Univers affiné - Fine-tuned universe

La caractérisation de l'univers finement ajustée suggère que l'apparition de la vie dans l' univers est très sensible aux valeurs de certaines constantes physiques fondamentales et que les valeurs observées sont, pour une raison quelconque, improbables. Si les valeurs de l'un quelconque de certains paramètres libres dans les théories physiques contemporaines n'avaient différé que légèrement de celles observées, l'évolution de l'Univers se serait déroulée très différemment et la vie telle qu'elle est comprise n'aurait peut-être pas été possible.

Histoire

En 1913, le chimiste Lawrence Joseph Henderson a écrit The Fitness of the Environment, l' un des premiers livres à explorer le réglage fin de l'univers. Henderson discute de l'importance de l'eau et de l'environnement pour les êtres vivants, soulignant que la vie dépend entièrement des conditions environnementales très spécifiques de la terre, en particulier la prévalence et les propriétés de l'eau.

En 1961, le physicien Robert H. Dicke a affirmé que certaines forces physiques, telles que la gravité et l' électromagnétisme , doivent être parfaitement réglées pour que la vie existe dans l'univers. Fred Hoyle a également plaidé pour un univers affiné dans son livre de 1984 L'univers intelligent . "La liste des propriétés anthropiques, des accidents apparents de nature non biologique sans lesquels la vie à base de carbone et donc la vie humaine ne pourraient exister, est longue et impressionnante", a écrit Hoyle.

La croyance en l'univers affiné a conduit à s'attendre à ce que le Grand collisionneur de hadrons produise des preuves de la physique au-delà du modèle standard , comme la supersymétrie , mais en 2012, il n'avait pas produit de preuves de la supersymétrie aux échelles d'énergie qu'il était capable de sonder.

Motivation

Le physicien Paul Davies a dit : « Il y a maintenant un large accord parmi les physiciens et les cosmologistes que l'Univers est à plusieurs égards « affiné » pour la vie ». Cependant, a-t-il poursuivi, "la conclusion n'est pas tant que l'Univers est affiné pour la vie; il est plutôt affiné pour les blocs de construction et les environnements dont la vie a besoin." Il a également déclaré que " le raisonnement " anthropique " ne parvient pas à distinguer les univers minimalement biophiles , dans lesquels la vie est autorisée, mais seulement marginalement possible, et les univers optimalement biophiles, dans lesquels la vie s'épanouit parce que la biogenèse se produit fréquemment ". Parmi les scientifiques qui trouvent les preuves convaincantes, une variété d' explications naturelles ont été proposées, telles que l'existence d' univers multiples introduisant un biais de survie sous le principe anthropique .

La prémisse de l'affirmation de l'univers affiné est qu'un petit changement dans plusieurs des constantes physiques rendrait l'univers radicalement différent. Comme Stephen Hawking l' a noté, "Les lois de la science, telles que nous les connaissons actuellement, contiennent de nombreux nombres fondamentaux, comme la taille de la charge électrique de l'électron et le rapport des masses du proton et de l'électron. ... Le fait remarquable est que les valeurs de ces nombres semblent avoir été très finement ajustées pour rendre possible le développement de la vie."

Si, par exemple, la force nucléaire forte était 2% plus forte qu'elle ne l'est (c'est-à-dire si la constante de couplage représentant sa force était 2% plus grande) alors que les autres constantes restaient inchangées, les diprotons seraient stables ; selon Davies, l'hydrogène fusionnerait en eux au lieu du deutérium et de l' hélium . Cela modifierait radicalement la physique des étoiles et exclurait vraisemblablement l'existence d'une vie similaire à celle que nous observons sur Terre. L'existence du diproton court-circuiterait la lente fusion de l'hydrogène en deutérium. L'hydrogène fusionnerait si facilement qu'il est probable que tout l'hydrogène de l'univers serait consommé dans les premières minutes après le Big Bang . Cet "argument diproton" est contesté par d'autres physiciens, qui calculent que tant que l'augmentation de la force est inférieure à 50%, la fusion stellaire pourrait se produire malgré l'existence de diprotons stables.

La formulation précise de l'idée est rendue difficile par le fait que nous ne savons pas encore combien il existe de constantes physiques indépendantes. Le modèle standard de la physique des particules a 25 paramètres librement ajustables et la relativité générale en a un de plus, la constante cosmologique , qui est connue pour être non nulle mais profondément petite en valeur. Mais parce que les physiciens n'ont pas développé de théorie empiriquement réussie de la gravité quantique , il n'existe aucun moyen connu de combiner la mécanique quantique, dont dépend le modèle standard, et la relativité générale. Sans connaissance de cette théorie plus complète soupçonnée de sous-tendre le modèle standard, il est impossible de compter définitivement le nombre de constantes physiques véritablement indépendantes. Dans certaines théories candidates, le nombre de constantes physiques indépendantes peut être aussi petit qu'un. Par exemple, la constante cosmologique peut être une constante fondamentale, mais des tentatives ont également été faites pour la calculer à partir d'autres constantes, et selon l'auteur d'un de ces calculs, « la faible valeur de la constante cosmologique nous dit qu'une valeur remarquablement précise et une relation totalement inattendue existe entre tous les paramètres du modèle standard de la physique des particules , la constante cosmologique nue et la physique inconnue."

Exemples

Martin Rees formule le réglage fin de l'univers en termes des six constantes physiques sans dimension suivantes.

N , le rapport de la force électromagnétique à la force gravitationnelle entre une paire de protons, est d'environ 10 ³⁶ . Selon Rees, s'il était significativement plus petit, seul un univers petit et de courte durée pourrait exister.
Epsilon ( ε ), une mesure de l'efficacité nucléaire de fusion de l' hydrogène en hélium , est de 0,007: lorsque quatre nucléons fusionnent en hélium, 0,007 (0,7%) de leur masse est convertie en énergie. La valeur de ε est en partie déterminée par la force de la force nucléaire forte . Si ε était de 0,006, seul l'hydrogène pourrait exister et une chimie complexe serait impossible. Selon Rees, s'il était supérieur à 0,008, aucun hydrogène n'existerait, car tout l'hydrogène aurait été fondu peu après le Big Bang . D'autres physiciens sont en désaccord, calculant que l'hydrogène substantiel reste tant que la constante de couplage de force forte augmente de moins d'environ 50 %.
Omega (Ω), communément appelé paramètre de densité , est l'importance relative de la gravité et de l'énergie d'expansion dans l'univers. C'est le rapport de la densité de masse de l'univers à la "densité critique" et est d'environ 1. Si la gravité était trop forte par rapport à l'énergie noire et à l'expansion métrique initiale, l'univers se serait effondré avant que la vie n'ait pu évoluer. Si la gravité était trop faible, aucune étoile ne se serait formée.
Lambda (Λ), communément appelée constante cosmologique , décrit le rapport de la densité d' énergie noire à la densité d'énergie critique de l'univers, étant donné certaines hypothèses raisonnables telles que la densité d'énergie noire est une constante. En termes d' unités de Planck , et en tant que valeur naturelle sans dimension, est de l'ordre de 10 ^-122 . C'est si petit qu'il n'a aucun effet significatif sur les structures cosmiques de moins d'un milliard d'années-lumière de diamètre. Une valeur légèrement plus élevée de la constante cosmologique aurait provoqué une expansion suffisamment rapide de l' espace pour que les étoiles et autres structures astronomiques ne puissent pas se former.
Q , le rapport de l'énergie gravitationnelle nécessaire pour séparer une grande galaxie à l'équivalent énergétique de sa masse, est d'environ 10 ⁻⁵ . S'il est trop petit, aucune étoile ne peut se former. S'il est trop grand, aucune étoile ne peut survivre car l'univers est trop violent, selon Rees.
D , le nombre de dimensions spatiales dans l' espace - temps , est 3. Rees prétend que la vie ne pourrait pas exister s'il y avait 2 ou 4 dimensions de l'espace-temps ni si le nombre de dimensions du temps dans l'espace-temps était autre que 1. Rees soutient que cela n'exclut pas l'existence de chaînes à dix dimensions .

Carbone et oxygène

Un exemple plus ancien est l' état de Hoyle , le troisième état d'énergie le plus bas du noyau de carbone 12 , avec une énergie de 7,656 MeV au-dessus du niveau du sol. Selon un calcul, si le niveau d'énergie de l'État était inférieur à 7,3 ou supérieur à 7,9 MeV, il n'y aurait pas suffisamment de carbone pour soutenir la vie. De plus, pour expliquer l'abondance de carbone dans l'univers, l'état de Hoyle doit être encore réglé à une valeur comprise entre 7,596 et 7,716 MeV. Un calcul similaire, se concentrant sur les constantes fondamentales sous-jacentes qui donnent lieu à divers niveaux d'énergie, conclut que la force forte doit être réglée avec une précision d'au moins 0,5 %, et la force électromagnétique avec une précision d'au moins 4 %, pour éviter soit la production de carbone ou la production d'oxygène de chuter de manière significative.

Explications

Certaines explications du réglage fin sont naturalistes . Premièrement, le réglage fin peut être une illusion : une physique plus fondamentale peut expliquer le réglage fin apparent des paramètres physiques dans notre compréhension actuelle en contraignant les valeurs que ces paramètres sont susceptibles de prendre. Comme le dit Lawrence Krauss , "certaines quantités ont semblé inexplicables et affinées, et une fois que nous les comprenons, elles ne semblent pas si affinées. Nous devons avoir une perspective historique." Certains soutiennent qu'il est possible qu'une théorie fondamentale finale de tout explique les causes sous-jacentes de l'apparent ajustement de chaque paramètre.

Pourtant, au fur et à mesure que la cosmologie moderne se développait, diverses hypothèses ne présumant pas d'ordre caché ont été proposées. L'un est un multivers , où les constantes physiques fondamentales sont supposées avoir des valeurs différentes en dehors de notre propre univers. Dans cette hypothèse, des parties distinctes de la réalité auraient des caractéristiques très différentes. Dans de tels scénarios, l'apparition d'un réglage fin s'explique par la faiblesse du principe anthropique et du biais de sélection (en particulier le biais de survie ) ; seuls les univers avec des constantes fondamentales accueillantes à la vie (comme le nôtre) pourraient contenir des formes de vie capables d'observer l'univers et d'envisager la question du réglage fin en premier lieu.

Multivers

Si l'univers n'est qu'un univers parmi tant d'autres, chacun avec des constantes physiques différentes, il ne serait pas surprenant que nous nous retrouvions dans un univers hospitalier à la vie intelligente (voir multivers : principe anthropique ). Certaines versions de l'hypothèse du multivers fournissent donc une explication simple pour tout réglage fin.

L'idée de multivers a conduit à des recherches considérables sur le principe anthropique et a été d'un intérêt particulier pour les physiciens des particules , car les théories de tout génèrent apparemment un grand nombre d'univers dans lesquels les constantes physiques varient considérablement. Pour l'instant, il n'y a aucune preuve de l'existence d'un multivers, mais certaines versions de la théorie font des prédictions dont certains chercheurs étudiant la théorie M et les fuites gravitationnelles espèrent voir bientôt des preuves. Laura Mersini-Houghton, professeure à l' UNC-Chapel Hill, a affirmé que le point froid WMAP pouvait fournir des preuves empiriques vérifiables d'un univers parallèle , mais cela a ensuite été réfuté car le point froid WMAP s'est avéré n'être rien de plus qu'un artefact statistique. Les variantes de cette approche incluent la notion de Lee Smolin de sélection naturelle cosmologique , l' univers ekpyrotique et la théorie de l'univers Bubble.

Cosmologie descendante

Stephen Hawking et Thomas Hertog ont proposé que les conditions initiales de l'univers consistaient en une superposition de nombreuses conditions initiales possibles, dont seule une petite fraction contribuait aux conditions que nous voyons aujourd'hui. D'après leur théorie, il est inévitable que nous trouvions les constantes physiques « affinées » de notre univers, car l'univers actuel « sélectionne » uniquement les histoires passées qui ont conduit aux conditions présentes. De cette façon, la cosmologie descendante fournit une explication anthropique pour laquelle nous nous trouvons dans un univers qui permet la matière et la vie, sans invoquer l' existence ontique du Multivers.

Le chauvinisme carbone

Certaines formes d'arguments de réglage fin sur la formation de la vie supposent que seules les formes de vie à base de carbone sont possibles, une hypothèse parfois appelée chauvinisme du carbone . Conceptuellement, la biochimie alternative ou d'autres formes de vie sont possibles.

Conception extraterrestre

Une hypothèse est que des extraterrestres extra-universels ont conçu l'univers. Certains pensent que cela résoudrait le problème de l'existence d'un concepteur ou d'une équipe de conception capable de peaufiner l'univers. Le cosmologiste Alan Guth pense que les humains seront en mesure de générer de nouveaux univers avec le temps. Par implication, des entités intelligentes antérieures peuvent avoir généré notre univers. Cette idée conduit à la possibilité que les concepteurs/concepteurs extra-universels soient eux-mêmes le produit d'un processus évolutif dans leur propre univers, qui doit donc lui-même être capable de soutenir la vie. Cela soulève également la question de savoir d'où vient cet univers, conduisant à une régression infinie .

La théorie Designer Universe de John Gribbin suggère qu'une civilisation avancée aurait pu délibérément créer l'univers dans une autre partie du Multivers , et que cette civilisation pourrait avoir causé le Big Bang.

Apologétique religieuse

Certains scientifiques, théologiens et philosophes , ainsi que certains groupes religieux, soutiennent que la providence ou la création sont responsables du réglage fin.

Le philosophe chrétien Alvin Plantinga soutient que le hasard, appliqué à un seul et unique univers, ne fait que soulever la question de savoir pourquoi cet univers pourrait avoir la « chance » d'avoir des conditions précises qui favorisent la vie au moins à un endroit (la Terre) et temps (dans les millions d'années du présent).

Une réaction à ces énormes coïncidences apparentes est de les voir comme corroborant l'affirmation théiste selon laquelle l'univers a été créé par un Dieu personnel et comme offrant la matière d'un argument théiste correctement restreint – d'où l'argument de réglage fin. C'est comme s'il y avait un grand nombre de cadrans qui devaient être réglés dans des limites extrêmement étroites pour que la vie soit possible dans notre univers. Il est extrêmement peu probable que cela se produise par hasard, mais il est beaucoup plus probable que cela se produise, s'il existe une personne telle que Dieu.

— Alvin Plantinga, « La confusion de Dawkins : le naturalisme à l' absurde »

Le philosophe et apologiste chrétien William Lane Craig cite ce réglage fin de l'univers comme preuve de l'existence de Dieu ou d'une forme d' intelligence capable de manipuler (ou de concevoir) la physique de base qui régit l'univers.

Le philosophe et théologien Richard Swinburne parvient à la conclusion de conception en utilisant la probabilité bayésienne .

Le scientifique et théologien Alister McGrath a souligné que le réglage fin du carbone est même responsable de la capacité de la nature à s'ajuster à un degré quelconque.

L'ensemble du processus d'évolution biologique dépend de la chimie inhabituelle du carbone, qui lui permet de se lier à lui-même, ainsi qu'à d'autres éléments, créant des molécules très complexes qui sont stables aux températures terrestres dominantes et sont capables de transmettre des informations génétiques (en particulier l'ADN) . […] Alors que l'on pourrait soutenir que la nature crée son propre réglage fin, cela ne peut être fait que si les constituants primordiaux de l'univers sont tels qu'un processus évolutif peut être initié. La chimie unique du carbone est le fondement ultime de la capacité de la nature à s'adapter.

Le physicien théoricien et prêtre anglican John Polkinghorne a déclaré : « Le réglage fin anthropique est trop remarquable pour être considéré comme un simple accident.

Voir également

Abiogenèse - Processus naturel par lequel la vie naît de la matière non vivante
Univers d'horlogerie
Réglage fin - réglage de paramètres pour ajuster les données en physique théorique
Hypothèse Rare Earth - hypothèse que la vie extraterrestre complexe est improbable et extrêmement rare
Téléologie - Étude philosophique de la nature en essayant de décrire les choses en fonction de leur but apparent, principe directeur ou objectif
Destin ultime de l'univers – Gamme d'hypothèses cosmologiques

Les références

Lectures complémentaires

Barrow, John D. ; Tipler, Frank J. (1986). Le principe cosmologique anthropologique (1ère éd.). Presse de l'Université d'Oxford . ISBN 978-0-19-282147-8. LCCN 87028148 .
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Bernard Carr , éd. (2007). Univers ou Multivers ? La presse de l'Universite de Cambridge.
Mark Colyvan, Jay L. Garfield, Graham Priest (2005). "Problèmes avec l'argument de Fine Tuning" . Synthèse 145 : 325-38.
Paul Davies (1982). L'univers accidentel , Cambridge University Press, ISBN 0-521-24212-6
Paul Davies (2007). Jackpot cosmique: Pourquoi notre univers est juste pour la vie , Houghton Mifflin Harcourt, ISBN 0-618-59226-1 . Réimprimé sous le titre : L'énigme Boucle d'or : pourquoi l'univers est-il juste pour la vie ? , 2008, Mariner Books, ISBN 0-547-05358-4 .
Geraint F. Lewis et Luke A. Barnes (2016). A Fortunate Universe: Life in a finely tuned cosmos , Cambridge University Press. ISBN 1107156610
Alister McGrath (2009). A Fine-Tuned Universe: The Quest for God in Science and Theology , Westminster John Knox Press, ISBN 0-664-23310-4 .
Timothy J. McGrew , Lydia McGrew, Eric Vestrup (2001). « Les probabilités et l'argument de réglage fin : une vue sceptique ». Esprit 110 : 1027–37.
Simon Conway Morris (2003). La solution de la vie : des humains inévitables dans un univers solitaire . Université de Cambridge Presse.
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Jeffrey Koperski (2015). La physique du théisme: Dieu, la physique et la philosophie des sciences , John Wiley & Sons ISBN 978-1118932803

Liens externes

Défendre le réglage fin

Anil Ananthaswamy : L'univers est-il adapté à la vie ?
Francis Collins, Pourquoi je suis un homme de science et de foi . Article de National Geographic .
Custom Universe , Documentaire de mise au point avec des experts scientifiques.
Mawson, TJ (2011). " Expliquer le réglage fin de l'univers à nous et le réglage fin de nous à l'univers " . Philosophie . 68 : 25-50. doi : 10.1017/s1358246111000075 . S2CID 123203362 .
Hugh Ross : Preuve du réglage fin de l'univers
Entretien avec Charles Townes sur la science et la religion.


Critiquer le réglage fin

Bibliographie des liens en ligne vers les critiques de l'argument de réglage fin. Web laïque.
Victor Stenger :
Elliott Sober , " The Design Argument. " Une version antérieure est parue dans le Blackwell Companion to the Philosophy of Religion (2004).

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