Une passionnante énigme astronomique – parfois appelée paradoxe d’Olbers – se résume dans l’interrogation suivante : pourquoi le ciel est-il noir ? Non seulement la réponse scientifique à cette question (1) n’a rien d’une évidence (2 et 3), mais elle est riche d’enseignement philosophique (4). Nous nous inspirerons du remarquable ouvrage d’histoire et de doctrine d’un astronome et cosmologue américain Edward Harrison [1].
Les catégories de temps et de finitude ont toujours existé mais n’ont pas reçu l’importance qu’elles méritaient ; surtout la science et la vision du monde postcartésienne s’est nourrie d’infini et de statisme.
1) Le problème
Les étoiles sont, nous le savons, très nombreuses. Comment se fait-il donc que la nuit ne soit pas aussi éclairée que le jour ? En effet, « l’observation la plus significative que puisse faire l’astronomie se trouve être également la plus simple : la nuit, le ciel est sombre ; les étoiles sont séparées par des espaces obscurs. Pourquoi le ciel est-il sombre la nuit ? » Précisons la difficulté : « Dans un Univers qui peut-être s’étend sans limite et contient un nombre d’étoiles illimité, pourquoi ne voyons-nous pas une étoile en chaque point du ciel [2] ? »
Une analogie va aider à poser le problème qui est vraiment une énigme : la similitude de la forêt ou de la ligne de visée.
« Quand nous nous trouvons au cœur d’une épaisse forêt et que nous regardons autour de nous, nous voyons des arbres dans chaque direction. Leurs troncs se chevauchent et se recouvrent pour former un fond continu : toute ligne de visée intercepte un tronc d’arbre. Si la forêt était infinie, peu importerait alors la répartition de ses arbres et la distance qui les sépare : ils formeraient toujours un fond continu. Même réunis en bosquets, réunis à leur tour en bois plus vastes, ils se rouvriraient toujours, sans laisser d’espace. Notre argument s’applique également à une forêt d’étoiles : si l’Univers constellé est infini, quelles que soient la répartition des étoiles et la distance qui les sépare, elles formeront toujours un fond continu. Même groupées en amas groupés à leur tour en galaxies, elles se recouvriront toujours, s’occultant l’une l’autre géométriquement, sans laisser d’espace ».
Appliquons l’analogie :
« L’argument de la ligne de visée permet de conclure que le ciel entier devrait briller d’une intense lumière stellaire. Si la majorité des étoiles ressemble au Soleil, chaque point du ciel devrait avoir un éclat comparable à celui du disque solaire. Une lumière intense devrait se déverser d’une voûte céleste embrasée, comme si la Terre se trouvait dans une fournaise chauffée à blanc ou était plongée dans la photosphère du Soleil. Les calculs montrent que le ciel tout entier devrait être 180 000 fois plus brillants que le disque solaire [3] ».
2) Les solutions erronées
Pour expliquer l’obscurité du ciel nocturne, deux grand types de solution sont possibles. Elles s’opposent comme deux contraires, quant à la thèse et sa base expérimentale.
La première interprétation est contraire à l’observation : les espaces sombres sont emplis d’étoiles. Pourtant, celles-ci demeurent invisibles. Le défi lancé à l’astronome est donc de rendre compte de cette lumière manquante.
La deuxième interprétation, elle, est conforme à l’observation : les espaces sombres sont vides d’étoiles. Autrement dit, celles-ci sont manquantes. Dès lors, le défi consiste à expliquer le décalage entre le fait et notre attente, ces.
Harrison résume ainsi les deux herméneutiques : « L’interprétation du ‘ciel saturé’ peut être appelée l’énigme de la lumière manquante et celle du ‘ciel clairsemé’, l’énigme des étoiles manquantes [4] ». Nous ne rentrerons pas dans le détail des solutions qui sont développées dans l’ouvrage pour en venir à la solution du paradoxe d’Olbers.
3) La solution vraie
Pour résoudre la difficulté, le cosmologue va devoir convoquer une autre discipline que la sienne, en l’occurrence, la thermodynamique. La réponse part du principe suivant : il n’y a pas assez d’énergie pour que le ciel soit brillant.
« Que l’univers soit en expansion, en contraction ou statique, un ciel brillant, exigerait en fait 10 milliard de fois plus d’énergie que celle que l’on obtiendrait en convertissant de manière drastique toute la matière en rayonnement [5] ».
De cette finitude se déduit l’obscurité du ciel. Pour le faire comprendre, Harrison, toujours pédagogue, convoque une analogie :
« Imaginez une boîte aux parois parfaitement réflectrices et contenant une petite source de lumière, par exemple le filament d’une lampe électrique. Ce filament est le seul objet dans la boîte à émettre ou absorber de la lumière ; les rayons lumineux qu’il émet rebondissent un certain nombre de fois sur les parois avant qu’il les réabsorbe. Entre son émission et son absorption, un rayon lumineux parcout en moyenne une distance égale à la limite de visibilité, soit le volume de la boîte divisé par l’aire effective du filament ». Par exemple, « si les parois de la boîte ont 1 km de long et le filament une aire effective d’1 millimètre carré, la distance moyenne parcourue par un rayon lumineux est égale à un billion de km, soit un dixième d’année lumière. Après environ cinq semaines d’émission continue, le filament absorbe autant de rayonnement qu’il en émet : la boite met donc cinq semaines pour se remplir de rayonnement thermique, et ce rayonnement est alors en tout point aussi ardemment brillant que la surface du filament. Mais supposez que la source d’énergie – une pile électrique – ne puisse maintenir l’éclat du filament que durant un temps comparativement court. La boîte ne se remplira alors jamais de rayonnement : l’énergie disponible est insuffisante [6] ».
Or, c’est ce qui se passe pour les étoiles : elles ne referment pas assez d’énergie pour que leur rayonnement remplisse l’univers. En effet,
« le temps de remplissage de la boîte cosmique est égal au temps mis par la lumière pour atteindre la limite de visibilité. C’est également le temps mis pour emplir l’Unives de rayonnement. Exprimé en années, ce temps vaut 100 milliards de billions, soit 1 suivi de 23 zéros. Mais une étoile typique ne brille que pendant 10 milliards d’années (1 suivi de 10 zéros) ; la boîte, et donc l’Univers, ne peut alors s’emplir de rayonnement durant la vie lumineuse d’une étoile, ou d’une galaxie, ou de l’Univers [7] ».
Ainsi, « l’énigme séculaire de l’obscurité est aujourd’hui résolue [8] ». Et la solution du paradoxe d’Olbers appartient donc à la deuxième catégorie d’interprétation : « ciel clairsemé ».
4) Quelles significations philosophiques ?
De cette explication scientifique, nous pouvons tirer trois leçons philosophiques. Deux sont épistémologiques. La troisième appartient à la philosophie de la nature.
a) La blessure de l’intelligence
Comment se fait-il que les chercheurs ont si longtemps peiné à trouver la réponse à l’énigme posée par le ciel nocturne ? La difficulté à concevoir la solution tient à un double processus. Avec finesse, Harrison les épingle en passant à la fin de son ouvrage.
La première raison vient de ce que, « depuis l’époque d’Edmund Halley, on a eu l’habitude de construire des couches sphériques concentriques empliées les unes sur les autres jusqu’à ce que les étoiles recouvrent géométriquement le ciel. Cette vision divine des étoiles, réparties dans l’espace en faisant abstraction du temps, peut avoir encouragé les astronomes à ignorer le temps de parcours de la lumière stellaire ».
La seconde raison s’enracine dans un autre préjugé des chercheurs : « Par ailleurs, nous supposons a priori que, dans un univers non borné, toute ligne de visée s’étend à l’infini, comme les rayons visuels de l’Antiquité se propageant à une vitesse infinie. Il ne fait aucun doute que cette conception primitive et spontanée de la vision a contribué à la confusion [9] ». L’on pourrait ajouter une troisième ignorance : longtemps, les scientifiques ont ignoré que la vitesse de la lumière est finie.
Ainsi, les chercheurs ont longtemps ignoré la réponse à cette énigme parce que, par a priori méthodologiques, ils ont fait abstraction du temps et de la finitude. Et comme la blessure de l’intelligence est une ignorance, l’esprit des savants a donc doublement fauté contre la lumière.
b) Les épousailles secrètes de la science et de la philosophie
Notre auteur observe de manière suggestive :
« La manière dont nous interprétons, selon la formule de Thomas Dick, ‘l’obscurité se trouvant derrière les étoiles’ dépend de la nature de l’Univers dans lequel nous croyons vivre. Dans le système aristotélicien, les espaces sombres révélaient la frontière extérieure des sphères célestes ; dans le système sotïcien, ils révélaient l’infini du vide extracosmique ; dans le système étoilé et statique de Newton, ils révélaient le néant préexistant à la naissance des étoiles [10] ».
Nous pouvons en tirer une conséquence épistémologique : qu’elle le sache ou non, la science s’alimente toujours à une conception du monde. Ce faisant, elle hérite de ses richesses, mais aussi de ses limitations [11].
c) L’obscurité du ciel, trace de l’origine
Revenons à notre point de départ : l’obscurité du ciel, et tentons de l’interpréter philosophiquement. Avant d’être un fait scientifique, la nuit est une connaissance accessible à tous qui peut ouvrir à l’interrogation suivante : quelle signification a cette alternance du jour et de la nuit ? Autrement dit, passons de l’étonnement commun à l’émerveillement sapientiel.
Pour cela, revenons à la blessure de l’intelligence. Nous l’avons vu, le paradoxe d’Olbers se double d’une énigme noétique : « pour quelle raison la plupart de ceux qui s’y sont intéressés ont considéré que l’on pouvait ignorer la vitesse de la lumière » ? En effet, du temps de Newton et après, « presque toutes les estimations de la durée de vie lumineuse des étoiles […] auraient montré que l’Univers visible contenait trop peu d’étoile pour recouvrir le ciel. Quelques instants de réflexion nous suffisent, et vraisemblablement suffisaient aux astronomes du xixe siècle, pour réaliser que la création – que ce soit la naissance des premières étoiles lumineuses ou celle de l’Univers entier – se trouve à l’horizon de l’Univers visible ».
Alors, comment expliquer le délai ? Harrison évoque différentes hypothèses pour finalement avancer la supposition suivante. D’un mot, le ciel noir est le témoin du big bang originaire :
« Lorsque, la nuit, nous contemplons le ciel, nous voyons entre les étoiles à des distances immenses dans l’espace et nous remontons très loin dans le temps, à une époque antérieure à la formation des galaxies et de leurs premières étoiles. Notre regard porte jusqu’à l’horizon de l’Univers visible, à la frontière du big bang. Dans toutes les directions, nous voyons la création de l’Univers recouvrir le ciel entier. Il y a longtemps, lorsque l’Univers était jeune et débordant d’énergie, le ciel primitif resplendissait d’une ardente lumière. Cette lumière autrefois brillante a aujourd’hui disparu, refroidie un millier de fois par l’expansion cosmique et transformée en ténèbres infrarouges invisibles à l’œil nu [12] ».
Or, pendant longtemps, cette théorie, avec le commencement de l’univers qu’elle implique, a répugné : il n’a pas fallu moins d’un tiers de siècle pour que l’on passe des observations révolutionnaires sur l’éloignement des galaxies à leur origine dans un « atome primitif » infiniment dense et chaud. Avec rigueur et audace, Harrison en tire cette conséquence riche de contemplation : « Il est possible qu’une certaine répugnance, compréhensible, devant le fait impressionnant que le ciel puisse dévoiler la création ait également contribué à la confusion [13] ». La difficulté à résoudre le paradoxe d’Olbers provient donc de la même résistance qu’a connu le long refus de la théorie cosmologique standard. Les nuits de l’esprit sont encore plus profondes que les nuits de la nature…
Mais formulons-le positivement : quand nous contemplons le ciel nocturne, c’est son origine même qui se donne à nous. L’alternance des jours et des nuits n’est celle de l’activité et du repos, que parce que le véritable repos – qui est tout autre chose que la détente – est le Shabbat où toute créature retourne vers son Créateur. Le « ciel étoilé » qui remplissait Kant d’émerveillement, plus que par ses constellations si riches de sens et d’influence, nous parle, par la profondeur même de son obscurité, de ce qui nous rend contemporain de son commencement.
Pascal Ide
[1] Nous suivrons l’exposé d’Edward Harrison, professeur de physique et d’astronomie, Le noir de la nuit. Une énigme du cosmos, trad. Christian Jeanmougin, coll. « Science ouverte », Paris, Seuil, 1990.
[2] Ibid., p. 14.
[3] Ibid., p. 15-17.
[4] Ibid., p. 19.
[5] Ibid., p. 225.
[6] Ibid., p. 229.
[7] Ibid., p. 228.
[8] Ibid., p. 232 et 233.
[9] Ibid., p. 233. Souligné par nous.
[10] Ibid., p. 235.
[11] C’est ainsi que les obstacles rencontrés par Darwin à faire admettre ses idées tenaient notamment à la difficulté à penser la notion d’évolution dans un univers marqué par le statisme. Il en fut de même pour Wegener et sa théorie de la dérive des continents (cf. Claude Allègre, dans L’écume de la terre, « Sciences », Paris, Fayard, 1983, ch. 1).
[12] Le noir de la nuit, p. 235.
[13] Ibid., p. 233.