Hubert Reeves

La Science d'astronomie, d'astrophysique et d'espace

Cosmologiste mondialement connu et vulgarisateur scientifique

"« La physique moderne nous permet de nous écrier «Vive la liberté!»»"

Reeves est un astrophysicien, un physicien nucléaire qui étudie les réactions thermonucléaires dans le cœur des étoiles, comment les étoiles naissent, comment se produit la création chimique des éléments qui les composent, et comment les étoiles meurent.  Le but ultime de Reeves est de découvrir l'origine et le destin de l'énergie libre dans l'univers. Un astrophysicien est un physicien nucléaire dont étudie des réactions thermonucléaires dans les noyaux tient le premier rôle, comment tient le premier rôle sont soutenus, comment tous éléments chimiques sont créés dans eux et comment ils meurent. Finalement, les premiers magistrats essayent de découvrir l'origine et le destin de l'énergie libre dans l'univers.

Reeves estime que la théorie du big bang et d'un univers en expansion est la découverte scientifique la plus importante du 20ème siècle.  Avant cette découverte les scientifiques - de Aristote à Einstein - considéraient le cosmos comme statique et inchangé, comme déconnecté de l'explosion de vie sur la Terre.  Les questions concernant la formation des objets stellaires étaient considérés comme sans importance ou au delà de la portée scientifique. Mais nous savons maintenant que l'univers a une histoire, et Reeves se considère comme une sorte d'historien de l'univers. « Au départ je suis surtout un physicien nucléaire », déclare Reeves, « mais la centaine d'éléments chimique s'est formée à partir de réactions nucléaires dans les étoiles.  Et mon travail consiste à essayer de découvrir comment les choses se sont passées - l'histoire de nos origines. » Reeves aime à rappeler que la Terre et tout ce qu'elle porte, y compris l'humanité, a commencé sous la forme de poussière d'étoile.

En plus du célèbre article rédigé en collaboration avec Geiss et portant sur la densité de la matière, Reeves a également contribué à expliquer exactement comment certains éléments peuvent provenir de réactions nucléaires dans l'espace. Il a en particulier élucidé les origines des éléments très légers que sont le lithium, le béryllium et le bore. La formation de tels éléments légers ne peut pas être expliqué par la fusion - la fusion de deux atomes d'hydrogène pour former l'hélium par exemple. Les étoiles sont en permanence en train de fusionner l’hydrogène et l’hélium et de les transformer en éléments de plus en plus lourds, et en général c’est la manière dont naissent à peu près tous les éléments. Le lithium, le béryllium et le bore, néanmoins, ne peuvent pas être produit de cette façon. De plus, ces trois éléments sont fragiles et se divisent facilement pour former d’autres éléments. Ils doivent donc être produits en permanence pour expliquer leur abondance actuelle dans l’univers. Mais alors, d’où viennent-ils et comment sont ils fabriqués.  La réponse est un processus appelé spallation.

 

How spallation works. Click to enlarge.

1. Les astrophysiciens estiment que la formation d'un système solaire commence avec la naissance d'un énorme nuage nébuleux de poussières tournantes. Bien que personne ne sache comment ce type de disque protoplanétaire est créée, ni la façon dont il fonctionne, les scientifiques estiment que les forces de la gravitation, peut-être causées par les ondes de choc de l'effondrement d'une étoile ou d'une supernova proche, entraînent la formation d'une étoile centrale à partir de ce nuage, sur une durée de dizaines de millions d'années. Quand une quantité d'hydrogène suffisante est présente, la gravité collective est suffisante pour causer une compression entraînant la fusion nucléaire… et une étoile est née. On estime que les planètes se forment de la même manière à partir de la poussière en orbite. Le nuage est probablement formé principalement d'hydrogène et d'hélium, ainsi que dans des proportions un peu moindres de carbone et d'oxygène. 

 

2. Hubert Reeves a démontré comment de nombreux autres éléments peuvent être créée (sur de longues périodes de temps) en raison de la collision accidentelle de protons à haute énergie, de rayons gamma ou de rayons cosmiques avec ces quelques éléments primordiaux.  Cette illustration montre comment le lithium et l'hélium peuvent être créé à partir de l'oxygène par le processus de spallation, quand l'oxygène est heurté par un proton à très haute énergie, un rayon cosmique.

Bien qu'il ait publié de nombreux livres et articles scientifiques concernant la spallation des éléments et d'autres aspects de l'astrophysique, Reeves est surtout connu, particulièrement dans le monde francophone, pour ses nombreux ouvrages de vulgarisation et pour ses programmes télévisés sur la cosmologie et l'astronomie.  Reeves peut être considéré comme la « version française » du populaire astrophysicien américain Carl Sagan, décédé en 1996. Reeves est aussi très actif dans la protection de la nature et à ce point de vue peut être comparé au biologiste canadien David Suzuki.

En tant que scientifique qui s'intéresse aux origines, Reeves est parfois mis au défi par ceux qui ont l'impression que la théorie actuellement acceptée du big bang est un mythe, similaire à celui des histoires dur la création qu'on peut trouver dans des livres religieux comme la Bible. Reeves n'utilise jamais le mot « création » lorsqu'il parle de l'origine de l'univers ou de la formation des galaxies et des étoiles. et même quand il décrit le big bang il n'utilise pas ce mot de « création ». « Création, dans le sens philosophique du terme, signifie commencer à partir de rien », déclare Reeves. Et d'après Reeves il est impossible dans la science de créer quelque chose à partir de rien. On part toujours de quelque chose qui est sensé être présent. Mais alors, d'où provient le big bang. Personne ne le sait. Reeves déclare, « j'aime à penser au big bang comme à un horizon: l'horizon de notre connaissance. Nous pouvons aller jusque là, et nous ne savons pas ce qu'il y a après. Cela ne veut pas dire que rien n'existe au-delà de l'horizon. Le big bang est pour l'instant notre limite, mais la connaissance scientifique avance et l'horizon se déplace avec les progrès de cette connaissance lors de ce processus de recherche de nos origines. »

 

Les histoires saintes de la Bible, du Coran et d'autres livres religieux sont supposées nous donner des leçons sur la vie et comment la vivre ; dans ces histoires, peu importe que le monde ait été crée en sept jours ou en 15 milliards d'années. Les livres religieux permettent de communiquer une sagesse, sur la manière de vivre ensemble. Reeves dit, « Ce sont des histoires qui sont liées au désir important de l'humanité, que la vie ait un sens.  Si la vie n'a pas de sens, on meurt. Il est impossible de vivre. » Leur rôle primordial, d'après Reeves, est d'enseigner une morale, les relations avec nos ancêtres, et comment vivre.  La science propose quelque chose d'autre.

Reeves a été élevé dans la religion catholique. Il ne pense pas que la Bible doive être interprété de façon littérale comme un livre scientifique. « La science est robuste », dit Reeves. « J'ai des bases pour prouver ce que j'explique quand je déclare quelque chose dans des articles scientifiques. Ce n'est pas quelque chose que j'invente - une histoire qui sort de mon esprit en attendant que j'en invente une autre demain. » La force de la science, d'après Reeves, est de pouvoir dire - quand on nous demande si nous croyons à la théorie du big bang - que les scientifiques peuvent indiquer un certain nombre d'observations et de mesures physiques qui confirme le scénario du big bang.  Mais ce qui est encore plus important est une caractéristique de la science appelée prédiction. Une « histoire » scientifique n'est pas suffisante si elle se contente de rappeler ce que nous avons observé. La science doit aussi prendre le risque de prédire quelque chose de nouveau, quelque chose qui n'a jamais été observé auparavant. Une nouvelle expérience est conçue pour tester cette prédiction et de nouvelles observations sont faites. Si ces observations correspondent à ce qu'on s'attendait à constater, la théorie est renforcée.

Reeves indique comme exemple une série d'expériences récentes conçues pour résoudre le problème des neutrinos solaires. Les neutrinos sont des particules sans charge électrique et, croyait-on il y a peu de temps encore, pas de masse. Elles sont donc très difficiles à déceler parce qu'elles traversent toutes matières sans interaction ou une interaction très limitée.  On sait qu'il existe trois sortes différentes de neutrinos. Le soleil émet un type de neutrinos appelé neutrino électron. Des expériences précédentes ont permis de découvrir que le Soleil émettait un tiers en moins de neutrinos électrons que ce que les scientifiques s’attendaient à découvrir, en se basant sur ce que les astrophysiciens croient connaître de la combustion du soleil. C'est le problème du neutrino solaire. « Soit nous ne connaissons pas assez bien le soleil, soit nous ne connaissons pas le neutrino » déclare Reeves.

Il s'est avéré que c'était le neutrino. Après presque dix ans de préparation, une expérience permettant de détecter les neutrinos solaires avec une sensibilité beaucoup plus grande qu'auparavant a été réalisée à grande profondeur, dans une mine abandonnée de Sudbury, dans l'Ontario (le détecteur est situé à deux kilomètres sous la surface terrestre, afin de le protéger des rayons cosmiques qui donneraient des résultats faussement positifs). Les chercheurs ont fait une découverte stupéfiante. Il s'avère que les neutrinos solaires peuvent changer de nature lors de leur route du soleil jusqu'à la Terre.  « Les neutrinos peuvent se transformer en d'autres formes, comme les personnages des Pokémons », dit Reeves. Le soleil émet des neutrons électrons mais au moment où ils atteignent la Terre ceux-ci se sont transformés en neutrinos tau ou muon. Pour réaliser cette transformation ils doivent changer la façon dont ils vibrent, et pour ce faire ils doivent avoir une masse. Pas beaucoup, juste un millionième de la masse d'un électron.  Reeves dit : « Cette expérience nous explique que notre modèle de la combustion du soleil est correct, mais nous avons appris quelque chose de nouveau sur les neutrinos, et les physiciens doivent désormais incorporer ces idées nouvelles à leurs théories. »

Des expériences nouvelles sont toujours réalisées aujourd’hui afin d'en apprendre plus sur nos origines. En septembre 2004, la mission spatiale Génésis de la NASA a rapporté un assez gros échantillon de vent solaire sur terre, après deux années de récolte passées près du soleil, à 1,5 million de kilomètres de la terre. C"est comme avoir un morceau de Soleil sur Terre. Les scientifiques croient que ces échantillons nous apprendront de quoi était composé le disque de nébula solaire originelle il y a cinq milliards d'années. Malheureusement, le parachute du module de retour de Génésis ne s'est pas ouvert et le module s’est écrasé dans le désert de l'Utah à environ 300 km/heure. Le système de récolte des échantillons était tordu et fissuré, mais toujours intact. Malgré ce faux-pas, les scientifiques espèrent toujours en apprendre plus sur les origines de notre système solaire grâce à cette expérience.

 


ACTIVITé


MYSTèRE

Seuls 5% de l’univers sont composés de matière connue. 25% est de la matière noire. 70% est de l'énergie noire, une force de répulsion qui fonctionne sur de très grandes distances intergalactiques. Nous ne savons rien de l'une ni de l'autre. En d'autres mots, nous ne savons rien de ce qui compose 95% de l'univers.

Lectures d’approfondissement

Articles originaux de Hubert Reeves concernant ce qui est décrit dans ce chapitre. Ces articles peuvent être trouvés dans de grandes bibliothèques universitaires ou publiques.

 

Hubert Reeves, et al., La plus belle histoire du monde (published in English as Origins: Speculations on the Cosmos, Earth and Mankind), Editions du Seuil, 2004.

J. Geiss and H. Reeves, 1972, Astr. Ap. 18, 126.

H. Reeves, W. A. Fowler and F. Hoyle, Nature (London),1970, pp. 226, 727.

Le site Internet de la NASA concernant l’expérience sur le vent solaire : The 1971 Apollo 14 Solar Wind Composition Experiment.

La mission Génésis de la NASA : à la recherche des origines, Genesis Mission.

Apprenez comment fabriquer un télescope, par Fun Science Gallery.

Plus d’informations sur la spallation et les rayon cosmiques au site web de Macalester College.

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