lundi 9 décembre 2013

Le big bang: phénomène entropique ou anti-entropique ?

D'après Ilya Prigogine, le chaos est l'état naturel des particules microscopiques et ce n'est que l'état d'équilibre macroscopique (C'est à dire la présence d'un attracteur) qui empêche ce chaos microscopique et l'instabilité fondamentale du système de se manifester.

Lorsque les particules quantiques s'entrechoquent, elles créent des corrélations irréversibles mais l'état d'équilibre empêche cette irréversibilité de se manifester au niveau macroscopique.
C'est en bousculant cet équilibre (par exemple par un apport d'énergie) qu'on fait apparaître un ordre nouveau, c'est à dire un nouvel équilibre macroscopique et un nouveau régime de fonctionnement (par exemple: la convection)

L'explication de ce phénomène (la convection) résulte de l'amplification de certaines fluctuations microscopiques, qui rentrent en résonance et conduisent à créer le courant de convection.

Mais le fait qu'un système quitte l'équilibre ne résulte pas forcément du fait d'un choc ou d'un apport d'énergie externe. Cela peut aussi bien venir du fait qu'il a franchi son horizon temporel, c'est à dire dépassé le temps de Lyapunov. Ainsi la stabilité du système solaire n'est qu'une illusion et à l'horizon du temps de Lyapunov (environ 200 millions d'années), l'instabilité fondamentale du système solaire, comme de n'importe quel système dynamique conduira inévitablement à un nouveau régime de fonctionnement, aussi imprédictible que le climat dans 6 mois.

Si le big bang avait jusqu'à présent été perçu comme une création, par définition anti-entropique (menant au créationnisme), Prigogine et Stengers en donnent une explication exactement inverse.

D'après eux, le big-bang et la création de toute la matière de l'univers serait le résultat d'une énorme explosion entropique résultant des fluctuations quantique du vide.
En effet, dans la théorie quantique, le vide n'est pas neutre. Son énergie peut être fixée à n'importe quelle valeur arbitraire. Cela a pour conséquence que dans le vide quantique se forme sans cesse des particules et des antiparticules dont la somme énergétique est nulle.

Les scientifiques estiment que dans le temps précédent le big bang et l'apparition de la matière, la matière et l'antimatière étaient présentes en proportions équivalentes. On bute encore sur la raison pour laquelle notre univers serait aujourd'hui constitué principalement de matière plutôt que d'antimatière (ou vice-versa), mais l'existence de chocs avec corrélations et la possibilité d'une amplification des fluctuations microscopiques pourraient constituer une explication raisonnable de l'apparition de l'univers.

Einstein avait émis l'hypothèse que la gravitation agissant comme une force d'énergie négative stabilisait l'univers. Il avait même émis pour cela l'hypothèse d'une constante cosmologique qui lutterait contre la gravité et éviterait le "big crunch" dû à la gravitation.
Il revint plus tard sur cette explication suite à la découverte de l'expansion de l'univers.
Mais le succès de la théorie du big bang et de l'expansion de l'univers montrent que la gravité joue un rôle de plus en plus faible dans notre univers et que le vide prend une place de plus en plus importante.
Si bien que si c'est la gravitation qui stabilise l'univers, l'expansion de l'univers génère une présence de vide de plus en plus important, affaiblissant la force de gravité (inversement proportionnelle aux distances) et générant une instabilité de plus en plus grande du vide.
Cette instabilité pourrait conduire à l'amplification des fluctuations du vide quantique et générer un nouveau big bang ou un nouveau régime de fonctionnement de l'univers (totalement imprévisible, aussi imprévisible que le climat).
En tout cas, l'instabilité du vide quantique couplée à la loi de croissance de l'entropie constitue une explication raisonnable du big bang et de plus, compatible avec la théorie thermodynamique.

Sources:
"Entre le temps et l'éternité" - Ilya Prigogine et Isabelle Stengers
"Discours sur l'origine de l'univers" - Etienne Klein
"Petit voyage dans le monde des quantas" - Etienne Klein

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