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La musique secrète de l’univers

Musique de l'univers
L’univers joue-t-il de la musique ? Le cosmos serait-il un orchestre où chaque particule jouerait sa partition ? Ou bien n’y aurait-il qu’une seule corde, vibrante comme celle d’un violon ? Cette vision d’un univers harmonique, qui comme l’orchestre avant le lever de rideau, nous offre une merveilleuse cacophonie, est celle que nous propose Jean-Philippe Uzan dans son dernier livre L’Harmonie secrète de l’univers. Une balade/ballade entre astrophysique, astronomie, histoire, mathématiques et musique. Quand art et sciences se rejoignent pour le meilleur.
 
Jean-Philippe Uzan est astrophysicien à l'Institut d’astrophysique de Paris. Mais il est aussi musicien. Sa passion est de mettre en musique, en compagnie de compositeurs, les mouvements de l’univers. Son dernier livre est une promenade dans l’histoire des sciences et de cette quête millénaire de l’harmonie du monde.
 
Les sons du cosmos existent-ils ? L’un des premiers à s’être posé la question est Pythagore. La légende raconte qu’au VIe siècle avant notre ère, se promenant dans le quartier des forgerons de son île de Samos, il observa la diversité des sons produits par les marteaux et les enclumes. Les sons variaient selon la taille et la forme des instruments. De retour chez lui, Pythagore entreprit d’observer attentivement la corde tendue d’un luth. Il découvrit qu’en pinçant la corde aux deux-tiers et aux trois-quarts, on obtenait des accords harmonieux. Au milieu de la corde se situait l’octave, qu’à l’époque on appelait diapason. Comme le résume Arthur Koestler, « Pythagore transforma le bruit en information ». Les liens que découvre le fameux mathématicien grec entre harmonie musicale et nombres vont l’entraîner vers des horizons inattendus.
 
Jean-Philippe Uzan
 

Le chant des étoiles

Si la musique fait le lien entre le monde des mathématiques et le monde physique, n’aurait-elle pas aussi un lien avec le cosmos ?  La légende, encore elle, raconte que Pythagore eut l’idée d’utiliser ce mot pour désigner la voûte céleste. Jean-Philippe Uzan nous rappelle que cosmos en grec signifie la parure, les bijoux que les femmes portaient. Le verbe kosmein se traduit à la fois par « mettre en ordre » et « parer, orner ». La beauté du ciel organisée ; une harmonie.
 
Rechercher le chant des étoiles et celui des sphères célestes se heurtait chez les Anciens à un problème embarrassant : personne n’avait jamais entendu la musique des astres ! Ils ne savaient pas encore que l’air était nécessaire à la propagation du son et que l’espace était vide. Ils expliquaient que l’on n’entendait pas la musique du cosmos parce que nous n’avions pas la capacité physique de l’entendre. Nous n’aurions pas le sens qu’il faut pour entendre cette musique d’une autre nature.
Cet argument est quasiment le même que celui qui pourrait être utilisé à propos des ondes gravitationnelles dont la théorie soupçonnait l’existence mais que jamais, jusqu’à l’année dernière, nous n’avions pu en faire l’expérience. Contrairement à la lumière –associée à la vue – ou au son –associé à l’ouïe –, ces ondes sont d’une nature nouvelle et ne correspondent à aucun de nos sens humains. Un sixième sens, « un sens extraterrestre » ? se demande Jean-Philippe Uzan.

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La dimension quantique

La mécanique quantique, qui s’est développée au début du XXe siècle va apporter une nouvelle dimension dans la compréhension de l’univers et répondre à cette question lancinante : l’univers chante-t-il ? Cette découverte a chamboulé, de façon contre-intuitive, notre vision du monde. Elle établit en effet que la distinction entre onde et matière est illusoire. Toute particule est à la fois onde et matière. Ainsi toute matière est vibrante. Tout atome a sa propre signature « musicale ». « On peut ainsi voir chaque atome comme un instrument de musique » écrit Jean-Philippe Uzan.
De la moindre particule à l’astre le plus imposant, il y a vibration. Notre soleil, on le sait désormais, est un tambour. Toutes les cinq secondes, il émet une vibration qui le caractérise. Mais le moindre quark aussi émet sa note dans la partition cosmique. Et la musique fut.

Big Bang

Au commencement était le big bang. Déjà un son. Entre la première fraction de seconde – en dessous de laquelle on demeure encore, selon la théorie de Planck, dans un mystère insondable –, jusqu’à 300 000 années, l’univers a commencé à se dilater. Sa densité était extrême et la matière terriblement chaude. La lumière était tellement dense que les photons arrachaient les électrons autour des atomes. On avait alors un plasma dans lequel des ondes de pression pouvaient se propager. S’il y a surdensité de matière, la théorie de la gravitation dit qu’il y aura un effondrement. La pression va augmenter, la densité aussi et les photons vont rebondir. On va avoir alors des oscillations entre la pression de radiation et l’effondrement gravitationnel. Des vibrations se mettent à traverser ce plasma cosmique. Cela va durer entre le big bang et 300 000 années après.
 
Le fond diffus cosmologique, découvert en 1965 est le témoin le plus direct du Big Bang.
Depuis, ses fluctuations ont été étudiées par les sondes spatiales COBE (1992), WMAP (2003) et Planck (2009). Source wikipedia
 
On sait aujourd’hui observer le moment où la matière va se recombiner et libérer la lumière qui se propagera à partir de ce moment-là de façon libre dans l’espace, en interagissant très faiblement avec la matière. On peut voir aujourd’hui et photographier ces signaux lumineux venus de l’origine du monde. Les astrophysiciens disent que l’univers devient « transparent » alors qu’avant il était opaque, puisque la lumière ne pouvait se propager librement. C’est à partir de ce moment-là, dit Jean-Philippe Uzan, que l’univers a vibré comme un tambour. Des ondes acoustiques, des ondes de pression, c'est-à-dire du son, s’est alors propagé.

Supercordes

Jean-Philippe Uzan est un spécialiste de la théorie des supercordes. Cette théorie établit qu’il n’y aurait pas mille et une sortes de particules élémentaires, mais une seule. Cette particule fondamentale serait une corde vibrante, comme celle d’un violon, dont les harmoniques, c’est-à-dire les différents modes de vibration, constitueraient toutes les particules, connues ou inconnues. Le physicien Etienne Klein, dans un entretien avec Jean-Philippe Uzan diffusé par France-Culture explique : « à telle fréquence de cette corde correspondrait un électron, à telle autre un neutrino, à telle autre encore un quark, etc... Ainsi, le fond de la matière, la poussière du monde si l’on préfère, vibrerait, telle une cacophonie plaisante qui monte de la fosse avant le lever de rideau, grande œuvre incompréhensible et belle, jouée par un philharmonique fantôme et infini. »
 
Cette théorie des supercordes expliquerait les intuitions que les hommes ont eu depuis qu’ils regardent le ciel : les étoiles chantent, le cosmos est une harmonie musicale. Petit détail en forme – peut-être – de coïncidence : La théorie des supercordes a pour anagramme De la poussière d’orchestre.
 
 
Jean-Philippe Uzan, L’harmonie secrète de l’univers, Ed. La Ville brûle