Le premier jour de patinage, ma fille m’a dit que le plus important était d’apprendre à tomber. Avec ma déformation professionnelle, je me suis dit : regarde, le roller c’est comme la physique, où le plus important et le plus compliqué c’est d’apprendre comment les choses tombent. Et c’est que la clé de notre présence ici, de l’existence de notre planète, de notre Soleil, de notre galaxie, est qu’une partie de la matière qui compose l’univers est « tombée » à un certain endroit. Je mets ce verbe entre guillemets parce que le concept de chute n’est pas trop facile à l’échelle cosmique. Je l’explique, bien que ce soit une des grandes questions que l’humanité se pose depuis des millénaires et aujourd’hui les astrophysiciens se la posent et encore (je suis optimiste) on ne la comprend pas bien. Le sujet est tellement compliqué qu’il va me donner plusieurs semaines, et même pas alors. Je commence aujourd’hui en parlant de pourquoi les choses tombent?
Commençons par le plus quotidien, qui peut sembler le plus facile: pourquoi les choses tombent sur Terre ? Aristote disait : « Tout tend vers ce qui est naturel et une pierre tombe par terre parce qu’elles sont de même nature. Vous direz, des millénaires plus tard : facile, du fait de son poids et c’est précisément ce que dit le RAE, tomber c’est « se déplacer de haut en bas sous l’action de son propre poids ». Mais s’ils ont déjà un peu plus de connaissances en physique, ils diront : cela tombe sous l’effet de la gravité ou de la force gravitationnelle associée à la masse de la Terre. Les trois réponses sont correctes dans une certaine mesure, bien qu’elles ne décrivent pas complètement la réalité et, en fait, l’explication physique la plus avancée aujourd’hui va au-delà de ces concepts de nature, de poids et de force.
Mais je ne veux pas m’arrêter là, jamais mieux dit, parce que je veux voir comment les chutes s’arrêtent. Ce que je veux maintenant, c’est avancer dans le temps et me demander ce qui se passe après que quelque chose commence à tomber. Sous l’effet de l’accélération gravitationnelle, chaque corps augmente sa vitesse. Si l’on fait abstraction des effets de la résistance de l’air, qui doit ralentir les objets (de façon différente selon leur forme), un corps, dans ce qu’on appelle la chute libre, va de plus en plus vite. Laissons cela en suspens un instant et passons à un autre concept.
L’histoire de l’univers est comme un roman de George RR Martin, une chanson de glace et de feu éternel (jusqu’à aujourd’hui). Ce n’est que s’il y a des nuages de gaz glacés (au sens de très froid, avec des températures de -200 degrés Celsius ou moins) avec de l’hydrogène que des étoiles peuvent apparaître, qui sont des entités super chaudes par rapport à ce gaz primordial. Les étoiles meurent et leur matière, qui comprend des éléments tels que l’oxygène, le phosphore ou le fer, qui ont été synthétisés à l’intérieur, se refroidit à nouveau, étant en fait entourée d’un cosmos qui a une température moyenne d’environ -270 degrés Celsius proche de zéro absolu (moins de 3 degrés au-dessus). Ces éléments forment à nouveau des nuages froids qui se réchauffent à nouveau et donnent naissance à des planètes aux températures que nous considérons comme bénignes pour nos vies. Chaud et froid, concepts auxquels nous nous référons lorsque nous parlons de température.
La température est en fait une mesure de la vitesse des molécules d’air dans notre atmosphère ou des atomes dans les nuages de gaz qui composent les étoiles. Et ici, nous introduisons ce dont nous avions besoin pour continuer notre histoire que les choses tombent. Les choses tombent, elles vont de plus en plus vite, donc leur température augmente. Et si la température d’un gaz augmente, comment des nuages froids peuvent-ils se former ? Sans nuages froids, il ne peut y avoir de zones où le matériau devient plus dense, ce qui est nécessaire pour former des étoiles ou des planètes.
De retour sur Terre, ce qui tombe prend de la vitesse — de l’énergie cinétique dit-on — et le résultat final, qu’il sache tomber comme le patineur ou non, est d’arrêter son mouvement avec un fracas contre la surface de la planète. A moins que son énergie ne soit suffisamment élevée, le résultat de la collision sera que toute cette énergie qu’il transportait sera convertie en déformation, vibration (et donc son), chaleur… C’est-à-dire en transfert d’énergie vers les atomes du sol et de l’objet qui tombe, qu’ils se déplaceront plus rapidement, à tel point qu’ils ne peuvent peut-être plus représenter macroscopiquement un solide, mais deviennent plutôt un liquide (où les atomes ou les molécules bougent davantage) ou même un gaz.
Une fois que nous savons ce que signifie tomber sur Terre, appliquons-le à l’univers. Pour que les étoiles se forment, et les planètes et la vie avec elles, il doit y avoir des nuages froids dans lesquels la densité augmente jusqu’à ce que nous voyons sur le Soleil ou sur notre planète. Pour que ces nuages se forment, il faut que la matière tombe à un certain endroit, car l’univers dans son ensemble est beaucoup moins dense que les nuages qui donnent naissance aux étoiles. Imaginez les atomes tombant sous l’effet de la gravité, bien qu’il soit important de noter qu’il n’y a pas de haut ou de bas qui aide à comprendre le mot “chute”. Mais la gravité associée à quoi ? Et si les atomes tombent à chaque fois ils auront plus de vitesse, une température plus élevée, alors comment se refroidissent-ils pour former les nuages qui donnent naissance aux étoiles ? Parce qu’il n’y a pas de surface de la planète sur laquelle ils peuvent se tenir. Il y a encore plus de questions : est-ce que toute la matière tombe de manière égale dans ces nuages pour former des étoiles, ou y a-t-il des choses qui tombent plus rapidement ? La matière tombe-t-elle de la même manière à des échelles stellaires qu’à des échelles plus grandes, similaires à la taille des galaxies ? Comme vous pouvez le voir, beaucoup plus de questions que de réponses, j’ai déjà averti que le sujet est le plus compliqué au monde, en fait, dans l’univers, certains d’entre nous consacrent leur vie à essayer de le comprendre.
Vide cosmique est une section dans laquelle nos connaissances sur l’univers sont présentées de manière qualitative et quantitative. Il vise à expliquer l’importance de comprendre le cosmos non seulement d’un point de vue scientifique mais aussi d’un point de vue philosophique, social et économique. Le nom “vide cosmique” fait référence au fait que l’univers est et est, en grande partie, vide, avec moins d’un atome par mètre cube, alors que dans notre environnement, paradoxalement, il y a des quintillions d’atomes par mètre cubique, qui nous invite à réfléchir sur notre existence et la présence de la vie dans l’univers. La rubrique est composée de Pablo G. Pérez Gonzalezchercheur au Centre d’Astrobiologie et Eva Villaverchercheur au Centre d’Astrobiologie.
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