Max Planck et les extraterrestres

Max Planck est l’un des plus grands noms de la physique. Le plus célèbre, il a été le premier à réaliser que le rayonnement électromagnétique ne peut être émis en morceaux discrets conformément au paramètre fondamental maintenant sous le nom de constante de Planck. Cette découverte révolutionnaire a ouvert la voie à la théorie quantique et lui a valu le prix Nobel de physique en 1918. Ce qui est moins bien connu, cependant, est que Planck a été l’un des premiers à spéculer sur les aspects pratiques de la communication avec les extraterrestres.

Le problème fondamental est de proposer une sorte de «langage universel». On dit souvent que certaines formes de mathématiques, telles que l’arithmétique binaire, sont suffisamment fondamentales pour être considérées comme un langage naturel approprié pour converser avec des extraterrestres. Mais il y a un problème. Lorsque les gens utilisent des nombres, ils font presque toujours référence à des unités physiques d’une certaine manière. «Trente milles à l’heure». « Deux litres ». « Douze onces ». « Soixante secondes ». Ces phrases sont assez faciles à comprendre, mais elles ne seraient pas significatives pour une entité d’une autre planète. Les unités que nous utilisons dans la vie quotidienne sont essentiellement «anthropiques» – centré sur l’homme.

Les scientifiques utilisent des unités SI («Système International») rigoureusement définies telles que le mètre, la seconde et le kilogramme. Mais même ces unités ont leur origine dans le monde humain. Le mètre était à l’origine défini comme une certaine fraction de la circonférence de la Terre, et la seconde comme une certaine fraction de la période de rotation de la Terre. Un kilogramme était à l’origine la masse d’un certain volume d’eau – le volume étant spécifié en mètres cubes. Ainsi, une culture étrangère qui ne serait pas familière avec la planète Terre ne serait pas capable de comprendre les mesures spécifiées dans les unités SI.

Unités de mesure standard à Trafalgar Square, Londres (gracieuseté de Paul Jackson)

On peut envisager des unités «non anthropiques», basées par exemple sur la fréquence ou la longueur d’onde de certains types de rayonnement, ou sur la masse de certaines particules fondamentales. Mais il y a des dizaines d’options également valables à choisir. Nous ne pourrions jamais être sûrs que les aliens choisiraient les mêmes fréquences, longueurs d’onde ou masses que nous.

Planck a abordé le problème sous un angle différent. Sa proposition pour les «unités de mesure naturelle» est cachée à la fin d’un long document sur les processus radiatifs irréversibles qu’il a présenté à l’Académie des sciences de Prusse en 1899. Malgré la date du début du XXe siècle, la communication avec des extraterrestres  est explicitement mentionnée dans la citation suivante: «Unités de longueur, de masse, de temps et de température qui, indépendamment des corps ou substances spécifiques, conservent leur signification à toutes les époques et dans toutes les cultures, même des non terrestres et  des non- Humaines.

Comment Planck a-t-il fait? La clé réside dans cette quantité étrange appelée constante de Planck. Habituellement représenté par le symbole ħ, ceci a la valeur (en notation scientifique) de 1,05E-34 kgm2s-1. Cela semble horriblement obscur, mais c’est une propriété fondamentale de l’univers. C’est tellement fondamental, a soutenu Planck, qu’il fallait vraiment lui donner la valeur 1. Ainsi, il a défini ses unités de telle sorte que ħ = 1.

Mais ce n’est pas la fin de l’histoire. Pour fixer des unités de masse, de longueur et de temps, nous devons fixer trois quantités à 1, et non seulement ħ. Les deux autres constantes que Planck a choisies étaient la vitesse de la lumière c, et la constante gravitationnelle G. Comme ħ, ce sont des propriétés fondamentales de l’univers que toute civilisation scientifiquement lettrée connaîtrait. Dans son article original, Planck a ajouté une quatrième quantité – constante de Boltzmann k – afin d’ajouter la température ainsi que la masse, la longueur et le temps.

Dans le système de Planck, les unités fondamentales sont appelées la longueur de Planck, le temps de Planck et la masse de Planck (il ne leur a pas donné ces noms, mais c’est comme ça qu’on les nomme aujourd’hui). Ils ne sont pas totalement sans ambiguïté – par exemple, certaines personnes pourraient argumenter pour 2πħ au lieu de ħ, ou 4πG au lieu de G. Mais le nombre de variations significatives est encore beaucoup plus petit qu’avec tout autre système d’unités.

Quelles sont les unités de Planck? La longueur de Planck et le temps de Planck sont à la fois des quantités incroyablement petites – beaucoup plus petites que n’importe quoi rencontré dans le «monde réel». Ce n’est pas vrai de la masse de Planck, cependant, qui est d’environ 22 microgrammes – pas beaucoup moins que la masse d’une puce. Toutes les particules subatomiques connues ne sont qu’une infime fraction de la masse de Planck. Pour les physiciens quantiques, la masse de Planck est aussi extrême que la longueur de Planck ou le temps de Planck … sauf que (par les normes des systèmes quantiques) elle est extrêmement grande, pas très petite.

Bien que la motivation originale de Planck fût simplement de trouver un ensemble « universel » d’unités, il est possible que les unités de Planck aient une signification physique plus profonde. Parce qu’ils combinent à la fois les effets quantiques (ħ) et la gravité (G), certains scientifiques croient qu’ils peuvent indiquer la voie de la gravité quantique – la «théorie du tout» longtemps recherchée.

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