Sommes-nous seuls dans l'Univers ?
Le paradoxe de Fermi : définition, quelques solutions,...
Jean-François COLONNA
jean-francois.colonna@polytechnique.edu
CMAP (Centre de Mathématiques APpliquées) UMR CNRS 7641, École polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, CNRS, 91120 Palaiseau, France
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(Site WWW CMAP28 : cette page a été créée le 06/07/2021 et mise à jour le 30/11/2022 15:17:21 -CET-)
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De la pluralité des mondes hier :
Longtemps, notre Terre fut considérée comme le centre
d'un Univers créé par Dieu pour l'Homme et uniquement pour l'Homme.
Cette conception fut longtemps dominante, même si certains s'interrogèrent, parfois au péril de leur vie, sur sa "réalité". Ainsi :
- Epicure (~342-270 avant Jésus Christ) soutenait la thèse de la pluralité, voire de l'infinité, des mondes.
- Aristarque de Samos (~310-230 avant Jésus Christ) faisait l'hypothèse
d'une Terre décrivant un cercle autour d'un Soleil fixe, ainsi que
le relata ensuite Archimède.
- Hypatie d'Alexandrie (quatrième siècle de notre ère) voyait
la Terre tourner autour du Soleil selon un "cercle à deux centres" -une ellipse...-.
- Giordano Bruno (1548-1600) acquis à la thèse de Nicolas Copernic
décrivait un Univers infini et sans centre.
- En 1686, Bernard Le Boutey de Fontenelle, dans ses Entretiens sur la pluralité des mondes,
affirmait que les autres planètes du système solaire étaient habitées et que les étoiles étaient autant de soleils éclairant un monde
identique au nôtre...
- Etc...
Il y eut ensuite Kepler, la révolution copernicienne,
Newton, Albert Einstein,...
et au-delà...
De la pluralité des mondes aujourd'hui :
Même si l'on ne sait toujours pas si notre Univers est fini ou infini, ce qui est certain c'est qu'il est
immense. La matière visible se regroupe en structures : étoiles, galaxies, amas de galaxies, super-amas de galaxies,...
Il semble exister plusieurs centaines de milliards de galaxies visibles, contenant elles-mêmes bien souvent plusieurs
centaines de milliards d'étoiles.
Même si l'on a cru longtemps que notre Soleil était unique avec son cortège de planètes, on sait depuis 1995
avec la découverte de la première planète extra-solaire par Michel Mayor et Didier Queloz (prix Nobel de physique 2019), que
la plupart des étoiles doivent posséder un cortège planétaire.
Aujourd'hui nous connaissons plusieurs milliers de tels systèmes planètaires et leurs observations ont montré que notre système solaire
n'était en rien représentatif... C'est ainsi que l'on a découvert, par exemple, des planétes gazeuses géantes
proches de leur étoile contrairement à ce que l'on pouvait imaginer en observant Jupiter, Saturne,...
Qu'est-ce que la vie intelligente ? Nous pourrions peut-être la définir comme l'existence d'entités faites d'un assemblage
de particules élémentaires (en très grand nombre,
la complexité étant peut-être une nécessité pour l'émergence d'une conscience) capables :
- de se reproduire plus ou moins à l'identique (mais pas de façon absolue afin de permettre l'évolution)
en propageant simultanément des informations -l'hérédité-,
- d'évoluer,
- de communiquer avec leurs semblables et avec d'autres êtres,
- de mémoriser et de transmettre des acquis et des expériences,
- d'avoir conscience de l'environnement (cela signifie posséder plusieurs sens pour lesquels l'électromagnétisme joue,
en ce qui nous concerne, un rôle essentiel -c'est la vue et le toucher-.)
- d'agir et d'interagir avec leur environnement (c'est aussi s'adapter et/ou l'adapter),
- peut-être de se déplacer,
- mais aussi susceptibles de s'interroger sur elles-mêmes et sur l'Univers.
De telles entités sont apparues sur notre Terre. Il est évident que la situation de notre berceau autour du
Soleil a permis et facilité, puis favorisé cette émergence :
- Une trajectoire quasi-circulaire autour du Soleil (et donc des conditions stables)
et ce à une distance compatible avec des températures permettant à l'eau d'être liquide.
- L'existence d'un satellite -la Lune- stabilisant son axe de rotation.
- Un champ magnétique protecteur.
- Un champ gravitationnel suffisamment fort pour retenir une atmosphère, mais pas trop afin de permettre des déplacements tridimensionnels
ainsi que la construction de structures.
- Etc...
Même s'il nous est évidemment impossible de savoir quelles sont toutes les formes de vie possibles [01], il est clair que la vie doit pouvoir
prendre des formes qui nous échappent complétement mais malgré tout, un environnement propice
[02] semble être une condition sine qua none.
L'un des grands principes de la Physique est l'absence à grande échelle de lieux, d'instants ou encore de directions privilégiés.
Dans ces conditions, le raisonnement copernicien doit être prolongé ce qui implique que la Terre n'a rien de particulier et que la vie doit
donc alors exister ailleurs car, en effet, sinon cela ferait de notre planète un lieu unique !
Mais malgré tout, la vie doit être rare, voire très rare [03].
Le paradoxe de Fermi :
Le seul exemple de vie(s) que l'on ait est celui de celle(s) que l'on peut observer sur Terre.
Il semble que l'un de ses principes moteurs soit celui de l'expansion et de la conquête,
dans le but d'acquérir de nouvelles ressources, de nouvelles richesses,...
ou par "simple" curiosité, pour voir ce qu'il y a de l'autre côté de l'horizon ?
Si l'on extrapole cela à l'Univers et si des civilisations extra-terrestres existent ailleurs, alors il doit en être de même pour celles-ci :
de même que des colons européens ont traversé les océans sur leurs voiliers pour s'emparer de territoires lointains [04],
alors d'intrépides explorateurs doivent franchir les espaces inter-stellaires voire inter-galactiques.
En 1950, Enrico Fermi, Prix Nobel de Physique en 1938, alors aux laboratoires de Los Alamos aux USA,
déjeunait avec plusieurs de ses collègues. Notant que notre système solaire était beaucoup moins agé [05]
que l'Univers [06], Enrico Fermi trouva étonnant que l'on n'ai trouvé alors aucune trace d'extra-terrestres
s'ils existent et s'ils sont bien expansionnistes. En effet, en plusieurs centaines de millions d'années ils auraient pu
conquérir notre Galaxie et nous aurions du au moins trouver des traces, électromagnétiques en particulier.
Or en 1950 il n'en était rien et cela est toujours vrai aujourd'hui.
Cette interrogation reste donc d'actualité sous le nom de paradoxe de Fermi...
Comment résoudre ce paradoxe ? Plusieurs réponses non exclusives l'une de l'autre peuvent être avancées :
- Nous sommes seuls dans l'Univers !
Mais comme cela fut dit plus haut cela serait contraire au
principe copernicien et l'Univers étant tellement vaste, il serait logique que les processus qui ont conduit
à la vie sur notre Terre soient à l'œuvre ailleurs, même s'ils sont certainement rares, très rares...
- Les "berceaux" de la vie sont (très) rares !
Il est fort probable que la vie (telle que nous l'avons définie),
pour qu'elle émerge, demande un environnement protecteur et stable. Cela implique très certainement un champ magnétique
détournant les particules venant de l'espace. Mais de plus, nombreux sont les systèmes stellaires binaires (voire plus...) or
dans ces conditions les trajectoires des planètes peuvent être
chaotiques et donc créer un environnement instable.
- Pour vivre heureux, vivons cachés !
Donc, ne pas se manifester, mais
cela ne correspond pas à nos propres comportements puisque nos émissions électromagnétiques
ont quitté la Terre depuis plus d'un siècle et voyagent actuellement dans l'espace interstellaire à la
vitesse de la lumière. Il convient aussi de noter l'envoi explicite de messages à destination d'autres espèces
[07] soit émis, soit gravés sur des sondes spatiales.
- Toute civilisation a une durée de vie (trés) limitée.
L'histoire de l'Humanité illustre
cela : les égyptiens, les grecs, les romains,... ont disparu en tant que civilisations.
Et aujourd'hui la violence généralisée, la prolifération des
armes nucléaires, les guerres de religion, les problèmes environnementaux,...
mettent en jeu notre existence même ! Ne s'agirait-il pas là d'une loi comportementale universelle ?
- L'absence de "synchronisation".
La relativité restreinte publiée en 1905 par Albert Einstein
nous a révélé que la notion de simultanéité était relative. Cela
implique que cela a peu de sens que de se demander ce qu'il se passe aujourd'hui dans une galaxie quelconque.
Pour illustrer ce point particulier revenons donc dans le système solaire afin que ces problèmes relativistes
puissent être ignorés et supposons qu'il y a deux milliards
d'années une civilisation très évoluée se soit développée sur Mars et ait ensuite disparu
complétement après quelques milliers d'années d'existence. Il est alors évident que nous n'aurions
pas pu nous rencontrer. En extrapolant cela à l'Univers, il n'y a aucune raison pour que de nombreuses
civilisations apparaissent dans l'Univers de façon à ce qu'elles puissent communiquer, se rencontrer,...
Il n'y a aucune raison pour qu'elles soient "synchrones"...
- Les "gouffres" du cosmos : les voyages dans l'espace ne peuvent être rapides à l'échelle de l'Univers.
Notre Physique
nous a révélé des constantes et des lois [08] qui semblent être réellement
universelles comme le montrent en particulier les mesures que l'on fait sur des objets lointains [09].
En particulier, rien ne peut se déplacer plus vite que la lumière [10].
Et malgré cette vitesse vertigineuse, la lumière émise par Alpha du Centaure C [11] met 4,244 années
pour nous parvenir. Pour traverser la Voie Lactée [12] il faut à la lumière plus de 100.000 ans et enfin,
c'est plus de 2,5 millions d'années qu'il faut à la lumière d'Andromède, la galaxie la plus
proche de la Voie Lactée, pour nous parvenir. A priori des objets matériels (des
vaisseaux spatiaux) ne peuvent se déplacer que (beaucoup) plus lentement. Cela signifie qu'aller d'étoile en
étoile ne pourrait certainement se faire qu'à l'aide de "vaisseaux-mondes" à l'intérieur desquels vivraient
de (très) nombreuses générations, la plupart des voyageurs n'ayant pas connu le point de départ et
étant morts bien avant d'arriver à destination [13]. Comment sélectionner ceux qui partiraient et combien seraient nécessaires
afin d'éviter les problèmes de consanguinité ? Les populations de ces vaisseaux évolueraient comme toute civilisation et
connaitraient nécessairement la violence, des évolutions,... Mais de plus seraient-elles capables de progrés
scientifiques et comment former les nouvelles générations (de médecins, d'enseignants, d'ingénieurs, de plombiers,...) ?
Au cours de ces voyages, ne divergeraient-elles pas des civilisations de ceux qui les auraient envoyés à la conquête des galaxies.
Et que dire des effets relativistes sur l'écoulement du temps à bord
de ces vaisseaux ? Finalement, les "Empires Galactiques" tels ceux que nous offrent
Isaac Asimov (Fondation) ou Frank Herbert (Dune) sont-ils envisageables ?
- Il n'est peut-être pas possible de "contourner" les lois connues de la Physique.
La vitesse de la lumière semble être une limite fondamentale. Mais la Science-Fiction s'appuyant sur la Physique
propose parfois de la "contourner" en exploitant, par exemple,
les trous de vers de la Relativité Générale.
Mais ceux-ci n'auraient certainement pas la "souplesse" requise pour un moyen de transport : ce n'est
pas un voyage dans l'espace qu'ils permettraient, mais un voyage dans l'espace-temps.
Nous feraient-ils aboutir dans notre Univers ou bien dans un autre ? Comment revenir ? Et surtout serait-il
seulement possible d'y pénétrer ? Mentionnons aussi, pour terminer ce propos, d'autres "moyens de transport"
tels courber l'espace-temps cher à Star Trek
ou encore "passer" par les éventuelles dimensions "cachées"...
- The Dark Forest.
L'Univers, s'il est fini, possède
donc une quantité limitée de ressources. Si l'on fait de nouveau l'hypothèse de la volonté
d'expansion des civilisations, alors nécessairement un problème se pose et
que l'on rencontre dans notre écologie lors de l'étude de l'évolution des populations :
celui de la lutte proie-prédateur. L'Univers serait alors semblable à une sombre forêt (Dark Forest) peuplée d'êtres
(les "civilisations"). Ces êtres n'ont alors pas d'autre choix que de se cacher, d'échapper à la vue des autres car
sinon, dès qu'ils se montrent ils sont éliminés sans hésitation et sans préavis. Donc une seule solution pour
favoriser la survie : la discrétion. Cela a été mis en scène en 2006 par Cixin Liu, un auteur chinois
de Science-Fiction de grand talent, dans sa trilogie The Three-Body Problem.
- Et si nous étions les enfants des extra-terrestres [14][15], voire les extra-terrestres eux-mêmes ?
Quelques questions :
Ces différentes remarques et interrogations ne répondent évidemment pas à la question de
savoir si nous sommes seuls dans l'Univers. Mais que se passerait-il demain si un contact était établi ?
- La communication serait-elle possible ? A titre d'illustration de cette question,
peut-on communiquer avec des fourmis ?
- Une telle rencontre est-elle souhaitable ? Souvenons-nous du sort réservé
aux populations autochtones lors de l'arrivée des colons européens sur les continents américains.
Et de plus, se soucie-t-on des insectes que l'on écrase lors d'une promenade champêtre ?
- La nature des Mathématiques enfin connue ? La question existentielle de
savoir si les Mathématiques sont créées ou découvertes
trouverait peut-être enfin sa réponse : elles seraient très certainement indépendantes de nous -et donc découvertes- si
nos "visiteurs" utilisaient les mêmes "outils" d'accès à la connaissance. Mais dans le cas contraire, il serait fascinant de
découvrir peut-être que l'on peut comprendre l'Univers sans avoir besoin des nombres...
- Le futur des religions. Les religions resisteraient-elles à une telle "pression".
Dieu (le quel ?) aurait-il encore un sens ?
Et qui aurait alors été le "fils de Dieu" envoyé sur Terre pour sauver les Hommes ?
- Quid des phénomènes aériens non identifiés ?
Les récents témoignages visuels déclassifiés par les américains montrent des engins aux performances
(en accélération et changement de direction en particulier) exceptionnelles et inexplicables.
Il parait difficile d'imaginer que les chinois ou les russes en disposeraient depuis longtemps, sans qu'ils s'en vantent...
Alors de quoi s'agit-il ? Il ne s'agit probablement pas d'extra-terrestres pour les différentes raisons évoquées
ci-dessus. Et s'il s'agissait d'observateurs [16] venus de notre futur ?
Sommes-nous seuls dans l'Univers ?
Nous ne le saurons peut-être jamais [17], mais si la réponse est positive, alors la Terre
serait bien, en un sens, le centre de Tout [18] !
- [01]
Les (bons) auteurs de Science-Fiction peuvent être consultés à sujet. C'est ainsi que
Stephen Baxter
dans Flux (1993) décrit de façon convaincante des êtres vivant à la surface d'une
étoile à neutrons. Il faut noter au passage que l'auteur néglige alors les effets de la Relativité Générale
sur l'écoulement du temps qui en toute rigueur ne peuvent être ignorés dans ces circonstances...
- [02]
Des planètes extra-solaires très proches de leur étoile ont été découvertes et pour
lesquelles des températures de surface de plusieurs milliers de degrés sont probables. Il est difficile
d'imaginer que des assemblages pérennes puissent y apparaître et subsister suffisamment longtemps.
- [03]
Frank Drake, astronome américain, avait proposé en 1961 une
équation donnant le nombre probable de civilisations dans notre Galaxie, la Voie Lactée. Elle est en fait de peu d'utilité étant donné
le grand nombre de paramètres relativement arbitraires qu'elle contient.
- [04]
Parfois (toujours ?) au dépens de la vie des populations autochtones.
- [05]
L'âge du système solaire est d'environ 4,6 milliards d'années.
- [06]
Dans le modèle du Big Bang
notre Univers est "né" il y a 13,8 milliards d'années.
- [07]
Bien naïfs d'ailleurs...
- [08]
Il s'agit de la Relativité Restreinte, de la Relativité Générale et de la Mécanique Quantique.
- [09]
Les quasars en particulier.
- [10]
La lumière se déplace à la vitesse de 299.792.458 mètres par seconde dans le vide.
- [11]
Alpha du Centaure C est le système planétaire le plus proche du système solaire.
- [12]
La Voie Lactée est notre Galaxie.
- [13]
A moins de faire totalement confiance à d'hypothétiques systèmes d'hibernation fiables tout au long des millénaires du voyage.
Et quid de la conscience des voyageurs à leur réveil ?
Il conviendra aussi de ne pas oublier les inévitables fluctuations quantiques qui porteront évidemment aussi bien sur les composants
électroniques des ordinateurs que sur les systèmes nerveux et cognitifs des voyageurs...
- [14]
La sentinelle, Arthur C. Clarke, 1951.
- [15]
2001 l'odyssée de l'espace, Arthur C. Clarke, 1968.
- [16]
Afin d'éviter les paradoxes du type "tuer ses parents avant sa conception",
même si la Physique ne le permet pas aujourd'hui, voyager dans le temps
pourrait peut-être être envisageable à condition de se limiter à l'observation SANS interaction aucune
(mais observer n'implique-t'il pas interagir comme nous l'apprend la Mécanique Quantique ?)...
- [17]
La seul certitude que nous pourrions avoir un jour serait celle de ne pas être seuls, suite à une rencontre.
Mais quant à la négation, n'oublions pas que l'absence de preuve n'est pas la preuve de l'absence.
- [18]
Mais alors, quel gâchis d'espace (Contact, Carl Sagan, 1985)...
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