Astrophysics

Les lois fondamentales de la nature vues sous le prisme de l’astrophysique


L’ensemble de l’immense complexité de la nature – de la physique, à la chimie, en passant par le monde du vivant – émerge véritablement d’un petit nombre de lois qui régissent les interactions des constituants fondamentaux de la nature – tels que les électrons ou encore les quarks, qui composent les protons et les neutrons, qui eux-même constituent les noyaux atomiques. La description mathématique actuelle de ces lois fondamentales décrit 4 types d’interactions possibles : l’électromagnétisme, la force nucléaire faible, la force nucléaire forte et la gravitation, pour lesquelles la nature intrinsèquement quantique du monde à petites échelles surimpose une seconde couche de structure mathématique.
Bien-que parfaitement en accord avec la plupart des observations, ce modèle fondamentale contemporain semble ne pas pouvoir expliquer un petit nombre de phénomènes observées dans la nature, tel que, par exemple, la domination dans notre univers de la matière sur l’anti-matière. Un tel scenario s’est déjà présenté dans l’histoire : à la fin du 19ième siècle, les scientifiques pensaient pouvoir avoir une bonne description de tous les phénomènes naturels qu’ils observaient à l’exception de deux d’entre eux : la température particulière de ce qu’ils ont appelé des corps noires, et l’avance du périhéliede la planète Mercure. Or ces deux phénomènes ne pouvaient s’expliquer dans le cadre de pensée (et mathématique) de l’époque – il aurait fallu disposer la physique quantique et la relativité générale. C’est entre autre pour expliquer ces anomalies (de l’époque) que le modèle contemporain a émergé de l’esprit de brillants scientifiques du 20ième siècle. Aujourd’hui, tout porte à croire que nous sommes dans une situation similaire, où une meilleure description des lois fondamentales de la nature restent à être découverte.
L’observation du cosmos est une source quasiment incommensurable de données sur ces lois. Ainsi, depuis la fin du 20ième siècle et les progrès technologiques qui l’ont accompagné, l’astrophysique permet de sonder et de tester nos représentations mathématiques de la nature, afin dans un premier temps d’essayer de quantifier notre ignorance, mais aussi dans l’espoir que cette démarche puisse nous servir de guide dans l’élaboration de nouvelles lois plus complètes – qui permettraient d’expliquer ce que nous ne comprenons pas à ce jour. Par exemple, l’observation récente de la fusion de trous noires et d’étoiles à neutrons par le prisme des ondes gravitationnelles nous renseigne sur la structure de l’espace-temps, sur certains aspects de physique nucléaire, ou encore sur les processus qui ont permis de créer naturellement dans l’univers les éléments lourds du tableau de Mendeleïev (e.g. le platine) à partir d’éléments plus légers (e.g. de simples neutrons).