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13 mars 2006
par Jean-Paul Baquiast

Trous noirs ou étoiles à énergie noire (gravastars)

L’opinion publique éclairée (celle des lecteurs de revues scientifiques de vulgarisation) s’était habituée à l’existence possible des trous noirs. Voici une vingtaine d’années que les cosmologistes théoriciens nous avaient convaincu qu’en application de la relativité générale (RG) les étoiles d’une masse adéquate (supérieure à celle de notre soleil) devaient, après avoir épuisé tout leur hydrogène, s’effondrer sur elles-mêmes sous l’effet de la gravitation. Le nouvel objet extrêmement dense ainsi formé pouvait, dans certaines conditions, atteindre une densité telle qu’il se transformerait en Singularité, c’est-à-dire en un nouvel objet non descriptible par les lois de la physique ordinaire. Ses dimensions seraient inférieures à celle du point mathématique, autrement dit il disparaîtrait de notre espace. Mais sa masse serait telle qu’elle continuerait à attirer les particules situées à son voisinage. Celles-ci seraient avalées, au terme d’un processus d’accrétion. Elles ne pourraient plus en ressortir. Le temps s’y arrêterait. L’information engloutie y serait à jamais perdue. D’où le nom de trou noir donné à la nouvelle entité. Mais le trou noir resterait présent dans notre univers. Bien qu’invisible, il continuerait à exercer différents effets sur son environnement, soit directement soit à ses frontières, effets mesurable par nos instruments(1).

L’hypothèse du trou noir (selon laquelle une étoile massive s’effondrant gravitationnellement sur elle-même donnerait naissance à une Singularité au-delà de laquelle se trouverait un autre univers dont la physique relativiste ne pouvait rien dire ) a rejoint celle selon laquelle notre univers actuel serait né d’une autre Singularité, le Big Bang. Celle-ci a été émise à la suite de diverses observations astronomiques, paraissant démontrer la fuite des galaxies et l’expansion de l’univers. En remontant l’histoire à l’envers, on à imaginé un évènement unique générateur, le Big Bang. On sait que de plus en plus de physiciens remettent en cause le concept de Big Bang, mais celui-ci demeure encore fermement implanté. On pourrait dire que le Big Bang représente l’émergence du temps et de l’espace dans notre univers. Autrement dit, il marque la frontière au-delà de laquelle commence le règne de la physique relativiste.

Mais à la question constamment posée : «Qu’est ce qu’il y avait avant le Big Bang ?» les physiciens relativistes ne peuvent rien répondre de précis. La barrière de la Singularité, autrement dit de l’inconnaissable, délimite pour eux dans les deux sens les limites de l’intelligibilité, la limite avant (avant le Big Bang) et après (après l’effondrement gravitationnel). On sait que dans les hypothèses qui avaient encore cours il y a quelques années, selon lesquelles l’univers pourrait, après une phase d’expansion, se contracter à nouveau et s’effondrer sur lui-même, au cours d’un évènement baptisé Big Crunch, on retrouvait la Singularité initiale et la question de l’avant l’univers, transformée en question de l’après. L’univers, après le Big Crunch, dans ce cas, pourrait sans doute devenir un gigantesque trou noir.

Il est difficile sinon impossible de refuser les modèles de trous noirs si l’on s’en tient à la RG. Cette dernière a été vérifiée, depuis Einstein, par des expériences si nombreuses qu’elle ne parait pas contestable, tout au moins quand on s’en tient aux postulats posés par Einstein lui-même et jamais remis en cause depuis. Le concept de trou noir est donc devenu quasi incontournable. Toute une littérature s’est développée autour de lui, y compris dans des domaines qui relèvent d’une cosmologie théorique encore invérifiable aujourd’hui faute des instruments adéquats, cosmologie que certains estiment confiner à la métaphysique. Pour ne citer que des exemples récents, évoqués dans cette revue, le physicien Paul Wesson explore l’idée qu’un trou noir comporte plus de 4 dimensions, et que l’une de ces dimensions supplémentaires, en l'espèce la 5e, convenablement développée, pourrait rendre le trou noir habitable. D’où la conclusion qu’il en tire : peut-être vivrions nous à l’intérieur d’un gigantesque trou noir, aux dimensions de notre univers. Mais, comme nous allons le faire plus en détail ci-dessous, dans cette approche, Paul Wesson tente d’établir un pont entre la RG et la mécanique quantique (MQ) afin de décrire le « vide » qui se trouverait au-delà des Singularités relativistes et qui constituerait en fait le tissu même d’un univers profond(2).

Avant Wesson, de nombreux scientifiques ont utilisé le concept de Big Bang (et corrélativement celui de trou noir) comme brique fondamentale pour élaborer un modèle darwinien de l’évolution cosmologique. Nous avons précédemment indiqué que dans un de ses ouvrages, le physicien de la gravitation quantique en lacet Lee Smolin avait fait la supposition que, dans l’hypothèse des univers multiples, les univers surgissant en permanence évoluaient en concurrence les uns avec les autres, et que les plus aptes à se reproduire le faisaient en générant un plus grand nombre de Big Bang que les autres, certains de ces Big Bang pouvant se révéler plus féconds que leurs concurrents en ce sens qu’ils donneraient naissance à des univers favorables à la vie. L’hypothèse a été reprise récemment par James Gardner dans l’ouvrage Biocosm dont nous avons rendu compte(3). Il reste que ces diverses hypothèses, si elles se situent à l’intérieur des contraintes de la physique relativiste, se heurtent, pensons-nous, à la barrière de la Singularité. Comment, par exemple, un univers rendu intelligent, comme le nôtre, à supposer que ce soit le cas, pourrait transmettre à un bébé-univers qu’il voudrait rendre capable de se doter d'une intelligence supérieure à celle de son père les informations nécessaires à ce gain de connaissances, si toute information était détruite par le passage obligé à travers l’horizon d’un trou noir? La connaissance serait perdue et ne pourrait donc pas se retrouver au sein d’un nouvel univers, né d’un nouveau Big Bang.

Le vide quantique

Mais, comme tous les lecteurs de revues de vulgarisation le savent depuis longtemps déjà, les physiciens tentent d’établir un pont entre la physique relativiste, amplement démontrée aux échelles cosmologiques et la mécanique quantique (MQ) elle-même amplement démontrée et incontournable, aux échelles microphysiques et même, dans certains domaines, aux échelles de la macrophysique, celle que nous utilisons tous les jours dans d’innombrables appareils et instruments. Il ne s’agit pas ici de résumer l’état du dialogue difficile entre les deux physiques, à la recherche d’une théorie du Tout (dite parfois M. Théorie) qui pourrait se résumer en une formulation mathématique commune. Bornons nous seulement à l’actualité récente, qui nous reconduit aux trous noirs et à la question de savoir ce qu’il y aurait, derrière un trou noir ou avant un Big Bang.

On dit généralement aujourd’hui, qu’en amont et en aval de ces évènements se trouve le vide quantique, lequel constituerait le tissu même de l’univers profond. Le concept de vide quantique nécessite de faire appel au formalisme de la MQ. Nous n’allons pas nous y risquer ici. Bornons-nous à dire que le vide quantique serait loin d’être vide. Ce serait au contraire un trop-plein bouillonnant. La physique quantique parle d’ailleurs moins de vide que d’énergie du vide.

En physique classique, le vide est une simple absence de matière ou d’énergie. Il s’agit d’un pur concept. Selon la MQ, au contraire, le vide est empli de particules virtuelles qui apparaissent dans notre univers observable et en disparaissent de même. Cette activité, dénommée fluctuation quantique correspond à une énergie propre du vide, l’énergie de point zéro (zero-point energy) qui, si le vide était un continuum, serait infinie(4). On suppose généralement que l’on pourrait identifier en théorie la plus petite unité de vide, pour laquelle l’énergie de point zéro ne serait pas infinie mais encore énorme. Dans cette optique, chaque millimètre carré de vide contiendrait assez d’énergie de point zéro pour créer un nouvel univers. Selon la théorie quantique des champs (quantum field theory), chaque particule que nous observons correspond à l’excitation (une onde) d’un champ sous-jacent du vide, et c’est seulement l’énergie de l’onde que nous pouvons détecter. De même, à la surface de l’océan, nous pouvons mesurer la hauteur des vagues sans pouvoir mesurer nécessairement la profondeur de l’océan. Mais en ce qui concerne l’énergie de point zéro, certains effets peuvent en être observés par nos instruments. C’est ce que montre par exemple l’effet Casimir(5).

L’effet Casimir a l’intérêt de nous introduire dans un domaine de la physique en pleine émergence, c’est le cas de le dire. C’est celui consistant à mettre en évidence des effets quantiques se manifestant à l’échelle macroscopique. Nous avons précédemment présenté l’ouvrage que, à tort ou à raison, nous pensons fondateur, celui du physicien Robert Laughlin(6). L’auteur base tout son plaidoyer pour une physique différente sur les cas qu’il connaît bien, puisqu’ils lui ont permis d’obtenir son prix Nobel, ceux des matériaux super-conducteurs et super-fluides. Ces matériaux, à certaines conditions de température, enregistrent des transitions de phase qui ne sont pas descriptibles par la physique macroscopique. C’est plus précisément au moment où le matériau bascule, par exemple, d’un état magnétique à un état non magnétique, que se produit l’état non descriptible, c’est-à-dire l’émergence du principe d’incertitude de la MQ. Il n’est plus possible à ce moment de décrire l’évènement en termes déterministes. Autrement dit, à des conditions de température et de pression données, on verrait ainsi s’ouvrir en ce court instant (non mesurable) une fenêtre sur le vide quantique. On parle d’un état de criticité quantique (quantum criticality).

Un article récent de l’écrivain scientifique Mark Buchanan dans le NewScientist(7), montre comment aujourd’hui le concept de criticité quantique se révèle fructueux. Il permettra peut-être de comprendre prochainement, grâce à des expériences (relativement) simples de laboratoires, les mystères de l’univers physique fondamental auxquels les futures générations d’accélérateurs de particules géants seront de leur côté censés s’attaquer. Ces expériences de laboratoires concernent l’étude, au sein d’un nombre de plus en plus grands de cristaux réputés exotiques, des évènements dits de transition de phase. C’est pendant le « point critique », celui où se trouve le matériau entre deux états d’organisation des atomes, que se produisent les phénomènes intéressants. Les modifications de températures induisent en général ces points critiques. Mais il pourrait aussi s’agir, à des températures proches du zéro absolu, de « simples » manifestations du principe d’incertitude de la MQ. A ce moment, on se trouverait en présence d’un état proche du vide quantique: des atomes gelé au zéro absolu qui vibrent cependant et des particules à courte vie émergeant et se détruisant sans arrêt. Des particules différentes de celles que nous connaissons pourraient apparaître, par exemple des particules résultant de la décomposition de l’électron et se répartissant l’une la charge et l’autre le spin de celui-ci.

On n’entrera pas ici dans des détails qui dépasseraient non seulement le cadre de cet article mais notre compétence. Il faut retenir seulement que les expériences portant sur les « cocktails quantiques » utilisant des matériaux exotiques soumis au zéro presque absolu sont conduites, en laboratoire, par ces mêmes physiciens qui, comme Robert Laughlin, s’attaquent dorénavant à la description du vide cosmologique. Autrement dit, est-ce qu’une physique de laboratoire d’université, relativement abordable en termes de moyens matériels (à condition pourtant d’abandonner les préjugés de la physique traditionnelle) ne pourrait pas donner des éclairages sur les profonds mystères de l’univers fondamental ?

Les étoiles à énergie noire (Black Energy Stars) ou Gravastars

Une gravastar (GRAvitational VAcuum STAR ) serait un objet astronomique compact que certains astrophysiciens présentent comme une bonne alternative à l’existence supposée des trous noirs, lesquels nous l’avons rappelé ne sont pas observables directement et posent de nombreux problèmes, aussi bien en cosmologie proprement dit qu’en philosophie. Le concept de Gravastar a été proposé en 2001 par les physiciens Pawel O. Mazur et Emil Mottola . Il a été développé en 2005 par le physicien George Chapline dans une note publiée sur le web(8).

Dans cette note, George Chapline rappelle ce que nous venons de dire, c’est-à-dire que la MQ n’est pas compatible avec l’hypothèse des trous noirs. Un trou noir détruit à jamais l’information contenue dans la matière qu’il absorbe. Or la MQ postule que l’information ne peut jamais disparaître de l’univers. Par ailleurs la MQ exige l’existence d’un temps absolu. Or, selon la RG, un objet tombant sur l’horizon du trou noir semble voir son temps ralentir à l’infini. Ce sont deux des raisons, qui pour lui condamnent définitivement l’hypothèse des trous noirs. Il suggère de les remplacer par l’hypothèse de l’Etoile à énergie noire ou Gravastar.

La gravastar résulterait comme le trou noir de l’effondrement gravitationnel d’une étoile de masse suffisante. Mais les phénomènes se produisant à la limite de son horizon seraient différents. Chapline suggère, pour réconcilier le modèle de l’effondrement gravitationnel avec les contraintes de la MQ, qu’une transition de phase dans l’espace des phases se produit à l’horizon de la gravastar. Il s’appuie sur l’exemple de la superfluidité, bien étudié par Laughlin et al. Si on augmente la hauteur d’une colonne d’un gaz en état de superfluidité (expérience de pensée), l’augmentation de densité devient telle qu’à un certain point, elle ralentit la vitesse de transmission du son jusqu’à la rendre nulle (ou presque). Cependant, à ce point, la MQ fait que les ondes sonores dissipent leur énergie dans le superfluide, si bien que la condition limite où la vitesse du son deviendrait nulle ne se rencontre jamais. Le concept d’infini et de singularité est donc évacué.

Dans l’hypothèse de l’étoile à énergie noire, la matière approchant l’horizon du (supposé) trou noir se désagrége en particules de plus en plus légères. Près de l’horizon, le proton lui-même se désagrège. Ceci peut expliquer les sources d’émission de rayons cosmiques hautement énergétiques et de positrons (inexpliquées autrement) que l’on détecte à l’horizon des supposés trous noirs. Quand la matière traverse l’horizon de l’étoile (car elle la traverse en partie), une partie de son énergie est convertie en force répulsive, ou anti-gravité, ou énergie noire. Cette énergie combat l’augmentation de gravité de l’astre et lui permet d’éviter de se transformer en singularité, c’est-à-dire en trou noir au sens propre du terme. L’étoile demeure une étoile, mais génératrice non plus de lumière mais d’énergie répulsive ou noire. Par ailleurs, dans certaines conditions, ce qui traverse l’horizon de la gravastar pourrait en ressortir, rebondir à l’extérieur. L’information serait-elle alors conservée ? Pourquoi pas ?

Cette hypothèse pourrait expliquer aussi où se trouverait la masse manquante, dite matière noire, nécessaire à l’équilibre entre gravité et répulsion au sein de notre univers, et que les observations astronomique ne permettent pas d’identifier. Lors du Big Bang, selon Chapline et ses collègues, les fluctuations de l’énergie du vide auraient pu provoquer l’apparition d’étoiles à énergie noire primordiales, dont la masse constituerait ainsi la matière noire dont les cosmologistes recherchent actuellement la source.

Revenons à l’étoile à énergie noire. Lorsqu’une étoile de masse adéquate subit un effondrement gravitationnel, elle ne se transformerait pas donc pas en trou noir, c’est-à-dire en une singularité dotée d’une densité virtuellement infinie. Au contraire l’espace qui l’entoure subirait une transition de phase empêchant la poursuite de l’effondrement. Il se transformerait en un vide sphérique entouré par une forme de matière super-dense.

De l’extérieur, une gravastar ressemblerait beaucoup à un trou noir. Elle ne serait visible que par les émissions de haute énergie qu’elle émettrait en détruisant une partie de la matière qu’elle absorberait. A l’intérieur, l’espace serait totalement courbé par les conditions extrêmes y régnant et par l’énergie noire orientée vers l’extérieur en émanant. Autour de cet espace de vide, se trouverait une bulle de matière extrêmement dense, analogue au condensat de Bose-Einstein(9) où toutes les particules (protons, neutrons, électrons…) seraient agglutinées dans un état quantique créant un « super-atome ». On peut penser que s’approcher d’une gravastar serait aussi destructeur pour la matière ordinaire, et plus encore pour la matière vivante, que s’approcher d’un trou noir. Mais à supposer que la barrière de l’horizon de la gravastar ait pu être franchie, l’intérieur de celle-ci serait peut-être plus confortable que l’intérieur d’une Singularité.

L’évènement du 22e Pacific Coast Gravity Meeting

L’hypothèse de la gravastar telle qu’initialement proposée par Mazur et Mottola puis reprise par George Chapline n’avait pas suscité beaucoup d’intérêt car elle reposait sur des spéculations tirées des recherches en matière de gravitation quantique. Les physiciens estimaient pouvoir résoudre les difficultés qu’elle était censée résoudre de façon plus simple – encore que rien ne soit simple en cosmologie. Abandonner l’hypothèse du trou noir était de toutes façons pour eux une perspective un peu brutale.

Mais, lors du 22e Pacific Coast Gravity Meeting tenu tout récemment, en mars 2006(10), George Chapline et Robert Laughlin ont conjointement repris l’hypothèse de Mazur, Mottola et Chapline. Chapline y a été catégorique. Pour lui, les incohérences entre l’hypothèse des troux noirs et la MQ sont telles que l’histoire se demandera comment les physiciens y ont été si longtemps aveugles. Pour expliquer ce qui pourrait se passer à la surface d’une gravastar, Chapline et Laughlin (dont les travaux sur la superconduction et l’effet Hall semblent avoir été d’un apport décisif dans cette nouvelle version de l’hypothèse) s’appuient sur les comportements bizarres d’un cristal superconducteur approchant ce que l’on appelle la transition de phase critique quantique (quantum critical phase transition). Durant cette transition, le spin des électrons dans le cristal est supposé fluctuer erratiquement, mais l’observation montre que les fluctuations ralentissent et même s’arrêtent, comme si le temps lui-même s’arrêtait.

Si un phénomène de transition de phase critique quantique se produisait à la surface d’une étoile, le temps paraîtrait s’y arrêter et la surface se comporterait comme l’horizon d’un supposé trou noir. De ce fait, la MQ qui ne peut admettre que le temps s’arrête ne serait pas violée, car le temps ne s’y arrêterait pas entièrement.

George Chapline, Robert Laughlin, rejoint par Pawel Mazur et Emil Mottola, ont appliqué cette hypothèse à la modélisation de l’effondrement d’une étoile massive. Leurs analyses prédisent une transition de phase qui crée une mince enveloppe en état de transition de phase critique quantique. La taille de l’enveloppe (shell) est fonction de la masse de l’étoile. Elle ne contient pas une singularité d’espace temps, mais au contraire un vide quantique analogue à celui du vide de l’espace. Au fur et à mesure que la masse de l’étoile s’effondre, elle est convertie en énergie qui contribue à l’énergie du vide. Celle-ci a un puissant effet anti-gravité, analogue à celui qui semble causer l’expansion accélérée de l’univers. Elle n’est pas telle cependant qu’elle fasse exploser l’étoile. De nombreux modèles montreraient que des gravastars stables pourraient exister. Elles se formeraient dans des régions où l’on supposait que se formaient des trous noirs.

Aussi ceux-ci (si le concept de trou noir était conservé – ce qui ne devrait pas être le cas) et les gravastars auraient des signatures identiques (par exemple des disques d’accrétion) ce qui les rendrait difficile à distinguer. Cependant, ils ne seraient pas totalement identiques. Contrairement aux trous noirs qui absorbent tout ce qui passe à leur portée, les gravastars pourraient restituer certaines des particules résultant de éléments de la matière désagrégée qu’elles absorberaient, par exemple des positrons résultant de la désintégration des quarks qui les traverseraient. Ceci expliquerait l’abondance anormale de positrons que l’on trouve dans le centre de notre galaxie, autour de la zone censée contenir un trou noir massif. Les émissions de rayons gamma en émanant devraient être de même fréquence que les rayons gammas reçus des bouffées gamma de très haute énergie enregistrés par ailleurs.

Pourrions nous vivre à l’intérieur d’une gravistar ? La question a été posée car pour une étoile de la taille de notre univers, la valeur calculée de l’énergie du vide à l’intérieur de son enveloppe correspondrait à la valeur de l’énergie noire calculée aujourd’hui. Chapline se demande donc s’il serait possible que nous vivions à l’intérieur d’une gravistar de la taille de notre univers. Mais une étoile d’une telle taille serait-ce envisageable ? Rien ne permettrait de l’expliquer(10).

Conclusion

Que pourrions nous retenir des hypothèses que nous venons de résumer, concernant l’existence possible des gravastars et la fin de celle des trous noirs ? Rappelons d’abord qu’il s’agit d’hypothèses encore peu admises sinon peu connues par la vaste population des physiciens cosmologistes. Elles restent de toutes façons à vérifier. Les auteurs suggèrent différentes observations qui paraissent assez faciles à faire, mais leur interprétation restera certainement matière à disputes. Nous proposons pour ce qui nous concerne de ne pas entrer dans ces querelles de spécialistes. Nous nous bornerons à prendre note de l'apparition de cette nouvelle entité dans la zoologie des êtres cosmologiques, l'étoile à énergie noire ou gravastar. Y faire allusion négligemment dans une conversation sera certainement remarqué et valorisant. Mais le concept apportera-t-il vraiment une révolution épistémologique, au-delà du fait – d’ailleurs très important- qu’il permettrait d’expliquer l’énergie noire et la masse noire ?

Nous en voyons une, et de taille. Des physiciens hétérodoxes comme Robert Laughlin et George Chapline vont dans l’avenir mener en parallèle deux types de recherches convergentes. Les unes seront conduites, comme nous l'avons dit, à l’échelle du laboratoire, afin d’explorer les états de la matière aux conditions limites. On utilisera pour cela des matériaux plus ou moins dits « exotiques » soumis aux expériences de superfluidité ou superconductivité. Les autres seront conduites aux échelles cosmologiques. Elles permettront d'étudier, grâce à des instruments à terre et des sondes spatiales, diverses émissions électromagnétiques provenant de l’univers profond. Dans les deux cas,onl’on cherchera à détecter les évènements résultant de la criticité quantique ou, pour parler plus généralement, ce qui correspondrait à ce que l’on appelle le vide quantique.

Il est clair que puisque nous sommes dans le domaine de la MQ, on ne décrira pas le vide quantique ni ce qui s’y passe par des modèles déterministes. Mais ceci ne sera pas un inconvénient, loin de là. Si nous supposons que le vide quantique est, pour reprendre le terme de Laughlin, le royaume de l’émergence, nous comprendront peut-être mieux comment, parmi d’autres émergences, la physique et, pourquoi pas, la biologie telles que nous les connaissons ont pu en émerger, comment des formes analogues ou différentes pourraient encore éventuellement en émerger.

Pour reprendre la comparaison formulée précédemment, nous sommes en ce moment comme l’étaient les marins primitifs sur l’océan. Ils ressentaient l’énergie des vagues qui les secouaient, mais ils ne pouvaient pas observer ce qui provoquait ces vagues au sein de l’océan profond. Pourtant il y avait quelque chose à observer, que nous avons progressivement appris, non pas à comprendre, mais à imaginer en termes très grossiers. Il faudrait continuer à descendre de plus en plus profond, au sein des atomes, des particules et des énergies primordiales dites aujourd’hui du vide, pour nous rapprocher de ce que l’on appelle parfois de façon poétique l’essence des choses. Ce serait là nous semble t-il une des retombées fructueuses de l’hypothèse des gravastars(12).

Notes

(1)On appelle en RG horizon du trou noir (event horizon) la frontière d’espace temps au delà de laquelle, pour un observateur extérieur, plus aucune énergie électromagnétique, incluant la lumière, ne peut lui parvenir. La lumière émise de l’intérieur de l’horizon n’atteindra jamais un observateur extérieur stationnaire. D’où le nom de trou noir. Mais ceci n’est pas vrai pour un observateur tombant dans un trou noir. L’observateur extérieur le verra approcher de l’horizon mais, dans son propre temps, il ne le verra jamais l’atteindre. Il le verra ralentir de plus en plus et émettre un décalage vers le rouge (red shift) de plus en plus marqué, tendant vers l’infini. Mais il ne le pourra pas le voir traverser l’horizon du trou noir.

(2)Enter the void. Is there life inside a black hole, NewScientist, 11 février 2006, p. 32. Les scientifiques pourront se référer à l'ouvrage récent de Wesson, Five Dimensional Physics, Classical and Quantum Consequences of Kaluza-Klein Cosmology, février 2006 par Paul S Wesson (University of Waterloo, Canada & Stanford University, USA)/ Voir http://www.worldscibooks.com/physics/6029.html

(3) Voir notre recension

(4) Sur l’énergie de point zéro, voir une présentation générale dans Wikipedia (anglais) http://en.wikipedia.org/wiki/Zero-point_energy

(5) Sur l’effet Casimir, voir une présentation dans Wikipedia (en français, mais pour mathématiciens). On trouve de nombreuses autres références sur le web. http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Casimir

(6 ) Robert Laughlin, A different Universe [voir notre recension], que nous conseillons aux lecteurs du présent article de relire attentivement, car la suite dudit article s’en trouvera éclairée. Nous y écrivions en paraphrasant Laughlin (permettez nous de nous citer) : « La réalité quotidienne est un phénomène d'organisation collective, se traduisant par des « vérités » statistiques ou probabilistes (ce qu'on dit depuis longtemps les biologistes comme les physiciens quantiques). On peut pour des besoins pratiques, dans le monde quotidien, décrire les objets macroscopiques comme des constructions d'atomes situés dans l'espace-temps newtonien, mais l'atome isolé n'est pas newtonien. C'est une entité quantique « éthérée » manquant de la première des caractéristiques du monde newtonien, la possibilité d'être défini par une position identifiable. Ceci apparaîtra non seulement dans les expériences de la physique quantique, mais dans les expériences de la physique des matériaux et des états de la matière intéressant la vie quotidienne. Les physiciens s'intéressant aux phénomènes macroscopiques doivent donc eux aussi apprendre à gérer l'incertitude née de l'émergence, considérée comme un aspect incontournable de toute « réalité » et la voie permettant d'accéder à de nouvelles découvertes.
Ceci concerne des phénomènes de la vie quotidienne, dans lesquels le public ne voit généralement aucun mystère alors qu'ils demeurent pour Robert Laughlin pleins d'inconnu. Il cite l'exemple des différentes phases permettant à la matière de passer d'un état à l'autre, par exemple du gazeux au liquide et au solide. Il s'agit de phénomènes d'organisation mal compris. On a ainsi mesuré que l'eau pouvant adopter onze phases cristallines distinctes, selon les circonstances. Certes des lois microscopiques expliquent certainement cette propriété, sinon il s'agirait d'un miracle, mais on ne sait pas montrer de façon déductive pourquoi et comment elles le font, c'est-à-dire en fait expliquer et maîtriser le phénomène d'émergence par auto-organisation qui se manifeste en ce cas.

(7) The quantum Cokctail, par Mark Buchanan, NewScientist 28 janvier 2006, p. 40. Dans son ouvrage Small Worlds (2000), comme dans le suivant, Nexus (2002) , Mark Buchanan s’est livré à des réflexions philosophiques voire métaphysiques s’appuyant sur les bases de la mécanique quantique et de la complexité en réseau. On peut le lire sans pour autant le suivre dans toutes ses extrapolations. http://www.wwnorton.com/catalog/spring02/004153.htm

(8) George Chapline. Dark Energy Stars, présentation d’une étude menée au Lawrence Livermore National Laboratory sur financement du département de l’énergie 16 mars 2005 http://www.llnl.gov/tid/lof/documents/pdf/317506.pdf . La note (anglais) est très claire et lisible par les non spécialistes.

(9) Condensat de Bose-Einstein. Voir Wikipedia (français) http://fr.wikipedia.org/wiki/Condensat_de_Bose-Einstein

(10) Voir l’article du NewScientist : Three Cosmic enigmas, one audacious answer, par Zeeva Merali, NewScientist, 11 mars 2006, p. 8

(11)Comment imaginer qu’une gravastar puisse être aussi grande que notre univers? Par ailleurs, comment pourrions nous survivre dans les conditions régnant au sein d’une telle étoile ? Peut-être pourrait-on répondre que cette taille et ces conditions ne sont pas absolues. Elles sont relatives à un observateur. Si l’observateur se trouve à l’extérieur de la gravastar, elles lui paraîtront insupportables. Mais s’il se trouve à l’intérieur, elles ne lui poseront aucun problème. L’objection a déjà été faite aux hypothèses selon lesquelles nous vivrions dans un immense trou noir. (cf note 2 précédente). Nous avons vu que Paul Wesson ne rejette pas l’hypothèse des trous noirs, mais la complète par celle selon laquelle les trous noirs comporteraient plus de 4 dimensions. La 5e dimension d’un trou noir rendrait celui-ci habitable, ce qui serait compatible avec l’hypothèse selon laquelle notre univers serait l’intérieur d’un gigantesque trou noir. Le même raisonnement devrait pouvoir être transposé, semble-t-il, aux gravastars.

(12) Le vide quantique et ses mystères sont peut-être plus proches de nous que nous ne le pensons. J’en discutais récemment avec un ami mathématicien, Gilbert Chauvet, qui rappelait que le problème de la nature des nombres premiers, dont il est impossible d’obtenir la suite par un algorithme usuel, pourrait être significatif du genre d’indéterminé profond qui nous entoure. On pourrait dire la même chose des automates cellulaires étudiés par Stephen Wolfram. Un automate cellulaire très simple génère très vite des complexités inexplicables et imprédictibles. D’où tient-il ce pouvoir ? Et d’où viennent ces complexités ?

© Automates Intelligents 2006