Interview de l’astrophysicien Trinh Xuan Thuan à l’occasion de la sortie de son ouvrage La Plénitude du vide (en librairie le 1er septembre), éd. Albin Michel.
Sciences et avenir : Qu’apportez-vous de nouveau dans la vision du vide ?
Trinh Xuan Thuan : Le vide me fascine. J’ai précédemment écrit un ouvrage sur l'infini (1) qui, avec le zéro, se comporte comme le yin et le yang (le vide se manifeste en mathématiques sous la forme du zéro, Ndlr). L'un va avec l'autre. Si vous prenez un nombre et le divisez par zéro vous obtenez l'infini, si vous prenez un autre nombre et le divisez par l'infini, vous obtenez zéro. Ayant décrit l'effroi des Grecs vis-à-vis de l'infini, je voulais comprendre pourquoi le zéro ne leur est pas apparu et pourquoi ils ne voulaient pas parler du vide alors qu’ils ont tellement développé les mathématiques : théorème de Thalès, géométrie d'Euclide… Mais aussi quelle était la conception du vide dans la pensée orientale.
Comment l’Occident a-t-il vu ces notions ?
Je pense que les Grecs – et donc l’occident – ressentaient de l’effroi et assimilaient le vide à un chaos primordial. Parce que le vide, bien sûr, a toujours des connotations d’univers primordial, de naissance de l’univers, de passage de néant à quelque chose… Pour les Grecs, l’univers primordial n’était pas le vide, c’était déjà « quelque chose » avec les quatre éléments (eau, air, terre, feu). Et même un cinquième élément, la quintessence, qu'Aristote appellera éther. Son idée que « la nature a horreur du vide » a influencé l’occident pendant vingt siècles, jusqu'à la Renaissance.
Cela a-t-il empêché la science de progresser ?
Oui, car nombre de concepts aristotéliciens en physique n'étaient pas justes, en particulier le vide. Cela a empêché les scientifiques de se poser des questions et étouffé des voix comme celle des atomistes au Ve siècle, en particulier Leucippe puis Démocrite pour qui la matière était constituée de particules insécables en mouvement grâce au vide en eux et entre eux. Galilée puis Blaise Pascal au XVIIe siècle seront les premiers à faire des vérifications expérimentales et à infirmer les théories en prouvant que l’air n’est pas totalement vide car il exerce une pression, et qu’on peut créer du vide artificiellement.
Comment les physiciens se sont-ils représenté le vide ?
Certains ont pensé qu’Aristote avait raison et que dans l’univers rempli d’éther, il ne pouvait y avoir de vide. Mais Galilée au XVIIe siècle et un de ses étudiants, Evangelista Torriccelli, ont montré l’inverse. Ce dernier a réussi à créer un vide physique durable dans un tube (de 1 m de haut) rempli de mercure, retourné sur une jatte remplie elle aussi de mercure, le niveau du mercure se stabilisant invariablement à 0,76 mètre à cause de la pression atmosphérique – preuve que l’air n’est pas vide. Et dans le tube retourné, l’espace créé quand le mercure descend est nécessairement vide.
Qu’a apporté Blaise Pascal ensuite ?
Il a montré que la pression atmosphérique était moindre selon l’altitude et fait faire des mesures sur les niveaux du mercure. Une plaque à Paris, sur la Tour Saint-Jacques, rappelle qu’il y a aussi fait l’expérience. Le vide est alors devenu un sujet expérimental qu’on peut mesurer. Pascal affirme qu’on peut créer du vide artificiellement et que l’air n’est pas totalement vide car il exerce une pression. Cela va énormément influencer la pensée. Aujourd’hui, on sait que l'on vit sur une sphère présentant une très mince couche d'atmosphère. Si des astronautes partent pour la Lune, ils traversent plus d'atmosphère dans les 10 premiers kilomètres que pendant tout le reste de leur voyage de 374 000 km ! L'espace intersidéral, lui, est en général très vide. Malgré les 100 milliards de galaxies qui contiennent chacune 100 milliards de soleils - l'univers est tellement vaste que si on répartissait toute la matière dans tout l'Univers, cela ne ferait que 5 atomes par cm3, ce qui est très peu.
Les physiciens ont alors définitivement renoncé à l’éther ?
Cette idée a resurgi avec Newton et, plus tard, avec James Maxwell au XIXe siècle. Quand Newton propose sa théorie de la gravitation universelle (c'est la gravité qui fait tomber la pomme dans le verger ou qui fait tourner la Lune autour de la Terre) il a besoin de « quelque chose » pour transmettre cette force et il invoque… l'éther ! Une substance qui baigne tout l'univers, reprenant le mot d'Aristote. Mais cette notion a disparu au XXe siècle à cause d’Einstein. S'il y avait un éther, et sachant que la terre est en mouvement dans cet éther, on devrait pouvoir mesurer des variations de la vitesse de la lumière selon la direction dans laquelle on l’observe. Or, deux officiers américains, Michelson et Morley, qui avaient effectué ces mesures à la fin du XIXe siècle avec un interféromètre, s’étaient aperçus, à leur grande surprise, qu’ils ne trouvaient aucune différence, à 1 km/s près. Quelle que soit la direction dans laquelle la Terre bouge à travers l'espace, la vitesse de la lumière est donc constante. Ce qui sera au cœur de la théorie de relativité restreinte d’Einstein, en 1905, où la vitesse de la lumière devient une constante de la nature, quel que soit le mouvement de l'observateur. Ce qui change, c'est le temps et l'espace. Dans la théorie de la relativité, l'espace y est complètement dénué de substance, il est vide.
La mécanique quantique n’a-t-elle pas changé la donne ?
Bien sûr ! A cause du principe d'incertitude de Heisenberg (2), il peut exister des particules d’une durée de vie extrêmement courte et à l’énergie très variable. Ces particules peuvent "emprunter" de l'énergie à la nature et apparaître mais elles doivent tout de suite la rembourser car leur durée de vie est très petite. On les appelle particules virtuelles.
Ce sont des particules qui émergeraient du vide et y retourneraient tout de suite?
Oui, dans un cycle extrêmement court (10 puissance moins 33 secondes). A l'échelle de Planck (10 puissance moins 33 cm), l'espace peut donc être vu comme une sorte de mousse quantique constamment en fluctuation. C’est tout à fait différent de l'espace totalement vide et calme de la théorie de la relativité à grande échelle ! Il existe ainsi une incompatibilité fondamentale entre la mécanique quantique et la relativité et il nous faudrait une théorie unifiée, ce qu'on ne sait pas encore faire.
Le vide est donc une des clés de compréhension ?
Oui, mais comme je viens de vous le dire, ces deux théories sont incompatibles, elles sont comme l'eau et le feu. Pour comprendre l'évolution de l'état de l'Univers, à partir de l’explosion primordiale du big bang, état très chaud et très dense, où l'infiniment petit a donc généré l'infiniment grand, il faut vraiment unifier les deux théories.
Et donc unifier leur vision du vide...
Oui, comment le vide quantique se réconcilie avec le vide de la relativité générale. Dans la cosmologie moderne, le vide est rempli d'énergie, c'est lui qui exerce une force répulsive à l'origine de l'inflation exponentielle de l’espace, au tout début de l'univers. Selon la théorie de l’inflation, l'Univers a pu connaître un passage par un « faux vide », avant de dégringoler vers un « vrai vide », en libérant une pression négative qui l’a fait éclater de toutes parts, en une expansion vertigineuse. L'énergie pouvant générer la matière - E = mc2, la fameuse formule d'Einstein ! - le vide est responsable de tout le contenu matériel de l'Univers. De surcroît, depuis 1998, on a constaté que l'expansion de l'Univers est en accélération, sous l’effet d’une force répulsive (une anti-gravité) et cela pourrait venir aussi du vide.
Dans votre ouvrage, le dernier chapitre s’appelle « le Tao du vide ». De quoi s’agit-il ?
Au contraire des Grecs et de l’Occident, les philosophies orientales ont toujours accueilli la notion de vide à bras ouverts, parce que le vide, pour elles, est la matrice de tout, la mère de tout, l'origine de tout. Ce n'est pas le vide dénué de tout, comme dans la pensée occidentale, mais un vide plein, rempli d'énergie. D'où le titre de mon ouvrage "La plénitude du vide". Dans le taoïsme, c'est le vide qui est à l'origine de l'Univers. Ce qui rejoint la cosmologie moderne.
Vous réconciliez taoïsme et physique ?
Oui, mais je ne voudrais sûrement pas faire du concordisme (3) ! Le taoïsme n'a pas besoin d’être démontré par la cosmologie moderne et la cosmologie moderne n'a nul besoin du taoïsme pour être vraie. Pour moi, il s’agit de pensées cohérentes l'une avec l'autre et qui se complètent pour nous faire accéder au réel.
(1) "Désir d'infini", éd. Fayard
(2) Sous sa forme de « produit de l’incertitude sur l'énergie par l'incertitude sur la durée de vie », produit qui doit toujours être supérieur à la constante de Planck.
(3) Interprétation telle que les résultats scientifiques coïncident avec les données des textes sacrés.