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 PHYSIQUE DES CIVILISATIONS E.T.

Quand on s'interroge sur le nombre potentiel de mondes habitables, de civilisations avancées, le fait de savoir comment les trouver et de les classer.

capture08-22.jpg Comment les classer

 Les spéculations sur la physique des civilisations extraterrestres en essayant de classer leur degré d'évolution à partir des acquis de notre propre civilisation, en fondant son raisonnement sur le classement proposé par Kardashev.

Le célèbre exobiologiste américain Carl Sagan posa un jour la question, "Que signifie pour une civilisation avoir un million d'années ? Nous utilisons des radiotélescopes et des vaisseaux spatiaux depuis quelques décennies ; notre civilisation technique n'a que quelques centaines d'années... Une civilisation avancée de quelques millions d'années est aussi loin de nous qu'un enfant sauvage ou qu'un macaque".

capture49-4.jpg Bien que n'importe quelle conjecture au sujet de telles civilisations avancées soit une question purement spéculative, on peut malgré tout utiliser les lois de la physique pour tenter de déterminer les limites de telles civilisations.

En particulier, depuis que les lois de la physique quantique, de la relativité générale, de la thermodynamique et les principes directeurs de la bioastronomie sont assez bien définis, les physiciens peuvent déterminer quelles sont les limites physiques qui contraignent l'évolution de ces éventuelles civilisations. Notre sujet n'est alors plus une question de pure spéculation.

Bientôt l'humanité pourrait faire face à un choc existentiel en découvrant la liste des innombrables exo planètes de la taille de Jupiter et les centaines de la taille de la Terre qui sont peut-être nos jumelles célestes; y découvrir de la vie serait un événement historique sans précédent.

Cette découverte pourrait déclencher une nouvelle ère dans notre rapport à l'univers : nous ne verrons plus jamais le ciel étoilé de la même manière, réalisant que les scientifiques pourront dorénavant compiler une "encyclopédie galactique" identifiant avec précision les coordonnées des centaines de planètes similaires à la Terre.

capture14-15.jpgAujourd'hui, chaque semaine ou presque nous apprenons qu'une nouvelle exo planète a été découverte. Bientôt les nouveaux télescopes spatiaux et terrestres parviendront à découvrir des exo planètes de la taille de la Terre ou la vie est possible.

Cela dit le meilleur reste à venir. D'ici 2020 les scientifiques placeront sur orbite le JWST et le SIM, deux télescopes de 8 et 10 m de diamètre capables de détecter la lueur d'une lanterne tenue par un astronaute sur Mars !

L'interféromètre SIM en particulier préparera le terrain pour la recherche des exo planètes. Il analysera l'éclat de 1000 étoiles situées dans un rayon de 50 années-lumière autour du Soleil à la recherche des 50 ou 100 systèmes planétaires les plus brillants.

Plus tard, entre 2020 et 2030 la NASA et l'ESA envisagent de lancer deux autres télescopes dans le cadre du projet "Terrestrial Planet Finder" : TPF-C et TPF-I dont le but sera de rechercher exclusivement des exo planètes de la taille de la Terre. Il s'agira de télescopes de 3 à 4m de diamètre. Tout ceci en retour stimulera activement la recherche de havres de vie, abritant peut-être des civilisations technologiques plus avancées que la nôtre.

capture39-10.jpg Bien qu'il soit impossible de prédire quelles seront les caractéristiques précises de telles civilisations avancées, dans les grandes lignes nous pouvons nous en faire une idée à partir des lois de la physique.

Peu importe si des millions d'années d'évolution nous séparent de ces civilisations, elles doivent encore obéir aux lois de fer de la physique qui sont aujourd'hui mâtures et capables de tout expliquer, des particules subatomiques à la structure de l'univers à grande échelle.

Physique des civilisations de Type I, II, et III

On peut classer les civilisations en fonction de leur consommation d'énergie, en utilisant les principes suivants :

1) Les lois de la thermodynamique. Même une civilisation avancée est liée aux lois de la thermodynamique, particulièrement au deuxième principe précisant que l'entropie d'un système ne peut pas décroître (le désordre augmente) et qui permet donc de classer les civilisations en fonction de la quantité d'énergie dont elles disposent.

2) Les lois de la matière stable. La matière baryonique (par exemple basée sur les protons et les neutrons) tend à se regrouper en masse compacte dans les grandes structures de l'univers : planètes, étoiles et galaxies (c'est un sous-produit déterminé de l'évolution stellaire et galactique, de la fusion thermonucléaire, etc.). Ainsi, l'énergie de ces civilisations sera également basée sur trois types distincts, et ceci place des limites supérieures sur leur taux de consommation d'énergie.

3) Les lois de l'évolution planétaire. N'importe quelle civilisation avancée doit se développer en consommant l'énergie plus rapidement que la fréquence des catastrophes qui lui seraient fatales (par exemple la chute d'une météorite, les périodes interglaciaires, les supernovas, etc.). Si elles se développent plus lentement, elles sont condamnées à l'extinction. Ceci place des limites mathématiques inférieures sur le taux de croissance de ces civilisations.

En 1964 le physicien Nikolaï Kardashev de l'Académie des Sciences de Russie a classé les civilisations avancées en trois catégories : I, II et III selon qu'elles étaient parvenues à maîtriser respectivement l'énergie de leur planète, stellaire ou galactique

L'astronome Don Goldsmith de l'Université de Berkeley nous rappelle que la Terre reçoit environ un milliardième de l'énergie solaire et que les humains utilisent environ un millionième de cette quantité. Ainsi nous consommons environ un millionième de milliardième de toute l'énergie solaire irradiée dans l'espace.

En 2003, notre production énergétique mondiale était d'environ 16.5 trillions de kWh soit 1021 watts par an. En 2008, notre consommation d'énergie était estimée à 1.5 x 1013 watts par an, ce qui représente quelques ordres de grandeurs en-dessous des conditions requises pour être membre du club fermé de Kardashev. Mais notre consommation d'énergie croît de manière exponentielle et par conséquent nous pouvons calculer combien de temps il nous faudra pour atteindre le statut de civilisation de Type I, II ou III.

Goldsmith fait remarquer : "Regardez à quelle consommation d'énergie nous sommes parvenus une fois que nous avons appris à la maîtriser, à extraire les énergies fossiles, à créer des centrales hydroélectriques, etc. nous avons augmenté notre consommation d'une quantité remarquable en l'espace de deux siècles comparé aux milliards d'années d'existence de notre planète... et cette même comparaison peut s'appliquer aux autres civilisations".

Freeman Dyson, physicien à l'Institut d'Etude Avancée de Princeton estime que dans un délai d'environ 200 ans nous devrions atteindre le statut de civilisation de type I. En fait, si notre consommation d'énergie s'accroît modestement au taux de 1% par an, Kardashev a estimé qu'il faudrait seulement 3200 ans pour atteindre le Type II et 5800 ans pour atteindre le Type III.

capture22-11.jpg Vivre dans une civilisation de Type I, II ou III

Une civilisation de Type I est planétaire au sens strict; elle a maîtrisé la plupart des formes d'énergie de sa planète : énergies fossiles, biomasse, hydroélectrique, marée motrice, géothermique, éolienne, solaire, etc. Son rendement énergétique global serait de l'ordre de quelques centaines à plusieurs millions de fois notre rendement actuel, ce qui représente une énergie supérieure à 1023 watts par an.

L'écrivain Mark Twain dit un jour : "Tout le monde se plaint du temps, mais personne n'y fit rien". Ceci pourrait changer à l'avenir avec une civilisation de type I qui dispose d'assez d'énergie pour modifier son climat. Elle dispose également d'assez d'énergie pour modifier l'activité des tremblements de terre, celle des volcans et elle serait capable de construire des villes au milieu des océans contre vents et marées.

Actuellement, notre rendement énergétique nous classe au statut de civilisation de type 0. Nous dérivons notre énergie non pas en exploitant des énergies globales, mais en brûlant des énergies fossiles (comme le pétrole et le charbon). Malgré ce niveau relativement faible, nous pouvons voir germer les graines d'une civilisation de Type I. Nous assistons aux prémices d'une langue planétaire (l'anglais), d'un système de communication planétaire (Internet), d'une économie planétaire (l'Union européenne, l'OMC), et même aux commencements d'une culture planétaire (par l'intermédiaire des mass media, de la télévision par satellite, de la musique pop et des films d'Hollywood).

Par définition, une civilisation avancée doit se développer plus rapidement que la fréquence des catastrophes représentant un danger pour sa survie.

Etant donné que les grands impacts de météoroïdes se produisent en moyenne une fois tous les quelques milliers d'années, une civilisation de Type I doit maîtriser le vol spatial pour dévier les corps dangereux durant cette période, ce qui ne devrait pas être un problème. Les périodes interglaciaires peuvent s'étendre sur plusieurs dizaines de milliers d'années et une civilisation de type I doit apprendre à modifier le climat durant cette période.

Des catastrophes artificielles et les conflits internes doivent également être considérés. Mais un problème comme celui d'une pollution globale est uniquement une menace mortelle pour une civilisation de Type 0 ; une civilisation de Type I a survécu durant plusieurs millénaires comme civilisation planétaire et est nécessairement parvenue à contrôler l'équilibre écologique de sa planète. Les problèmes internes comme les guerres constituent une menace récurrente sérieuse, mais ce type de civilisation a des milliers d'années devant elle pour résoudre les conflits raciaux, nationaux et sectaires.

Finalement, après plusieurs milliers d'années d'évolution, une civilisation de Type I épuisera l'énergie de sa planète et devra puiser ses ressources en consommant toute l'énergie de son étoile. Elle deviendra une civilisation de Type II et consommera un milliard de trillion de trillion d'ergs par seconde ou quelque 1026 watts par an en étant économe.

Sa consommation d'énergie étant comparable à celle d'une petite étoile, l'activité d'une civilisation de Type II devrait être visible de l'espace. Dyson a proposé qu'une civilisation de Type II soit capable de construire une sphère colossale autour de son étoile afin de tirer un rendement maximum de ses ressources d'énergie. Même si elle essaye de cacher son existence, cette civilisation doit, en vertu du deuxième principe de la thermodynamique, perdre de la chaleur par rayonnement. Depuis l'espace, leur planète doit rougeoyer comme les guirlandes d'un sapin de Noël. Dyson a même proposé aux astronomes de chercher spécifiquement les émissions infrarouges (plutôt que radio et TV) pour identifier ces civilisations de Type II, ce qu'ils n'ont pas manqué de faire.

La seule menace probablement sérieuse pour une civilisation de Type II serait l'explosion d'une supernova toute proche, dont l'éruption soudaine pourrait brûler leur planète dans un souffle mortel de rayons X, tuant toute vie à sa surface. 

Ainsi, la civilisation la plus intéressante serait sans doute celle de Type III, parce qu'elle est vraiment immortelle. Elle a épuisé l'énergie de son étoile et a colonisé d'autres systèmes stellaires. Aucune catastrophe ordinaire connue de la science n'est capable de détruire une civilisation de Type III.

Confrontée à une supernova voisine, elle aurait plusieurs alternatives pour échapper à cette funeste extinction, telle que changer l'évolution des étoiles géantes rouges sur le point d'exploser en supernova ou quitter son système stellaire et terra former un système planétaire voisin.

capture44-8.jpg Cependant, il y a des obstacles à la naissance d'une civilisation de Type III. Car elle doit faire face à une autre loi intangible de la physique, la théorie de la relativité et toutes les difficultés qu'elle entraîne sur les voyages spatiaux et la transformation de l'énergie. Dyson estime que ceci peut retarder la transition vers la civilisation de Type III de quelques millions d'années.  

Mais même en tenant compte du mur de la lumière, il existe plusieurs moyens de voyager à une vitesse quasi luminique. Par exemple, le principal paramètre qui caractérise une fusée est l'impulsion spécifique (le produit de la poussée par la durée, exprimé en secondes). Les fusées chimiques peuvent atteindre des impulsions spécifiques de quelques centaines à plusieurs milliers de secondes. Les moteurs ioniques (électriques) qui peuvent atteindre 300 km/s présentent des impulsions spécifiques de quelques dizaines de milliers de secondes. Mais pour atteindre une vitesse proche de celle de la lumière, nous devons obtenir une impulsion spécifique d'environ 30 millions de secondes, ce qui est hors de portée de nos moyens actuels, mais certainement pas d'une civilisation de Type III capable de maîtriser l'antimatière. Divers systèmes de propulsion seraient disponibles pour permettre aux vaisseaux spatiaux d'atteindre des vitesses luminiques (telles que des moteurs ram-jet à fusion, des moteurs photoniques, etc.).

capture46-9.jpg L'énergie de Planck

Enfin, il existe également la possibilité qu'une civilisation de Type II ou III soit capable de contrôler la mythique énergie de Planck (1019 MeV). C'est une énergie un quadrillion de fois plus puissance que celle accessible dans nos collisionneurs de particules. Cette énergie, aussi fantastique qu'elle paraisse, est, par définition, accessible à une civilisation de Type II ou III.

L'énergie de Planck se manifeste seulement au centre des trous noirs et à l'instant du Big Bang. Mais grâce aux avancées récentes faites en gravité quantique et dans la théorie des supers cordes, il y a un renouveau d'intérêt parmi les physiciens pour ces niveaux d'énergies car ils sont si colossaux que les effets quantiques déchirent littéralement le tissu de l'espace-temps. Bien qu’il ne soit nullement certain que la physique quantique "autorise" la création de trous de ver stables et macroscopiques, ses lois ne l'interdisent pas. Elles entrevoient même la possibilité qu'une civilisation suffisamment avancée soit capable de se déplacer à travers des trous de ver comme Alice au Pays des merveilles. 

Et si ces civilisations sont à même de contrôler des trous de vers stables, atteindre ensuite une impulsion spécifique d'un million de secondes n'est plus un problème (l'antimatière le permet aisément). Cela leur permettrait facilement de prendre des raccourcis à travers la galaxie. Ceci réduirait considérablement la transition entre la civilisation de Type II et de Type III.

En complément, la capacité d'ouvrir des trous de vers dans l'espace-temps peut devenir très pratique un jour ou l'autre. Les astronomes, analysant la lumière des supernovae lointaines, ont conclu récemment que l'univers était en train d'accélérer plutôt que de ralentir. Si cela est confirmé, il existe peut-être une quantité d'anti-gravité (peut-être la constante cosmologique d'Einstein) qui contrecarre la force de gravité engendrée par l'ensemble des galaxies lointaines. Mais ceci signifie également que l'univers pourrait continuer à grandir jusqu'au Grand frisson ultime où la température approchera le zéro absolu.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     Plusieurs études ont récemment été présentées à ce sujet, expliquant à quoi ressemblerait un univers parvenu à ce stade. Ainsi que nous l'avons expliqué en cosmologie à propos de la théorie du Big Bang ainsi qu'en bio astronomie à propos de la survie près des trous noirs, l'image d'un univers moribond est assez pitoyable : n'importe quelle civilisation devant survivre dans de telles conditions sera désespérément blottie à côté des braises mortelles des étoiles neutrons et des trous noirs. Dit brutalement, toute la vie intelligente devra mourir quand l'univers mourra.

Contemplant la mort du Soleil, le philosophe Bertrand Russel a peut-être écrit le paragraphe le plus désespérant de la littérature anglaise : "... tous les travaux des temps, toute la dévotion, toute l'inspiration, tout l'éclat du génie humain sont voués à l'extinction dans la vaste mort du système solaire, et le temple entier de l'accomplissement de l'Homme doit inévitablement être enterré sous les débris d'un univers en ruines... ".

Aujourd'hui nous nous rendons compte que des fusées suffisamment puissantes peuvent nous épargner de la mort de notre Soleil qui se produira dans 5 milliards d'années, quand les océans bouillonneront et les montagnes fondront. Mais comment échapper à la mort de l'univers lui-même ? A moins de faire appel à l'univers délirant de Douglas Adams, auteur de la trilogie du "Guide galactique" qui fut portée à l'écran en 2005 qui put se permettre d'aller dans "Le dernier restaurant avant la fin du monde où il échappa de justesse au Big Crunch, il est difficile de trouver une échappatoire plus réaliste. Sauf peut-être en faisant appel aux dernières spéculations les plus débridées de la cosmologie quantique comme les trous de vers ou les bébés-univers...

L'astronome John Barrows de l'Université du Sussex confirme cette idée quand il écrit : "Supposons que nous prolongions la classification [de Kardashev] vers le haut. Les membres de ces civilisations hypothétiques de Type IV, V, VI, ... et ainsi de suite, seraient capables de manipuler les structures cosmiques à une échelle de plus en plus grande, comprenant des groupes de galaxies, des amas et des superamas de galaxies". Les civilisations ayant dépassé le Type III pourraient disposer de suffisamment d'énergie pour échapper à notre univers sur le point de mourir par l'intermédiaire des trous de vers.

Enfin, le physicien Alan Guth du MIT, Co-inventeur de la théorie de l'univers inflationnaire avec Andrei Linde a même calculé l'énergie nécessaire pour créer un bébé-univers en laboratoire : il faut une éprouvette suffisamment grande et résistante pour supporter une température de 1000 trillions de degrés, ce qui est à la portée de ces hypothétiques civilisations.

Naturellement, jusqu'à ce que quelqu'un entre réellement en contact avec une civilisation avancé, tout ceci n'est qu'une spéculation tempérée par les lois de la physique, rien de plus qu'un guide pouvant nous aider dans notre recherche d'intelligence extraterrestre. Mais un jour peut-être, certains d'entre nous regarderont l'encyclopédie contenant les coordonnées des centaines de mondes ressemblant à la Terre découverts dans notre secteur de la Galaxie. Alors nous nous demanderons, comme le fit Sagan, à quoi pourrait ressembler une civilisation qui serait des millions d'années en avance sur la nôtre...

 Alors en route vers les étoiles…

 

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