Le son du Big Bang ? (Mais enfin allô, quoi…)

Dans cette page intéressante à analyser, on y lit qu’un physicien a reconstitué le son du Big Bang après qu’un enfant de 11 ans lui ai demandé s’il existait un enregistrement du son du Big Bang… Le physicien a traduit les niveaux de chaleur en ondes sonores, il en est ressorti une approximation du son de l’univers entre 380 000 et 760 000 ans après le Big Bang.

Quelle condition faut-il pour qu’une onde sonore puisse exister ? Il faut nécessairement de la matière : un gaz, un liquide ou un solide. Au début de l’univers, la matière était très chaude et très dense, l’expansion de l’univers a fait chuter la température et l’univers est devenu de moins en moins dense. Mais quand le vide spatial est apparu de façon significative, les ondes mécaniques ne se propagent pas dans l’espace.

Le Big Bang avait-il un son ? Quand la matière était compacte, et sujette à des fluctuations hétérogènes locales, c’est possible. Mais il n’y avait personne pour écouter ça. Cependant, et c’est ce point qu’il faut souligner : la température et les ondes mécaniques sont deux phénomènes physiques différents. En écoutant la bande sonore sur 100 secondes, le son évolue selon une décroissance exponentielle, exactement comme la décroissance de la température cosmologique. Le physicien a traduit l’évolution de la température en ondes sonores. À ce niveau, cela s’appelle une ANALOGIE, pas une relation de causalité. C’est un contre-sens de créer une équivalence entre température et bruit en physique.

  • La température est une grandeur scalaire qui est définie par la vitesse quadratique moyenne des atomes ou molécules du milieu matériel. L’agitation thermique correspond au mouvement brownien des atomes. (voir image ci-dessous)

  • Le son est une onde produite par la vibration mécanique d’un support fluide ou solide et propagée grâce à l’élasticité du milieu environnant sous forme d’ondes longitudinales. (voir image ci-dessous)

Les boules bleues et rouges (atomes) de l’image précédente sont de minuscules points oranges en agitation constante dans la deuxième image (ils sont la cause de la température). Les cercles concentriques en propagation à travers les points oranges agités, ce sont les ondes sonores. Onde acoustique et température, ce sont deux choses différentes. Le physicien semble ne pas avoir reconstitué directement les cercles concentriques comme l’image ci-dessus, il a juste modélisé la décroissance de la vitesse du mouvement brownien (donc de l’agitation thermique) des minuscules points oranges de l’image ci-dessus.

Les résultats du satellite Planck ont montré l’image de l’univers tel qu’il était 380 000 ans après le Big Bang (pareil pour WMAP en 2003), avec des informations sur les fluctuations hétérogènes. Cependant, la bande sonore fabriquée correspond à une chronologie entre 380 000 et 760 000 ans après le Big Bang. Ainsi, d’où proviennent les données pour les époques postérieures à 380 000 après le Big Bang, sachant qu’elles doivent être aussi précises que celles de l’époque de 380 000 ans après le Big Bang par Planck ?

Je cite : «Elle a atteint les 2700°C lorsque l’Univers avait 380 000 ans. C’est alors que les protons et les électrons ont pu commencer à se combiner pour former les premiers atomes d’hydrogène et d’hélium.» http://www.franceculture.fr/emission-science-publique-que-nous-apprend-le-satellite-planck-sur-les-origines-de-l-univers-2013-03

Je cite aussi : «Planck traquera le « bruit de fond cosmologique » c’est-à-dire le rayonnement fossile de la toute première lumière de l’univers, émise 380 000 ans après le Big Bang, il y a plus de 13 milliards d’années. L’univers était alors concentré dans un volume un milliard de fois plus faible qu’aujourd’hui. En descendant à 3000 °C, sa température venait à peine de permettre aux premiers atomes d’hydrogène de se former et aux photons de se dissocier de la matière pour se déplacer librement»   http://fr.wikipedia.org/wiki/Planck_%28satellite%29

Ainsi, d’où proviennent les données entre 380 000 et 760 000 ans ?

Quel est le rôle de la vulgarisation scientifique ? Je reconnais que c’est un travail très difficile. Il faut adapter le jargon scientifique à un public néophyte. Simplifier, faire des métaphores, pour rendre la science attractive et amusante. Mais ce n’est pas sans risques. En faisant de la vulgarisation scientifique, on risque de créer de sérieux malentendus dans l’explication de phénomènes physiques. Par exemple, ici, l’analogie entre la température et les ondes acoustiques. Je pense que c’est une erreur. Néanmoins, si la science est rendue plus attrayante par ce genre de métaphore, afin de créer des vocations, je n’y suis pas opposé dans la mesure où des jeunes ayant nourri une vocation scientifique seront capables de discernement et comprendront assez rapidement que la métaphore ne correspondait pas exactement à une interprétation correcte des données scientifiques. En revanche, des néophytes risqueront de se contenter de cette métaphore simpliste… et fausse. Je pense qu’il est utile de raconter des détails supplémentaires, avec en simultané plusieurs types de vulgarisations scientifiques, afin de montrer les nuances entre la vulgarisation vulgaire (comme celle sur la santé et la psychologie à deux balles dans les magazines féminins) et une bonne vulgarisation (comme celle du physicien anglais Stephen Hawking). La vulgarisation scientifique est un art difficile, et Hawking a un réel talent. Pas besoin de diplôme scientifique pour être un excellent vulgarisateur : Jamy Gourmaud, par exemple, avec l’excellente émission «C’est pas sorcier», est un excellent vulgarisateur de la science, bien qu’il soit diplômé en Droit et diplômé en journalisme.

La vulgarisation scientifique, ce n’est pas seulement la transmission de connaissances. C’est aussi un état d’esprit. Il faut avoir un certain talent pour créer un contact réussi avec le public. Des métaphores racoleuses peuvent rendre la science attrayante, c’est vrai, mais les auditeurs doivent remettre à jour leurs propres connaissances quand ils veulent en savoir plus. Au collège, les profs présentent le modèle de l’atome comme un noyau autour duquel des électrons orbitent comme des planètes. C’est une représentation simple à comprendre pour un public débutant, mais cette représentation est fausse. Les orbitales électroniques forment un nuage autour du noyau atomique, et la position et la vitesse de chaque électron (conditionnées par la masse de l’électron) sont floues, car ces paramètres sont dotés d’un degré de probabilité, parce qu’à l’échelle atomique il n’y a pas de déterminisme. C’est le domaine de la physique quantique.

Justement, pour parler de la physique quantique, c’est une théorie scientifique intéressante. Mais très souvent mal interprétée par le public. Même les élèves de Terminale S ont des difficultés pour bien assimiler les rudiments de cette théorie, c’est normal, il faut du temps, de la concentration.

Voici des dossiers sur la physique quantique, essentiellement portés sur une problématique épistémologique :

Je pense personnellement que le premier rôle de la vulgarisation scientifique n’est pas seulement de transmettre des connaissances de base, mais de transmettre surtout les critères qui définissent ce qu’est la science et comment fonctionne la méthode scientifique, à travers le problème épistémologique de la démarcation. On ne mélange pas le vin avec le vinaigre…

Comment fonctionne la méthode scientifique ? On émet une hypothèse qui a la possibilité d’être réfutée si celle-ci est fausse. On fait une expérience ou une observation. Les résultats sont examinés. Si l’hypothèse contredit les résultats expérimentaux ou observationnels, l’hypothèse est alors réfutée, et donc rejetée, puis on émet une nouvelle hypothèse (et ainsi de suite…). Si l’hypothèse colle bien avec les faits, alors on fait une prédiction à partir des implications de l’hypothèse, et si ça colle bien avec les faits alors on crée ou modifie la théorie pour la mettre à jour. Voir le schéma ci-dessous.

methodescientifique

La subjectivité n’est pas un critère scientifique. En science, seules comptent la perception sensorielle (vision, audition…), la logique, les mathématiques, et l’intuition pour imaginer des hypothèses à tester, et surtout le critère de réfutabilité. Ainsi, les croyances et les émotions ne sont d’aucune utilité. Cette attitude peut paraître «froide» pour certains, mais les investigations de la raison ont fait leurs preuves.

On l’a vu, le critère essentiel de la science est la réfutabilité. Ainsi, le principe de la science, c’est le doute. Le doute n’est pas une attaque ad hominem ni un jugement de compétences. Le doute scientifique est basé sur l’objectivité. Des affirmations sont proposées, et sachant que toute information est potentiellement faillible, il est recommandé de les vérifier.

Ainsi, est-ce que la bande sonore réalisée par le physicien pourrait être fausse ? Ce questionnement est scientifique. Comment vérifier ? J’ai édité la bande sonore du «Big Bang» avec un logiciel : je me suis aperçu d’une anomalie. En effet, la fréquence sonore diminue, elle est l’analogie de l’abaissement exponentiel de la température cosmologique, ça on s’y attendais, mais voila, j’ai pu constater que l’amplitude du signal acoustique augmente jusqu’à atteindre un maximum à la cinquantième seconde, pour décroître ensuite pour s’éteindre à la centième seconde… Pourquoi cette amplification croissante puis décroissante ? Retraduite en terme de température, c’est un non-sens, parce que la température n’a qu’un paramètre : la température. Par contre, si on parlait en terme d’énergie et de puissance énergétique, il y aurait alors deux paramètres : l’énergie (en Joules), et la puissance (en Watts = Joules par seconde). La température, elle, est exprimée en degrés Celsius ou en Kelvins. Donc je m’étonne de l’amplification sonore qui est un paramètre indépendant de la fréquence sonore… Donc pourquoi cette amplification, qu’est-elle sensé représenter ? Cette amplification atteint son maximum à une date qui correspond à peu près à l’époque de 570 000 ans après le Big Bang. La diminution de la fréquence sonore désigne, par analogie maladroite, la baisse de la température. Mais l’élévation de l’amplitude suivie d’une diminution, ça reste un mystère… De plus, les données du satellite Planck ne concernent que le début de la bande sonore, pas la totalité.

D’après la loi du corps noir, une puissance énergétique rayonnante par unité de surface est proportionnelle à la puissance quatrième de la température absolue. Ainsi cette puissance rayonnée par unité de surface diminue du fait de l’expansion de l’univers, donc la température décroît indéfiniment.

Bien que je sache lire l’anglais, les explications données me paraissent confuses entre différents paramètres physiques non définis explicitement : «Selon l’analyse de Planck , le profil d’émission du rayonnement de fond cosmologique a culminé à 379.000 années et est tombé à l’intensité de 60% ​​à 110.000 années avant et après le temps de pic d’émission. La simulation représente les 760.000 premières années de l’évolution de l’univers.»

Profil d’émission ? Cela désigne une émission électromagnétique après le découplage des photons, et ces rayonnements émis interagissent avec la matière. Il y a émission et absorption, avec prédominance de l’une par rapport à l’autre. C’est ce que semble suggérer la variation d’amplitude de la bande sonore qui fait là ici aussi une analogie comme la température. Faire cette création sonore est un choix esthétique, une fantaisie de synesthète, ce son-là n’a pas existé.

Je ne nie pas l’existence d’un son bien réel pour le Big Bang, bien au contraire, mais il est d’une autre nature que les paramètres comme la température et le profil d’émission. À ses débuts, l’univers était très chaud et très dense, ce qui suggère une structure solide, ou je dirais plutôt un plasma condensé d’atomes ionisés. Un plasma chaud et dense peut propager des ondes mécaniques en son sein. Mais ce son disparaît avec l’expansion de l’espace, le son ne se propage pas dans le vide. Dans un plasma dense et chaud bien homogène et qui se refroidit : il n’y a pas de son. Mais dans un plasma dense et chaud ayant des irrégularités (différences thermiques, différences de densités), le son peut se propager du fait de l’hétérogénéité du plasma. C’est ce son-là qu’il aurait été intéressant de reconstituer. Mais créer un son qui fait l’analogie de la baisse de température, ce n’est pas représenter le bruit du Big Bang, puisque le bruit n’est produit que par les différences hétérogènes (différences de température, différences de densités) pour une époque donnée (mais pas en fonction du temps).

Et l’odeur du Big Bang, ça avait le goût du crottin de cheval ?

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L’ouverture d’esprit, dans la science, qu’est-ce que c’est, au fond ? Créer un peu de poésie au point de faire entorse avec le réel ? Ou bien faire preuve de recul critique et montrer le réel aussi bien que possible ?

La culture scientifique : une machine à fabriquer du rêve ? Voir ici : https://jpcmanson.wordpress.com/2013/01/29/la-culture-scientifique-une-machine-a-fabriquer-du-reve/

La nature est vraiment très belle, il suffit de voir les amas d’étoiles comme les Pléiades par exemple, ou les nébuleuses de la constellation d’Orion aussi. Montrer la réalité telle qu’elle est, c’est mieux que des simulations comme les «vues d’artiste» répandues dans les magazines. Et même si la réalité naturelle n’est pas toujours belle, ce serait malhonnête de l’embellir avec des analogies et des métaphores, même si l’intention était bonne, parce que le public peut mal interpréter les connaissances scientifiques. On a vu ce que ça donne avec la confusion totale entre la physique quantique et le mysticisme quantique.

À travers tout ce que j’ai dit, pourquoi y a t-il toujours de la crédulité humaine pour l’astrologie, pendant que le public a des connaissances très faibles sur les rudiments de l’astronomie. En même temps, il se passe des choses ahurissantes, comme ce scandale universitaire dans le monde des sciences humaines : http://www.pseudo-sciences.org/spip.php?article392

La vulgarisation scientifique a encore des efforts à accomplir. Il ne peut y avoir de véritable vulgarisation de la science sans esprit critique.

Voici une démarche intéressante : http://eduscol.education.fr/cid46920/enseigner-les-sciences-technologie-ecole.html «La main à la pâte», selon moi, est une opération qui va plus loin que la vulgarisation scientifique. L’opération se base sur des critères comme l’expérimentation, la recherche documentaire, l’observation, la modélisation. Cela est une base essentielle pour l’esprit critique, la mémoire, et la structuration des connaissances. Parce que cela incite les jeunes à réfléchir, et non seulement à écouter passivement des enseignants.

Par ma propre expérience personnelle, j’en ai appris beaucoup plus à travers l’exercice de l’esprit critique qu’à travers tout ce que j’ai appris en milieu scolaire et dans mes lectures. Ou on fonctionne comme une éponge qui boit tout, ou on fonctionne comme un système immunitaire.

Faire régulièrement du sport pour conserver la santé, c’est un bon conseil. Cependant, on n’entend pas beaucoup parler des sports cérébraux. L’hygiène intellectuelle, c’est aussi important que la santé des muscles. Pourquoi donc la négliger ?

Le scepticisme rationnel et scientifique est aussi important que l’apprentissage de la lecture, l’écriture et le calcul. Même les bases scolaires sont en danger…

Cela peut paraître audacieux ou prétentieux de remettre la vulgarisation scientifique en question. Mais c’est le principe même de la science. Comme toute information, la vulgarisation elle-même est faillible. Des choses vulgarisées peuvent être fausses… C’est une erreur de croire que tout est absolument vrai dans la vulgarisation. Il peut y avoir des erreurs, des lacunes, des coquilles. C’est plus fréquent que je ne le croyais.

Arguments :

  • « Si nous avions un vrai système d’éducation, on y donnerait des cours d’autodéfense intellectuelle. » (Noam Chomsky)
  • « Les métaphores en science, ce sont comme les moustiques écrasés sur le pare-brise : plus il y en a, moins on voit la route ni ne comprend les panneaux. »  (John Ph. C. Manson)

© 2013 John Philip C. Manson

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