Fred HOYLE : Britannique, né en 1915 dans le Yorkshire décédé à Bournemouth le 20 août 2001 à l’âge 86 ans.

ASTROPHYSICIEN : théoricien et observateur ; ECRIVAIN et Philosophe.

Durant la guerre de 1939 / 1945 : affecté aux recherches sur le radar ; avec Hermann BONDI et Thomas GOLD, il développa la théorie de l’état quasi-stationnaire dans un univers en expansion.

Vers 1950 : il s’attaqua à la théorie de l’Oeuf Originel qui, sous l’impulsion de GAMOW, supposait encore que les éléments lourds s’étaient formés " dans les minutes " suivant l’Explosion Originelle.

Par dérision, estimant que " l’Explosion Originelle est une théorie naïve et puérile, digne d’un enfant de 8 ans " ; il créa le terme de BIG BANG.

Fondateur de l’Institut théorique d’astrophysique de Cambridge, président de la Royal Society of Astronomy ; en 1972 il fut anobli par la reine d’Angleterre.

En 1957, avec William FOWLER et les époux BURBIDGE, il démontra que les supernovae créent, puis éjectent tous les éléments lourds ; et il publia son roman de science fiction " LE NUAGE NOIR ". En 1983 , FOWLER obtint seul le prix Nobel pour cette découverte ; et, à partir de cette date, HOYLE fut mis à l’écart. POURQUOI ?

Fred HOYLE ne fut pas seulement un homme de convictions.

Auteur de plusieurs romans de science fiction, il ne parvint pas (ou ne chercha pas) à les séparer de son oeuvre scientifique ; et certains de ses collègues, après avoir fait une découverte, se plaisaient à dire : " contrairement aux vues de Fred HOYLE " .Il défendit parfois des idées contestables, telles la possibilité d’une origine extraterrestre de la Vie et de certains virus comme celui de la grippe. En particulier, il n’hésitât pas à soutenir l’hypothèse qu’une intelligence cosmique supérieure (différente de Dieu) avait ensemencé la Terre.

Aussi : en 1997 , et peut-être afin de s’excuser de ne pas lui avoir donné de Nobel, l’académie suédoise lui attribua le prix Crafoord !

LA PHILOSOPHIE de Fred HOYLE

Nous ne devons pas nous demander pourquoi les lois de la physique sont ce qu’elles sont : il faut en rester au domaine de l’observation. Si nous cherchons à connaître les concordances , nous entrons dans le domaine de la métaphysique. La loi de la Gravitation est un fait que la science ne nous a pas encore permis de concevoir ; le zéro absolu est à -273° C ; et la vitesse limite est celle des ondes électromagnétiques ...

Cependant il ne faut pas se limiter aux causes immédiates : l’ensemble du cosmos est responsable du détail (principe d’Ernst MACH).

On ne doit pas admettre ce qui semble inconcevable (l’Univers entier ne peut donc pas être issu d’un point singulier d’énorme masse).

Origine de nos références

Fred HOYLE : " AUX FRONTIERES DE L’ASTRONOMIE "

Traduit de l’anglais par Maurice et Edith VINCENT Editions CORREA Buchet / Chastel

Imprimé à Nevers le 3 octobre 1956 ; donc, à la date où Hoyle présentait que les supernovae créent, puis éjectent tous les éléments lourds.

Les renvois sont liés à la pagination de cet ouvrage.

LE CONCEPT D'UNIVERS QUASI STATIONNAIRE

Le paradoxe d’Olbers pose le problème de l’obscurité du ciel nocturne. Avant les travaux de Oort, Lindblet puis Hubble, il impliquait soit :

- un univers homogène mais limité dans le temps ou l’espace ;

- un univers très hétérogène avec une densité variable des étoiles.

L’observation montre qu’il existe un décalage spectral général, s’accroissant avec la distance des sources émettrices de lumière. Ce décalage spectral explique fort bien cette obscurité.

Suite aux connaissances actuelles, la meilleure hypothèse est celle d’un mouvement global d’expansion de l’Univers. (p 326 à 336) L’Univers n’étant pas apparu dans une singularité de très grande masse, on ne peut pas lui attribuer d’âge : il est indéfini donc très grand.

Cependant, la vitesse limite " C " implique : ( p 334 / 335) un univers limité si la vitesse d’expansion reste linéaire dans l’espace. Dans le cas contraire, tout est à repenser et, une vitesse d’expansion décroissante avec la distance impliquerait un très vaste univers. Avec une origine " explosive " de la matière (p 341 / 344) :

- l’origine dépend des conditions de départ et non des lois physiques ;

- aucune prédiction ne peut être faite ou vérifiée ; tout est arbitraire.

L’hypothèse d’un univers aux origines " superdenses " ne permet donc pas de s’affranchir des conditions arbitraires liées à ces origines (p 338). L’Univers reste unique : il y a négation de toute possibilité d’apparition (ou de création) d’un autre univers. C’est le cas des antiques genèses.

La matière apparaît régulièrement et en tous lieux ; cette apparition régulière permet le maintien d’une masse volumique moyenne correspondant à la densité critique car, suite au principe de Mach, l’Univers s’homogénéise en permanence. La matière est donc uniformément répartie dans l’Univers.

Cependant, l’existence de vastes structures, tels les amas de galaxies, suppose une homogénéité à très grande échelle. (p 373 / 374) L’uniformité, même à grande échelle, implique un facteur de reproduction égal à 1. Dans le cas contraire cette homogénéité ne pourrait pas se maintenir car, seules les propriétés se propageant elles-mêmes peuvent exister.

Par ailleurs, avec l’apparition continue de matière : des amas de galaxies se condensent en permanence et aucun ne se forme mystérieusement dans le passé ; l’ensemble a quelque chose de plus que ses composants.

L’UNIVERS EST ETERNEL

Cette particularité permet :

1) d’expliquer le fait que toutes les galaxies ne soient pas du même âge, et que seulement une faible partie de l’hydrogène de l’Univers soit présentement condensé en étoiles. (p 355)

2) de limiter l’apparition de matière aux atomes d’hydrogène, car tous les autres composants des étoiles ou des galaxies peuvent déjà préexister dans les lieux où elles se condensent peu à peu.

3) d’étudier en laboratoire, voire sur l’infiniment petit, tous les éléments susceptibles d’expliquer l’origine puis l’évolution de l’Univers ancien, actuel et futur.

Seule la gravitation fait encore exception (p 375) Quel que soit le concept, la gravitation pose un vrai problème car : jusqu’à maintenant, on suppose qu’elle est toujours attractive.

Cependant : on peut admettre que la gravitation dépend de la densité de matière.

Cela est d’ailleurs le cas avec la théorie de l’Explosion Originelle où l’expansion cesse de se manifester au niveau des amas de galaxies, c’est à dire aux environs d’une masse volumique de 10 ^-27 g / cm ³ . (p 340)

Gamow supposait que " la pression des radiations " pouvait s’opposer à la gravitation et expliquer l’expansion : les calculs l’infirment ! (p 345) L’influence du rayonnement des étoiles est d’environ 1% du total requis.

Au contraire, il faut se demander ce que deviennent ces radiations qui, participant à l’expansion, rougissent et perdent peu à peu leur énergie.

L’expansion (ou son contraire, la contraction gravitaire) dépend de la densité de matière : il existe une valeur critique. (p 339)

LES PROBLEMES DU MODELE QUASI STATIONNAIRE

Nous nous reportons au document, traduit par M. FRIC et disponible en http://www.chez.com/cosmosaf/FAQ/Etat-quasi-stationnaire.htm

Le modèle d’univers quasi stationnaire fut élaboré, en 1948, par Bondi, Gold et Hoyle ; en un temps où H était nettement surévaluée. Bondi et Gold adoptèrent, de plus, le principe d’un univers homogène (identique en tous lieux) et isotrope (identique dans toutes les directions).

Suite à la Relativité Générale (RG) il est admis, qu’en l’absence de constante cosmologique, l’Univers est en expansion ; d’où, un rayon de courbure croissant et constant : ce rayon de courbure ne peut donc être qu’infini. Comme dans le cas du Big Bang avec une densité critique,

les sections de cet univers sont plates.

1) L’homogénéité avec expansion conduit à l’apparition continuelle et diffuse de matière, car l’expansion dilue la matière existante. L’âge moyen de cette matière est t = 1 / (3 . H) , ce qui est faible. De nouvelles galaxies apparaissent en permanence et, à grand redshift,
le déficit de radiosources sera, par conséquent, plus grand qu’avec le modèle proposé par le Big Bang. On s’éloigne encore plus du résultat des observations récentes ; or ici, aucun ajustement n’est possible.

2) Si l’expansion est isotrope, H est vraiment une constante. Le rayon de l’Univers, qui ne peut être qu’infini, s’accroît en permanence ; or ici, ce rayon est une exponentielle de H en fonction du temps. Comment faire coexister cette obligation avec la notion de vitesse limite C ? Le Big Bang connaît les mêmes difficultés, mais lui, ayant une origine, n’admet un rayon infini qu’au bout d’un temps infini ...

Cependant, les observations prouvent que H est croissant avec t !

Sauf avec " l’énergie du vide ", ce fait reste inexplicable.

Si le rayonnement du fond cosmologique (RFC) n’est pas un rayonnement fossile, témoignant d’une époque où l’Univers était opaque et isotherme ; le RFC est relié à l’équilibre thermique de l’univers actuel. Sauf à le lier à la matière sombre, il est gênant pour tous les autres modèles.

De plus, les observations à fort redshift montrent que, dans (les ou des) nuages lointains, qui produisent les raies d’absorption dans le spectre d’émission des quasars, la température du RFC est croissante avec le redshift de ces nuages. Si ces nuages sont bien représentatifs d’un lointain passé, ce fait est incompatible avec le modèle de l’état quasi stationnaire : cette température devrait y rester voisine de 3° K .
Les partisans du modèle quasi stationnaire s’en tirent en superposant, dans ce diagramme de l’espace-temps, une modulation sinusoïdale à la croissance exponentielle du facteur d’échelle ; mais, cette adjonction n’est pas convainquante car elle implique l’observation de sources faibles ayant un décalage spectral vers le bleu, ce qui n’est pas.

Dans leurs publications récentes, Burbidge, Hoyle et Narlikar, introduisent un champ de création produisant une densité d’énergie négative. Cette énergie est du type rayonnement ; elle devient prépondérante pour les forts redshifts et provient de l’énergie du vide. Cette adjonction conduit à la modélisation d’un univers dont l’évolution du facteur d’échelle est plus ou moins cyclique. Exception faite d’une période de rebond, où nous serions présentement, cet univers est généralement en décélération. L’observation des supernovae lointaines montre plutôt une constante accélération de H . Pour respecter ce fait, il est enfin supposé que le RFC provient de " l’extinction de la lumière les étoiles lointaines par des filaments de carbone et de fer ".

Si, pour les différents modèles, on trace alors le diagramme des distances modulées en fonction des redshifts ; on s’aperçoit que le diagramme du modèle quasi stationnaire, ainsi corrigé, reste très voisin des autres.

Chaque modèle peut donc être promu après adaptation.

COMMENTAIRES

Hoyle exprime toujours la constante de Hubble en durée : t = 1 / H

H ₌ 2,998 . 10 ⁵ . 3,262 . 10 ⁶ km / s par méga parsec, t (années)

Avec la valeur retenue par Hoyle pour la constante de Hubble, (soit 7 milliards d’années, ou 140 km / s par méga parsec) , cela correspond à l’apparition d’un atome d’hydrogène par seconde et par cube de 160 km de côté. (p 352) Cette valeur de H étant quasiment double de celle maintenant admise (71), il suffirait qu’il apparaisse, en moyenne, un atome par seconde et par cube de 315 km de côté.
Les volumes requis sont en effet inversement proportionnels à H ³.

D’autre part, Hoyle ne dit jamais où cette matière apparaît ;cela pourrait se produire à l’occasion de " Mini Bangs " (?)

A l’époque où le concept d’Univers quasi stationnaire fut élaboré, on ignorait l’évolution lointaine de H et supposait seulement l’existence des neutrinos afin de satisfaire à l’exigence de la conservation de l’Energie.

L’accélération de l’expansion, (traduisant le fait, qu’à grande distance, la vitesse observée est de plus en plus faible) ; peut, comme cela fut évoqué précédemment, impliquer la présence d’un très vaste univers ; puisque les limites, imposées par C , peuvent être repoussées fort loin.

A la différence de Gamow, qui supposa que tous les éléments s’étaient formés " dans les minutes " suivant l’Explosion Originelle ; Hoyle défend le processus opposé : pour lui, seul l’hydrogène est primordial ; l’hélium interstellaire lui-même fut donc produit par des étoiles. (p 230)

Depuis la publication des principales oeuvres de Hoyle, la physique nucléaire a fait de gros progrès. En particulier, lors des transmutations, les quarks et les neutrinos sont fortement mis en avant. En conséquence, dans la transformation originelle des neutrons en protons et électrons, le décompte des quarks n’est pas correct ; la rectification de l’erreur conduit à une forte diminution du nombre des protons obtenus et :

le rapport hydrogène / hélium cesse d’être valable.

D’autre part, l’Univers est-il vraiment en expansion, ou, s’agit-il seulement d’un phénomène apparent, comparable à celui d’horizon ?

CONCLUSION

Les différents modèles continuent d’évoluer en fonction des connaissances théoriques et des observations effectuées.

Exception faite du modèle stationnaire, tous admettent une relation entre l’expansion et le décalage spectral des objets lointains. Cependant :

- les forces électromagnétiques sont encore très peu prises en compte ;

- l’accélération de l’expansion permet un vieillissement de l’univers ;

- l’expansion pourrait ne pas être la seule cause des redshifts.

La RG, liée à la flèche du temps ; ou, la propagation d’une onde électromagnétique " dans un milieu inadéquat " ; pourraient aussi bien rendre compte de nombreux redshifts.

L’expansion restera-t-elle fondamentale pour la cosmologie ?

Guy Chollet

10 mai 2003