suite de l’implosion de l’étoile dont l’explosion de l’atmosphère a été à la base de la supernova, un horizon noir ou invisible où aucune matière ne peut y demeurer, le trou noir cosmique, enveloppe l’énorme masse restante de l’etoile qui s’isole ainsi de notre univers. Stephen Hawking pense que trou noir peut s’évaporer, par la suite, et qu’il engendre de la matière - des électrons - à sa périphérie - par la capture et la dégradation du photon au niveau de l’évennement-horizon puis par l’entunellement de l’électron ainsi formé, mais il faudrait, également, un temps énorme et incertain, nous renvoyant au QUANTUM⁷ et a la SINGULARITÉ⁸, avant que cette matière, ainsi engendrée, reforme des atomes comme ceux qui sont à la base de l’univers visible actuel.

   Pour resoudre l’énigme posé par la notion de singularité, Stephen Hawking inventa la notion de temps virtuel ("imaginary time") qui est le temps antérieur à tout ce que nous puissons observer dans notre univers et élimine, de ce fait, la main d’un créateur, i.e., l’issue d’un univers à partir de rien. La notion du temps virtuel ne nous empêche pas d’ailleurs de faire des hypothèses sur l’existence au cours du temps virtuel. Le texte qui suit vous en jettera quelques lueurs




• La matière peut-elle être créée de l’énergie? Commencement ou résurrection (Birth or rebirth) - Problème de l’univers cyclique

On peut voir plus haut que lors des processus qui mènent à la production de la supernova, il y a vraiment une production de matière ou une augmentation de masse de 0,023 amu (atomic mass unit) à partir de l’énergie des photons requise pour la photodésintegration de la matière formée lors des réactions de nucléosynthèse durant la vie de l’étoile. L’énegie peut être produite de la masse et, inversement, celle-ci produite de l’énergie.




• Pourquoi en serait-il une singularité, ce point virtuel de l’univers sensible vers lequel ses coordonnées tendent infiniment, telle que prédite par la relativité?


En effet, l’énergie absorbée durant la photodésintegration est de loin supérieure à celle qui est libérée au cours de la fusion nucléaire. Ainsi, seulement une faible fraction de la matière dans l’univers est convertie en une énorme quantité d’énergie alors qu’une énorme quantité d’énergie est nécessaire pour former une petite quantité de matière, ce qui rend possible un déséquilibre entre la désintégration de la matière et la formation de la matière dans l’univers. L’implication majeure est qu’il y aurait une fin des temps ou l’univers serait de toute matière^a, une masse énorme conduisant à un trou noir ultime qu’on pourrait encore identifier a une singularité, telle que prédite par la théorie de la relativité générale. Bien entendu, avant d’en arriver là, plusieurs scénarios seraient possibles, mais la singularité resterait un algorithme valable.



• Redéfinir encore et généraliser davantage la notion de gravité. Peut-on unifier la physique quantique et la relativité? Un pas vers la théorie de tout!!

Pour Newton, tout objet dans l’univers en attire un autre avec une force qui dépend du produit de leur masse, divisé par le carré de la distance entre eux. La force gravitationnelle entre les deux objets peut être exprimé, des lors, par l’équation suivante:

F = GMm/d2
où F est la force d’attraction, G la constante universelle de la gravitation, M et m les masses respectives de chaque objet, et d la distance entre eux. Cette loi s’applique à tous les objets dans l’univers. Par conséquent, elle est connue comme la loi universelle de la gravitation .

Cette notion de gravitation a été modifiée par Einstein beaucoup plus tard. Celui-ci a décrit la gravitation comme une courbe dans l’espace et le temps. Celle-ci ne devrait plus être considérée comme une force simple, parce qu’elle s’exerce dans toutes les directions. Ainsi comprise, la gravitation façonne la géométrie de l’espace et du temps.




• Que devrait être appelé un graviton, ce quantum de gravité, d’après les définitions classiques de celle-ci, celles de Newton puis d’Albert Einstein?

Quelques Définitions: La gravité est définie classiquement comme la force universelle de l’attraction terrestre. Plus particulièrement, la gravité est la force d’attraction entre deux objets. En relativité générale, la gravité est la relation qui existe entre deux systèmes de coordonnées accelérés l’un par rapport à l’autre.

   À cause de la relation qui existe entre la force et l’énergie et à la suite de la découverte de Max Planck, l’énergie voyage ou est émise sous la forme unitaire de paquets d’énergie. C’est ce paquet unitaire d’énergie qui mérite l’appellation de graviton lorsqu’un corps se trouve dans un champ de gravité où les composantes peuvent changer.




• Que devrait être appelé un graviton, d’après une nouvelle théorie de la gravitation universelle? Un graviton peut-il être assimilé à une particule? Si non, un graviton se déplacerait-il plus vite qu’un photon? (Au delà d’Einstein)

Parler de graviton et assimiler l’unité de l’énergie gravitationelle à un paquet ou une boule d’énergie serait pratiquement lui conférer des qualités d’une particule. Cependant, il est fort peu probable que l’énergie gravitationelle s’exerce de facon intermittente, lorsque seulement deux corps sont en présence. Cette hypothèse est plus facilement acceptable lorsqu’il s’agit de plusieurs corps mobiles faisant interférence et donnant lieu à la distorsion temporelle. Dans l’univers rempli de matière mobile, une telle hypothèse pourrait être vérifiée. Ainsi comprise, la notion de graviton ou, plus précisement, d’onde de gravité ne pourrait être comprise qu’à la lumière de celles d’interférence, de la réflexion-réfraction et de la distorsion relativistique et serait fonction de la distance, de la position et du sens déplacement des corps (effet doppler). Une telle vérification serait assez difficile au laboratoire. Considérée plutôt comme une onde, il est difficile de concevoir l’onde de gravité se déplaçant plus vite que le photon, mais n’ayant pas besoin de support matériel, sa vitesse serait proche de celle la lumière. Enfin, les effets des astres, telle que la lune, sur les phénomènes terrestres, comme la marée montante et la maréée descendante et les éclipses, peuvent fournir des données appréciables sur la vitesse de déplacement de l’onde de gravité.




• Le problème de la loi de la plus grande entropie

Nous avons vu que les réactions qui donnent lieu à la formation de la matière à partir de l’énergie des photons et qui se passent sur les étoiles massives juste avant la supernova et au niveau des trois noirs cosmiques sont très endergoniques. Elles consument plus d’énergie qu’il en naît et conduirait à une diminution de l’entropie de l’univers. Cependant, comme je l’ai si bien montré sur mon schéma classique de l’évolution de l’univers, et comme le savant cosmologiste Stephen Hawking l’a souligné, "les trous noirs sont réellement chauds", cette énergie se retrouverait principalement sous la forme de chaleur. Le résultat serait encore une augmenation de l’entropie universelle dans cet univers en ébullition.




• Les difficultés de la théorie du Grand éclatement ("Big Bang") et le problème de la matière-antimatière

La théorie du Grand Éclatement (ang., Big Bang theory) qui est universellemnt acceptée en cosmologie est celle du début de l’univers et dérive des équations de champ d’Einstein. Les solutions apportées par le physicien Friedman et d’autres physiciens, comme Lemaître et de Sitter, à ces équations puis les découvertes de Hublle sur la déviation vers le rouge de la lumière spectrale des galaxies et de Wilson sur le bruit cosmique d’arrière-fonds n’ont fait que la confirmer. Cependant , les modèles proposés par les différents maîtres de la physique et de la cosmologie ont différé l’un de l’autre.
    Cette théorie présume que l’univers, à son début, était très chaud et très dense, étant probablement né d’un évennement semblable à une explosion cosmique et que depuis lors, l’univers n’a cessé de s’élargir et de se refoidir. D’après cette théorie, également, au début de l’univers, toutes les forces physiques - gravité et forces qui contribuèrent à la formation de la matière - étaient unies entre elles et toutes les lois de la physique ne faisaient qu’une. D’autres astronomes, comme Linde, ont apporté, par la suite, des modifications - dont celle de l’inflation initiale - à cette théorie uniformiste pour la rendre plus acceptable.
    Cette théorie a de nombreuses implications, particulièrement dans le champ de la physique des éléments. La première est la prédominance de la matière dans l’univers sur l’antimatière qui peut etre observée parfois et dans certaines conditions. La seconde est le fait qu’il soit plausible de définir une théorie unifiant les diverses branches de la physique. La troisième est que le modèle prédit que l’univers est en expansion et probablement continuera dans ce sens.
    Néammoins, un problème se pose avec cette théorie, c’est qu’elle n’a pas prévu l’abondance de l’antimatière et de la matière invisible comme il en découle des observations de l’univers et qu’il ne dit rien à propos de ce qui avait pu être avant le Big Bang. S’agirait-il d’une création?? Stephen Hawking, dans son livre intitulé Imaginary Time ou Temps Virtuel va en deçà ou delà du Big Bang et nous laisse présumer qu’il n’en est rien.




• L’ALGORITHME

  C’est un procédé récursif, partant d’une prémisse ou/et d’une observation données, et allant d’étape en étapes consécutivement liées pour la solution ou l’explication d’un problème. Néammoins, la prémisse initiale peut être fausse, le point initial de départ peut être entaché d’erreurs. A propos du "Big Bang", a-t’il existé une soupe primordiale? Si oui, peut-on inférer, sans aucun doute, que celle-ci soit le point de départ de l’univers? Peut-on l’extrapoler à tout l’univers? Une grande partie de l’univers, la plus grande partie, n’est-elle pas faite d’inconnus? N’y a-t’il pas beaucoup de matière noire et beaucoup de choses qui ne sont pas observables ni mesurables?
      En fait, la théorie de la Grande Explosion ne s’applique qu’à l’univers visible, celui qui peut être observé et mesuré. Toute extrapolation peut devenir très hazardeuse.
     Il est maintenant le temps de rétablir la crédibilité de la position d’Einstein (il avait refusé la théorie du Big Bang) et, surtout de faire la distinction entre le physicien et le mathématicien, entre la physique cosmologique et la mathématique cosmologique. La physique cosmologique ne peut saisir que ce qui est observabke et ce qui est mesurable. La mathématique cosmologique est la seule qui peut y aller au delà.

En résumé, la THÉORIE DE L’ÉVOLUTION DE L’UNIVERS, i.e. du COSMOS ou des ensembles cosmiques, est celle de son passage de son état actuel à un état plus ou moins singulier^* que la science essaie encore de déterminer avec plus ou moins de précision. Elle est aussi celle de la formation de la matière telle que nous la connaissons à son origine, et de son évolution ou sa transformation subséquente, sur les étoiles et dans les systèmes solaires, conduisant à l’apparition progressive des divers élements de la classification périodique des éléments de notre univers. Elle est encore celle de l’involution de la matière, au niveau des trous noirs cosmiques, et de sa disparition éventuelle en tant que telle (qu’elle est connue par l’esprit humain). Elle est, enfin, celle de l’évolution de l’énergie ou des diverses forces, engendrées par la matière, dans cet univers, qui les unissent et agissent sur celle-ci. Cette théorie qui suit l’exemple tracé à la science par la théorie de l’évolution des êtres vivants (qui écarta toute allusion à la création divine) ne sera complète que lorsqu’elle pourra définir tous les états possibles de la matière ou, du moins, de l’univers en évolution, mais les hommes ne pourront, peut-être, se contenter que d’une grossière approximation. (Dr. Roger Qualo)





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¹ Elle a depuis lors réapparu dans le calcul d’une limite à l’expansion de l’univers

² Stephen Hawking explique mieux son idée dans A Brief History of Time

³ Jusqu’a présent, les mathématiques s’appliquent difficilement à cette théorie et doivent se conformer aux observations, plutôt que le contraire, (en particulier, en ce qui a concerne l’âge de la terre et celui des phénomènes évolutifs)

⁴ Ceci n’a été possible que plus tard avec les progrès de la paléontologie, la science des fossiles

⁵ Parce qu’on ne peut évaluer ou inférer la taille d’une singularité (ce point 0 vers lequel les coordonnées d’espace-temps, de volume-masse et de température-énergie tendent, indéfiniment ou infiniment,) et parce que la production de corps très massifs est un phénomène quantique, en ce sens qu’il est difficile de prédire ou d’inférer la taille d’un trou noir, un univers cyclique ou oscillant est à écarter et la constante cosmologique éliminée, définitivement, alors.

⁶ Une théorie de l’évolution de l’univers n’est pas une théorie de toute chose (ang., T.O.E. ou Theory of Everything)

⁷Une théorie de l’évolution de l’univers, bien qu’elle peut ne pas en être une théorie de tout, ira nécessairement du plus grand au plus petit dans cet univers et englobera la relativité et la mécanique quantique.

⁸Celle-ci est ce point 0 ou convergent indéfiniment (infiniment) les coordonnées d’espace-temps, de volume-masse et d’énergie-température et à partir duquel la soupe primordiale formée de l’implosion de l’univers (de l’implosion des "trous noirs") explose en étoiles après avoir reformé le carburant initial.

⁹Contrairement à la machine à vapeur, la chaleur produite dans l’univers est rutilisée à des fins productives (ou de travail) comme, par exemple, le réchauffement du globe terrestre pour permettre la prolifération de la vie.

¹⁰*Stephen Hawking par ses calculs mathématiques trouva qu’au voisinage des trous noirs, plus précisement à leur évennement-horizon, la matière la plus abondante de l’univers - la lumière - y pénètre en échange d’un électron, écartant, presque de ce fait, la croyance que le trou noir cosmique n’émet pas de rayonnemnt ou, en langage vulgaire, que rien ne peut s’échapper du trou noir.

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^a En fait, il n'est pas du tout sur que ce qui se trouve dans le trou noir cosmique soit de la matiere, du moins pas telle que nous la connaissons; cela pourrait etre une troiseme forme de l'existence de la nature, de manifestation de la nature, tout comme la matiere et l'energie le sont; il est aussi a remarquer que la production de la matiere est plus difficile que celle de l'energie et que la fin viendrait, non pas comme une consequence de ce desequilibre entre les deux manifestations communes de la nature, mais de la capture de l'energiecosmique par suite de la gravite enorme qui regne au voisinage des "black holes", les trous nois cosmiques et de la longue deisntegration de ceux-ci.