The secret music of the universe

 

Jean-Philippe Uzan is an astrophysicist at the Paris Institute of Astrophysics. But he is also a musician. His passion is to set to music, in the company of composers, the movements of the universe. His latest book is a walk through the history of science and this millennial quest for world harmony.

 

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, « Pythagoras transforms noise into information ». The links discovered by the famous Greek mathematician between musical harmony and numbers will lead him to unexpected horizons.

 

 

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.

This argument is almost the same as the one that could be used about gravitational waves that the theory suspected existed but that until last year we had never been able to experience. Unlike light - associated with sight - or sound - associated with hearing - these waves are of a new nature and do not correspond to any of our human senses. A sixth sense, " an extraterrestrial sense » ? se demande Jean-Philippe Uzan.

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 and matière. Ainsi toute matière est vibrante. Tout atome a sa propre signature « musicale ». « We can thus see each atom as a musical instrument... " writes Jean-Philippe Uzan.

From the smallest particle to the largest star, there is vibration. Our sun, as we now know, is a drum. Every five seconds, it emits a characteristic vibration. But the smallest quark also emits its note in the cosmic score. And the music was.

In the beginning was the 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.

 

 

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.

Jean-Philippe Uzan is a specialist of Superstring theory. This theory states that there are not a thousand and one kinds of elementary particles, but only one. This fundamental particle would be a vibrating string, like that of a violin, whose harmonics, i.e. the different modes of vibration, would constitute all the particles, known or unknown. The physicist Etienne Klein, in an interview with Jean-Philippe Uzan broadcast by France-Culture explains: " at such and such a frequency of this string would correspond to an electron, to such and such a neutrino, to such and such a quark, etc... Thus, the bottom of the matter, the dust of the world if one prefers, would vibrate, like a pleasant cacophony rising from the pit before the curtain rises, a great incomprehensible and beautiful work, played by a phantom and infinite philharmonic. "

 

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 : Superstring theory has for anagram Orchestra dust.

 

 

 

Jean-Philippe Uzan, The secret harmony of the universe, Ed. The City is burning.