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13 février 2013 3 13 /02 /février /2013 16:04

L’Histoire de l’Astronomie n’est pas une marche régulière, c’est une suite d’hypothèses, d’erreurs et même de retours en arrière dont l’étude nous éclaire sur la fragilité des connaissances et nous incite à beaucoup de modestie sur la science d’aujourd’hui. Les savants du 21ème siècle ne sont-ils pas conduits aux mêmes errements que ceux des temps anciens ?

On peut en effet établir un parallèle entre les subtiles sophistications du modèle géocentrique et les non moins subtils concepts de matière noire et d’énergie sombre, deux entités bien mystérieuses, censées constituer, de très loin, l’essentiel du contenu matériel de l’Univers. Les deux affaires présentent bien des similitudes.

 

Le géocentrisme.

Assez naturellement, les hommes se sont placés au centre du monde dans la plupart des cosmologies. Puisque tous les corps célestes semblaient marquer un mouvement, c’était bien autour de la Terre, c’est-à-dire des hommes, qu’ils devaient l’effectuer.

Certes, le géocentrisme connu quelques exceptions ; en Grèce, 250 ans avant Jésus Christ, le perspicace Aristarque de Samos avait imaginé un remarquable système héliocentrique qui n’eut, hélas, guère de succès. C’est finalement le modèle dit de Ptolémée qui s’imposa et fut majoritairement enseigné pendant plus d’un millénaire et demi. Cette cosmologie publiée entre l'an 140 et l'an 150 de notre ère dans le célèbre Almageste, propose une synthèse de la vision géocentrique et relève d’une extrême sophistication. Si une vulgarisation trop simpliste n’en fait que la représentation d’un Univers centré sur la Terre, l’étude de ses détails révèle mille subtilités dont aucune n’est innocente.

Bâti sur les bases erronées que sont le géocentrisme (1) et le caractère circulaire des mouvements orbitaux, le modèle de Ptolémée ne pouvait garantir la correspondance entre les observations et la théorie qu’au prix de nombreuses règles aussi ad hoc qu’ingénieuses dont voici les principales.

Chez Ptolémée, les planètes tournent sur de petits cercles appelés épicycles dont le centre tourne lui-même sur de grands cercles : les déférents. Le centre de ces grands cercles n’est d’ailleurs pas la Terre proprement dite, mais un point légèrement décalé. Pour le Soleil c’est encore un peu différent, il tourne sur un déférent dont le centre lui-même tourne sur un petit épicycle dont le centre est le même que celui des déférents des planètes !

Le positionnement ordonné des astres et en particulier l’alignement permanent des éléments suivants : centre des déférents des planètes, centre de l’épicycle de Mercure, centre de l’épicycle de Vénus et Soleil permet de justifier le fait que ces deux planètes n’apparaissent que le soir et le matin c’est-à-dire à proximité du Soleil (en réalité dans un cadre héliocentrique, le phénomène s’explique très naturellement parce que ces deux corps naviguent sur des orbites intérieures).

Complexité supplémentaire, les centre des épicycles des planètes parcourent en des temps égaux les quatre quadrants de leurs orbites mesurés à partir du point équant c’est-à-dire du point occupant une position symétrique à celle de la Terre par rapport au centre des déférents. On voit là une grande similitude avec la loi des aires qui sera plus tard mise en évidence par Kepler (2). Ptolémée avait là fait preuve d’une haute technicité pour tenter de rendre compte de ce qu’il ignorait : le caractère non circulaire des orbites.

La vitesse des mouvements, la bonne orientation des axes liant les planètes et le centre de leurs épicycles, permettaient également au modèle de Ptolémée de rendre compte de l’étrange phénomène, dit de rétrogradation, qui semble faire revenir les planètes en arrière sur certaines parties de leurs orbites (cela est particulièrement remarquable pour Mars). Dans un cadre héliocentrique, là encore, cela s’explique très facilement par un simple effet de perspective, lorsque la Terre « double » une planète qui navigue sur une orbite qui lui est supérieure, mais dans le cadre du géocentrisme, toute cette machinerie s’avérait nécessaire (3).

Maintenant que l’Histoire a balayé son modèle nous pourrions être tentés de moquer Ptolémée et tous ceux qui l’ont inspiré. Ce serait bien imprudent, sommes-nous sûr d’agir très différemment ?

 

Matière noire et énergie sombre

Chacun sait, que l’Univers nous est largement inconnu. Les médias nous rappellent qu’il serait constitué à 95 ou même à 99 % d’une étrange matière noire et d’une plus mystérieuse encore énergie sombre. D’où viennent ces deux fantômes inquiétants ? Sont-ils bien différents des épicycles de Ptolémée ?

La matière noire a été imaginée (oui, imaginée !) à partir d’un problème de mesure des masses présentes dans l’Univers. Selon que l’on tente d’estimer la masse d’une portion d’Univers en additionnant celle des corps visibles (étoiles, nuages de gaz, poussières…) ou que l’on tente de calculer cette masse en fonction de la vitesse qu’elle imprime à ses constituants (4), l’on découvre des résultats très différents. La divergence est telle, qu’une erreur de mesure ne peut suffire à l’expliquer. La vitesse des étoiles autour du centre des galaxies, mais aussi celle des galaxies autour du centre de leur amas ou même des amas autour les uns des autres suppose une quantité de matière beaucoup plus importante que tout ce que l’on peut percevoir. Plus le phénomène est regardé à grande échelle, plus il semble manifeste. Au niveau du système solaire par contre, la matière visible suffit à expliquer le mouvement des astres et leur vélocité.

L’énergie sombre serait elle-même un constituant encore plus significatif que la matière noire. Sa présence a été établie pour rendre compte du mouvement d’accélération de l’expansion de l’Univers que les astronomes mettent en évidence depuis une quinzaine d’années. Cette accélération est contraire à l’intuition, et il y a peu encore, la majorité des chercheurs auraient parié sur le fait que la gravité « tirant » la matière en arrière allait peu à peu ralentir le mouvement d’expansion né du fameux Big Bang (5).

Dans les deux cas, nous observons bien un processus comparable à celui des épicycles. Nous nous trouvons face à des phénomènes (la vitesse des astres dans l’Univers et l’accélération de l’expansion) que nous ne savons pas expliquer dans le cadre de nos données standards (la matière visible), et nous inventons donc deux sortes d’entités, matière et énergie cachées, dont l’existence arrangerait bien le fonctionnement de nos équations. Comme pour Ptolémée et le géocentrisme en général, on peut soupçonner là la recherche de solutions ad hoc.

Il serait toutefois injuste de faire le parallèle avec Ptolémée sans précaution pour le seul plaisir intellectuel de souligner des répétions historiques. Les astronomes d’aujourd’hui connaissent l’Histoire, ils sont conscients du problème et ne se jettent pas tête baissée dans les mêmes impasses. C’est en y ayant sérieusement réfléchi, en ayant établi des équations précises, avec derrière eux une grande connaissance scientifique qu’ils ont construit ces deux explications. Pour autant, pour l’instant ni l’existence de la matière noire ni celle de  l’énergie sombres n'ont encore été validées par l’observation et la question se pose réellement. Les candidats à la matière noire ont été nombreux (petite étoiles, neutrinos, trous noir, particules diverses….) Certains ont même été conduits à envisager la remise en cause des lois de la gravité à grande échelle (6) . 

On prête à Einstein cette si jolie phrase : « Dieu est subtil, mais il n’est pas malveillant » Beaucoup ont discuté pour savoir ce qu’Einstein entendait par Dieu, certains prétendent qu’il voulait juste dire la nature, je l’ignore, mais une fois de plus, il avait vu juste, l’Univers est d’une grande subtilité.

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(1) En affirmant que ces bases étaient fausses, je commets en réalité un péché contre l’esprit, car le géocentrisme n’est pas fondamentalement erroné dès lors que l’on admet la relativité du mouvement (et il faut le faire). Si tout mouvement est relatif alors la réponse à la question : « Qui tourne autour de quoi ? » relève par définition de l’arbitraire et dépend entièrement du choix du référentiel. Disons qu’il est beaucoup plus pratique de choisir le Soleil ou au moins le centre de gravité du système solaire comme système de référence. Ce point avait été détaillé dans l’article : Relativité et ironie des idées.

(2) La « loi des aires » de Kepler stipule que les rayons vecteurs des planètes balaient par rapport au Soleil des surfaces égales en des temps égaux. Elle résulte du fait que les corps autour du Soleil parcourent plus vite (en terme angulaire comme en terme « absolu ») la partie de leur orbite proche du périhélie. La loi de la gravitation de Newton est bien sûr derrière le phénomène puisque l’intensité de la gravitation est inversement proportionnelle au carré de la distance qui sépare les corps.  

(3) Je suis bien conscient que toutes les explications ci-dessus sont difficiles à visualiser, aussi, j’invite  le lecteur à regarder sur internet les nombreux schémas qui décrivent cet ingénieux modèle.

(4) Plus un corps est massif, plus il oblige ses satellites à parcourir rapidement leurs orbites pour une altitude donnée.

(5) Cette remise en cause  est particulièrement manifeste depuis 15 ans environ, du fait de nouvelles estimations de la luminosité des supernovæ et donc de leurs distances. Ces nouvelles mesures laissent penser que la vitesse d’expansion s’accélère. Si l’évocation de cette « énergie sombre » est relativement récente, la matière noire, par contre fut envisagée avant même le milieu du siècle dernier. Notons toutefois qu’on rapproche parfois cette énergie sombre de la fameuse constante cosmologique inventée par Einstein pour permettre d’envisager un modèle d’Univers stationnaire. Là aussi, on parla d’invention ad hoc et Einstein lui-même la renia.

(6) La théorie Mond est la plus connue de ces remises en cause. Sur ce sujet, voir également, sur ce site, l'article sur le retard des sondes Pionner.

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Published by Didier BARTHES - dans Histoire
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