Présentation
L'essentiel est invisible pour nos yeux. L'astronomie et l'astrophysique et spécialement la cosmologie moderne ajoutent que presque tout l'univers est invisible à nos yeux et à nos moyens d'observations optiques les plus sophistiqués.
Avec la relativité générale d'Albert Einstein, l'univers est devenu, au vingtième siècle, un objet physique comme les autres, et une véritable cosmologie scientifique s'est élaborée. Pourtant, cet univers nous apparaît finalement assez étrange. Il est à plus de 95% invisible. L'analyse cohérente des observations de l'univers toujours plus lointain et plus obscur dans le cadre des lois de la physique établies par les théories physiques les plus modernes, ne conduit en effet à énoncer que 25% de l'énergie totale de l'univers serait sous forme d'une matière mystérieuse, la matière sombre et 70% de cette énergie sous forme d'une énergie encore plus exotique, l'énergie noire. Du même coup, la cosmologie devient un champ d'expérimentation précieux et unique pour tester les théories de la physique fondamentale, depuis la théorie de la gravitation jusqu'aux lois de la physique microscopique inaccessible à nos moyens expérimentaux ici-bas.
En effet, parmi les questions auxquelles cette science est confrontée, une des plus importantes est celle du contenu énergétique de l'Univers. Savoir exactement de quoi est composé l'Univers, et en quelles proportions, permet non seulement de lui donner un âge, de décrire son évolution passée et future, mais également de trancher scientifiquement la question de sa finitude ou celle de sa fin. Et inversement, une évolution supposée d'un Univers à géométrie donnée n'admet qu'un contenu énergétique fixé. C'est cette équivalence entre contenu énergétique et propriétés spatio-temporelles de l'Univers qui a conduit les cosmologistes aux deux découvertes parmi les plus mystérieuses et les plus prometteuses de l'histoire de la physique moderne : l'existence de la matière sombre et de l'énergie noire.
Alors que la matière sombre est inévitable pour expliquer à la fois les fluctuations angulaires du rayonnement fossile, la formation et les propriétés des galaxies, l'énergie noire a, quant à elle, été invoquée originellement pour rendre compte de l'accélération de l'expansion cosmique observée dans les derniers milliards d'années de son histoire. Le < modèle de concordance > de la cosmologie avance que cette énergie sombre est l'oeuvre de la constante cosmologique introduite par Einstein pour tenter d'incorporer le principe de Mach en relativité générale. Or, l'interprétation habituelle de la constante cosmologique comme énergie du vide quantique conduit à un désaccord historique de plusieurs dizaines d'ordres de grandeur entre la théorie et l'expérience ! De plus, l'énergie du vide est supposée constante partout et toujours. Dès lors, comment se fait-il qu'elle devienne observable précisément aujourd'hui ? Ceci laisserait croire que nous vivons à une époque fort particulière, voire privilégiée, de l'histoire cosmique. Est-ce une formidable coïncidence ou est-ce autre chose ?
Qu'est ce que la matière sombre et qu'est-ce que l'énergie noire ? Ce sont les deux questions gigantesques, par leur complexité, leur profondeur, et leurs conséquences scientifiques et au delà (comme nous le verrons, l'articulation de nombreuses questions de l'astronomie moderne autour de ces thématiques résonne également avec force chez les artistes et les philosophes) qui fondent l'objet de ces manifestations.
La matière sombre et l'énergie noire sont un défi pour l'astronomie à la fois observationnelle et théorique. Comment dévoiler l'invisible ? Cela se fait souvent en combinant l'observation directe de propriétés visibles, avec une interprétation théorique. La platitude des courbes de rotation des étoiles à l'intérieur des galaxies spirales serait l'< empreinte > d'un halo de matière invisible, dominant la masse de la galaxie et qui permet à l'étoile de conserver loin du centre de sa galaxie une vitesse de rotation suffisante. Les déformations par effet de lentilles (gravitationnelles et non pas optiques) aux échelles supérieures, l'échelle des amas de galaxies est de ce point de vue de même nature. Les analyses en stabilité des structures cosmiques, comme à nouveau les amas de galaxies par exemple, les analyses dynamiques de la croissance de fluctuation de matières primordiales pour expliquer aujourd'hui la formation des galaxies procèdent également de cette façon d'appréhender notre univers. L'interprétation du visible n'est possible que dans un cadre théorique fondé et nécessaire qui nous permet également d'expliquer des phénomènes physiques plus sensibles. L'observation indirecte donc de ces composantes mystérieuses que sont la matière sombre et l'énergie noire pose également des questions fondamentales lorsqu'il s'agit de déterminer leur nature. A nouveau, les contraintes observationnelles et théoriques semblent imposer que la matière sombre serait constituée de particules élémentaires encore inconnues. Il nous faut alors interroger notre compréhension de l'infiniment petit pour savoir de quelle particule il s'agit. En ce qui concerne l'énergie noire et son effet répulsif sur la dynamique de l'univers, la question est encore plus compliquée. Cette fois, il semble même que les extensions les plus aventureuses du modèle standard de l'infiniment petit ne soient pas capables de proposer un candidat satisfaisant en termes de constituant élémentaire qui supporte une telle propriété, à savoir une pression négative. C'est pourquoi, l'énergie noire, mais également la matière sombre sont également interprétées par certains, non pas comme des constituants fondamentaux mais comme des modifications fondamentales à nos lois de la physique. L'articulation avec les observations est à nouveau déterminante, il s'agit en effet alors de déterminer les moyens observationnels pour discriminer entre toutes ces interprétations.
Après un quart de siècle de recherches intenses sur la matière sombre et une dizaine d'années consacrée à l'étude de l'énergie noire, nous souhaitons organiser, en partenariat avec l'UNESCO et dans le cadre des manifestations de l'Année Mondiale d'Astronomie 2009 (http://lerma7.obspm.fr/ama09/, http://www.astronomy2009.org/), un ensemble de manifestations scientifiques qui, nous l'espérons, sera un carrefour dans le débat mondial que constituent ces deux problématiques, matière sombre et énergie noire et qui peuvent tout à fait constituer les prémices à un renouvellement aussi révolutionnaire que celui qu'a connu au début du vingtième siècle notre compréhension du monde physique.
De plus, ces deux problématiques sont d'une part à l'origine d'une évolution significative, du statut de la connaissance scientifique de la réalité physique qui intéresse les philosophes et d'autre part, elles ont inspiré l'activité artistique comme de précédentes révolutions conceptuelles scientifiques. Inversement l'oeuvre de nombreux artistes est imprégnée de la notion de noir, d'invisible, d'obscur; s'agit-il de notion de la même nature que celle dont parle l'astronome ? Ces remarques et questions nous invitent non seulement à organiser un colloque international de recherche, mais également un colloque ouvert au grand public accompagné d'une exposition où les activités d'interactivité multimédia seront nombreuses. Ces manifestations culturelles insisteront sur les mises en perspectives philosophiques et artistiques en rapport avec le thème de la nature invisible. De nombreux acteurs scientifiques renommés qui jouent aujourd'hui un rôle déterminant dans l'élaboration de la compréhension de notre Univers seront présents au colloque de recherche. Le colloque grand public accueillera également aux côtés des scientifiques, quelques artistes et philosophes. L'exposition présentera également leurs travaux.
Des questions passionnantes animeront nos débats. Le colloque grand public et l'exposition spécialement traiteront de l'histoire des moyens d'observation, des moyens modernes d'observation, de notre représentation astronomique de l'univers, du principe anthropique et de la place de l'homme au sein de cet univers, de la vraie nature de la gravitation et par conséquent de l'espace et du temps, de l'universalité des lois de la physique mise en cause par l'astronomie, de la compréhension cohérente du réel livrée par l'astronome et le cosmologiste et de notre description de l'infiniment petit, du lien Astronomie, Physique, Mathématique, Art et Philosophie.
Le colloque de recherche prévoit 8 sessions thématiques différentes qui couvrent l'ensemble de notre problématique :
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"Observational Astrophysical Aspects of dark energy and dark matter"
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"Experimental particle physics aspects of dark matter"
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"Gravitation and cosmology (Quantum gravity - M-Theory and cosmology)"
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"Inhomogeneous universes and backreaction"
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"Dark energy as a new energy component"
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"Dark matter candidates"
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"Dark energy and Dark Matter as modified gravity"
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"Theoretical and numerical aspects of cosmic structures and evolution"
Le format des manifestations que nous souhaitons organiser est identique à celui des manifestations < Le Siècle d'Albert Einstein > (http://einstein2005.obspm.fr) que nous avions organisées en 2005 dans le cadre de < l'Année Mondiale de la Physique >. Ces manifestations réalisées également en partenariat avec l'UNESCO ont connu un succès retentissant.
L'ensemble des manifestations permettra la venue à Paris d'un grand nombre de très hautes personnalités scientifiques. Plusieurs prix Nobel de physique et Médailles Fields ont déja confirmé leur présence. Le colloque grand public accueillera quelques grands spécialistes mondiaux francophones. Ils présenteront à un large public l'évolution de notre connaissance de l'Univers à travers des conférences et des tables rondes, ce colloque favorisera l'interaction de ces savants avec le grand public. L'exposition qui accompagnera l'ensemble des manifestations facilitera également les échanges entre les publics et les experts présents.
Toutes les manifestations se tiendront à Paris, du Lundi 29 juin au Vendredi 10 Juillet 2009 au Palais del'UNESCO.
L'Univers Invisible.
Energie Noire - Matiere Noire : L'Univers Outre-Noir
Lundi 6 Juillet :
9h30 - 10h15 : Bienvenue :
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UNESCO, CNRS, Observatoire de Paris et Autres institutions partenaires,
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Le Président du Comité d'Organisation des Manifestations " L'Univers Invisible " : Jean-Michel Alimi
10h15 - 11h00 :
11h00 - 11h30 : Pause - Café |
11h30 - 12h15 :
14h00 - 14h45 :
" La cosmologie contemporaine permet une description tres précise et convaincante de la nature et de la dynamique de l'Univers. En contrepoint des succes de ce modele, se dessinent également un certain nombre de difficultés et des solutions révolutionnaires voient le jour : théorie des cordes et gravité quantique proposent de nouveaux paradigmes. Sont-ils les piliers d'une nouvelle cosmologie ou de stériles hypotheses ? "
14h45 - 15h30 :
" Comment la vision de l'invisible peut-elle enrichir la science ! De la conception philosophique à la fin du XVIIIe siècle par Michell ou Laplace, à " l'observation " des trous noirs supermassif plus récemment, ce récit fait la part belle à de nombreuses dualités : dans des domaines variés de la physique, des mathématiques et même de l'épistémologie (Macro-Microscopique, Continu-Discret, Réel-Irréel,...). En déroulant le fil de l'histoire, nous tenterons de mettre en lumière tous ces aspects ambigus de ces merveilleux objets qui semble-t-il peuplent notre Univers. "
15h30 - 16h00 : Pause - Café |
16h00 - 16h45 :
16h45 - 17h30 :
" Il s'agit en nous plaçant à la fois dans la tradition d'une histoire de la cosmologie et du point de vue de la structure des théories physiques de tenter d'interroger la nécessité du recours à l'hypothèse matière noire. Est-ce une hypothèse du même genre que celle de l'éther, ou même de l'anti -univers d'Aristote? En même temps une telle hypothèse est è la charnière de questions théoriques difficiles qui organisent la cosmologie et de protocoles observatonnels très riches. Comment formuler cette réflexion qui semble se situer à un double registre?"
18h30 :Cocktail au Palais de UNESCO |
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Mardi 7 Juillet :
10h00 - 12h00 :
14h00 - 18h00 :
Dans le cadre de l'Année Mondiale de l'Astronomie.
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14h00 : Départ en car vers l'Observatoire de Meudon.
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14h45 - 16h00 : Visite guidée de l'Observatoire de Meudon.
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16h00 - 17h00 : Conférence à l'Observatoire de Meudon.
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André Füzfa :" L'héritage révolutionnaire d'Einstein: des théories de la relativité à la constante cosmologique "
" Les théories de la relativité restreinte et générale ont constitué de véritables révolutions scientifiques qui ont eu des répercussions jusque dans la technologie. Par un cheminement d'interrogations et d'expérience de pensée, je montrerai comment ces théories de la relativité restreinte et générale s'articulent et trouvent des applications dans les accélérateurs de particules, le GPS ou la description de l'Univers à grande échelle. Ces applications à la cosmologie ont conduit aux succès de la théorie du Big Bang et à la fameuse constante cosmologique, qui ouvrirait la voie aujourd'hui à une nouvelle révolution scientifique... "
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Mercredi 8 Juillet
Les trous noirs et leurs messagers |
09h30 - 10h15 :
" A quoi ressemblent les distorsions gravitationnelles causées par un trou noir ? Quelle est la dernière image qu'il soit donné de voir à un observateur atteignant son centre ? Le passage à l'intérieur d'un trou noir se traduit-il par un effet observable ? A quoi ressemblent un trou blanc, une singularité nue ou le passage par un trou de ver ? Si nombre des propriétés des trous noirs ont abondamment été étudiées depuis des décennies, relativement peu de travaux se sont focalisés sur l'aspect visuel de ces objets étranges. Dans cette conférence, je présenterai quelques résultats récemment obtenus sur ce sujet, avec de nombreuses illustrations sous la forme d'animations dont l'objectif est d'allier réalisme du point de vue scientifique à un certain souci esthétique. "
10h15 - 11h00 :
" Avec la mise en route du détecteur VIRGO et de son pendant américain LIGO, l'astronomie est entrée dans une nouvelle phase, celle des ondes gravitationnelles. Ces dernières, prédites par Albert Einstein en 1916, sont des vibrations de l'espace-temps riches en informations sur des régions de l'univers autrement invisibles, comme les trous noirs ou encore l'univers primordial. Apres une introduction aux ondes gravitationnelles et à leurs processus d'émission, nous discuterons des espoirs que l'on peut fonder sur cette nouvelle astronomie. "
11h00 - 11h30 : Pause - Café |
La matière noire, détection, nature. |
11h30-12h15 :
" Notre corps humain contient environ 20 millions de neutrinos issus du big bang et émet chaque seconde quelques milliers de neutrinos liés à sa radioactivité naturelle. Traversé en permanence par 65 milliards de neutrinos par cm2 par seconde venus du Soleil, il a été irradié le 23 février 1987 par quelques milliards de neutrinos émis il y a 150000 ans par l'explosion d'une supernova dans le Grand Nuage de Magellan. Les neutrinos sont également produits dans l'interaction des rayons cosmiques dans l'atmosphère ou dans les noyaux actifs de galaxies... Quelle est donc cette particule présente en abondance dans tout l'Univers où elle joue un rôle-clé ?
Inventé par W.Pauli en 1930 pour résoudre le probleme du spectre en énergie des électrons dans la désintégration b, le neutrino fut découvert par F.Reines et C.Cowan en 1956, aupres du réacteur nucléaire de Savannah River (Caroline du Sud). Il n'a plus depuis quitté le devant de la scène, que ce soit chez les physiciens des particules, les astrophysiciens ou les cosmologistes. Cette particule élémentaire, sans charge électrique, n'est soumise qu'à l'interaction faible, ce qui lui permet de traverser des quantités de matiere importantes sans interagir.
En 1938, H.Bethe imaginait que des réactions nucléaires de fusion étaient au coeur de la production d'énergie des étoiles, en premier lieu le Soleil. Dans les années 60, les astrophysiciens se lancent dans la construction de modeles solaires et des expérimentateurs dans la construction de détecteurs pour les piéger. Il a fallu attendre 2002 pour comprendre que le déficit de neutrinos solaires observé (le célebre "probleme des neutrinos solaires") était du à un phénomene lié à la mécanique quantique, appelé l'oscillation des neutrinos. La mise en évidence de cette oscillation a apporté la preuve décisive que les neutrinos avaient une masse non nulle.
Nous ferons le point sur cette particule fascinante après les découvertes récentes. "
14h00 - 14h45 :
" Le nouvel accélérateur du CERN représente un considérable défi. Parmi les résultats escomptés, on espère découvrir des signes de particules nouvelles pouvant expliquer la matiere noire révélée en astrophysique. "
Energie Noire : Le Mystere du XXIème siècle ? |
14h45 - 15h30 :
15h30 - 16h00 : Pause - Café |
16h00 - 16h45 :
16h45 - 17h30 :
" La révolution scientifique du 20ème siècle a débuté par la découverte ou la redécouverte de quatre constantes universelles traduisant des principes fondamentaux de limitation, la constante de Boltzmann, la constante de Planck, la vitesse de la lumiere et la constante de la gravitation. La prise en compte de ces constantes a permis de restructurer le cadre général de la physique théorique. En ce début de 21ème siecle, la situation de la physique n'est pas sans analogie avec celle qui prévalait il y a une centaine d'années : tout comme les efforts de Planck et Einstein pour réconcilier la thermodynamique et la théorie électromagnétique de la lumière ont débouché sur la mise en chantier de la physique quantique, la découverte inattendue de liens entre, encore une fois, la thermodynamique et la relativité générale a fait entrevoir de nouveaux concepts prometteurs comme celui d'holographie et permis d'envisager une " route thermodynamique vers la cosmologie quantique. " De plus, les progrès récents de la cosmologie observationnelle font penser qu'une cinquième constante universelle, aussi fondamentale que les quatre autres a peut-etre été découverte : la constante cosmologique, qui pourrait expliquer l'énergie noire. Nous discuterons les implications de cette possible nouvelle constante universelle. "
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Jeudi 9 Juillet :
9h30 - 10h15 :
" Au cours de son histoire, la physique a du régulierement affronter des problemes relatifs a des objets qualifiés de " noirs ", les plus célebres étant le probleme dit du " corps noir " à la fin du XIXe siecle et, plus récemment, celui des trous noirs. Aujourd'hui, les problemes distincts de l'énergie noire et de la matiere noire viennent s'ajouter a la liste. Il s'agit de deux entités de nature inconnue dont les astrophysiciens doivent désormais postuler l'existence pour garantir l'universalité des lois physiques.
Je traiterai essentiellement du cas de l'énergie noire. De quoi est-il question ? Plusieurs sortes d'observations ont récemment montré que l'expansion de l'univers, contrairement a ce qu'on avait imaginé jusque la, est en phase d'accélération depuis plusieurs milliards d'années. Qu'est-ce a dire ? Dans le processus d'expansion, la gravitation, toujours attractive, fait office de frein : elle tend a rapprocher les objets massifs les uns des autres, de sorte que la matiere ne peut que ralentir l'expansion. Mais ce que montrent les mesures récemment effectuées, c'est qu'un autre processus s'oppose a elle en jouant au contraire un rôle d'accélérateur. Tout se passe comme si une sorte d'anti-gravité avait pris la direction des affaires, obligeant l'univers a augmenter sans cesse la vitesse de son expansion. Quel est le moteur de cette accélération ? Personne ne le sait de façon certaine. Alors, bien conscients de leur ignorance, la plupart des astrophysiciens parlent d'une mystérieuse " énergie noire ". Mais un certain nombre d'entre eux s'offusquent qu'on puisse si facilement ajouter une telle substance de nature parfaitement inconnue au mobilier ontologique de l'univers. Ils cherchent donc d'autres explications, proposent par exemple l'hypothese que les lois de la relativité générale pourraient devenir fausses aux échelles cosmologiques. Il n'est pas nécessaire d'en dire davantage pour comprendre que l'accélération de l'expansion de l'univers engendre un terrible dilemme : ou bien on accepte de compléter l'ontologie de l'univers au nom de l'universalité de ses lois (en l'occurrence de celles de la gravitation), ou bien on remet en cause cette universalité pour éviter d'avoir a peupler l'univers de mystérieux fantômes. Le probleme de l'énergie noire apparaît ainsi comme le dernier avatar de la tension entre l'ontologique et le législatif qui n'a cessé de rythmer l'histoire de la physique, par exemple a l'occasion du " puzzle de la radioactivité beta " au cours des années 1930.
En l'occurrence, chacune des pistes envisagées expose a des difficultés, de sorte que le probleme de l'énergie noire demeure entier. Quelle est la gravité de la crise ? S'agit-il d'une crise de l'universel ou d'une crise de la complétude ? Pour la dépasser, manquons-nous de données ou sommes-nous plutôt en panne d'idées ? "
10h15 - 11h00 :
11h00 - 11h30 : Pause - Café |
11h30 - 12h15 :
13h45 - 15h15 :
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Table Ronde : " Couleurs et Perception de l'Invisible ": Michel Cassé (modérateur), Paul Egré, Nicolas Graner, Annie Mollard-Desfour, Jacques Laurans, Frédérick Tristan.
15h15 - 15h45 : Pause - Café |
15h45 - 16h15 :
16h15 - 17h45 :
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Table Ronde : " Les arrières mondes " : Jacques Arnould, Michel Cassé (modérateur), Etienne Klein, Vincent Bontems, Daniel Sibony.
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Vendredi 10 Juillet :
9h30 - 11h00 :
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Table Ronde : " La matière noire et l'énergie noire : substrat ou correction aux lois de la physique ? Vers un nouveau paradigme cosmologique ?"Jean-Michel Alimi, Aurélien Barrau, Gilles Cohen-Tannoudji, André Füzfa, Joseph Kouneiher, Pire-Stefano Corasaniti.
11h00 - 11h30 : Pause Café |
11h30 - 13h00 :
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Table Ronde : " Invisible, Inexpliqué ou Intelligible": Jean-Michel Alimi, Paul-Laurent Assoun, Jean-Michel Besnier, Michel Paty, Jean-Jacques Szczeciniarz.
14h30 - 16h00 :
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Table Ronde : "La matiere noire et l'énergie noire : réalité ou correction aux lois de la physique ? Clé de notre compréhension de l'infiniment grand et de l'infiniment petit ? "Jean-Michel Alimi, Gilles Cohen-Tannoudji, Pier-Stefano Corasaniti, Cédric Deffayet, André Füzfa, Etienne Klein, Joseph Kouneiher, François Vanucci.
16h00 :
17h30 : Cocktail de clôture, Observatoire de Paris |
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