Université de Tsinghua, Beijing, Chine
— Quelqu'un peut il me citer une unité de mesure de distance familière ?
Xu Ying regarde la classe d'une quarantaine d'étudiants. Plusieurs mains se lève. Elle attends encore quelques secondes en jouant avec un feutre effaçable. Qui ne sert d'ailleurs pas à grand chose puisqu'elle a préparé une présentation projetée sur quatre écrans répartis dans la salle.
Elle pointe l'une des mains levées au fond de la classe avec le feutre.
— Le mètre ?
— Tout à fait. L'unité du système métrique pour mesurer les distances. Une unité familière mais qui pose deux problèmes. D'une part elle devient très vite impalpable - qui peut se représenter mille kilomètres ? D'autre part, elle perd complètement de son sens sur des distances cosmiques. Je vous propose d'utiliser une unité plus ancienne. Le pas. Et on va même aller plus loin en parlant de jours de marche.
Elle tapote sur son téléphone et les écrans changent de diapositive.
— Il y a environ 4 000 kilomètres entre la frontière ouest et est de la Chine. Combien parmi vous sont venu à pied ce matin ?
Il y a moins de mains levées que ce que Ying avait supposé.
— Bon, pour les autres, pensez à la dernière fois que vous avez marché. Pensez au temps que vous avez pris. Sentez l'énergie dépensée. C'est bon ? Vous l'avez en tête ?
Quelques étudiants hochent la tête, perplexes. Ils ne pensaient pas parler de sport en cours d'astrophysique.
— Maintenant imaginez marcher toute la journée, tous les jours. Vous vous levez le matin à 7 heures, et marchez sans vous arrêter, sans pause jusque 19 heures. Le lendemain, vous recommencez. Et encore. Combien de temps il vous faudra pour traverser le pays ?
— 6 mois ?
Ying sourit en secouant la tête.
— Pas autant, 2 mois. Mais j'ai été sévère, en s'autorisant des pauses, avec un niveau débutant, et avec quelques jours de repos, il n'est pas impossible que cela prenne 6 mois. Mais nous sommes en 2030 tout de même, je vous propose de prendre une voiture. Cette fois-ci nous allons complètement ignorer les lois de la gravitation et de la propulsion et nous rendre sur la lune. Combien de temps cela prendrait-il ?
Les étudiants tapotent leurs téléphones. Au bout de quelques secondes la réponse arrive.
— À raison de mille kilomètres par jour, ou 10 heures par jours à 100 kilomètres par heure, il faudrait un peu plus d'un an.
Ying passe à la diapositive suivante.
— Exactement. Pour ceux qui sont malade en voiture, ou claustrophobes, imaginez rester un an en voiture. Pour un aller simple qui plus est. À titre indicatif, nos fusées permettent d'envoyer des astronautes sur notre laboratoire lunaire en moins de quatre jours. Maintenant passons aux choses sérieuses. Après tout nous sommes ici pour parler de physique spatiale plus que de randonnée ou de road-trip. Tout le monde est familier avec la constante C ?
Une étudiante répond du tac au tac sans même utiliser son téléphone.
— C, c'est la vitesse de la lumière. Il lui faut 2.5 secondes pour faire l'aller retour terre-lune.
— Encore une bonne réponse. Un peu plus d'une seconde pour parcourir notre longue année de voiture. Continuons de nous éloigner. Pour atteindre le soleil, la lumière prend environ huit minutes. Vous imaginez ? Une seconde pour la lune, presque 500 secondes pour le soleil !
Deux hommes entrent discrètement par le fond de la salle de classe. Cinquante ans, costume et cravate, visage impassible. Ying leur jette un coup d'œil rapide. Probablement des inspecteurs de l'éducation.
— Prenons notre distance avec l'étoile la plus proche, Proxima Centauri. Comptez quatre ans pour que la lumière arrive jusque là. Plus ou moins 8 minutes selon notre position autour du soleil vous en conviendrez. Ou 37 milliards d'années en voiture. Tesla peuvent vous dire ce qu'ils veulent, il y aura pas de quoi recharger sa voiture sur ce trajet.
Pour terminer, notre galaxie est large de 100 000 années lumières, Andromède, la galaxie la plus proche se trouve à 2.5 millions d'année lumières, et le bord de l'univers observable se trouve à 13 milliards d'années lumières, ce qui correspond comme vous le savez également, à la naissance de ce dernier. Que pensez-vous de ces valeurs ?
— C'est logarithmique ?
Parfait, c'est exactement la réponse que Ying attendait pour introduire la suite de la présentation. Elle afficha un graphique, à gauche la terre, puis la lune, le soleil, Proxima du Centaure, la Voie Lactée, l'univers observable. Entre chaque élément, un multiplicateur en puissances de dix.
— C'est logarithmique. Chaque nouvelle distance est un multiple d'un facteur 100 ou plus. Cependant c'est très différent en ce qui concerne le temps de formation de ces structures.
Nouvelle diapositive.
— Par exemple, le soleil, la terre, la lune et même la vie sont apparu en l'espace de quelques centaines de million d'années, presque en même temps à l'échelle cosmique. Il y a environ 4,5 milliards d'années.
Quelqu'un sait-il quand notre galaxie s'est formée, avec ses bras en spirale caractéristiques ?
Tous les étudiants s'activent pour chercher l'information sur internet. Personne ne se souvient jamais de cette information.
— 13 milliards d'années ? Mais c'est impossible c'est l'age de l'univers !
— C'est pourtant correct. L'univers à plutôt 13.8 milliards d'années, et notre galaxie s'est formée dans les 800 premiers millions d'années d’existence de celui-ci.
Voilà qui est intéressant, n'est ce pas ?
Une soupe presque homogène de particules en tout genres remplissait l'entièreté de l'univers peu de temps après sa création. Elle s’agglutine rapidement en étoiles alors trop grosses pour subsister. Ces dernières explosent en supernovæ, créent d'autres zones de gaz qui de nouveau se contractent par gravité en étoiles plus petites. Ces dernières survivent, s'attirent doucement l'une vers l'autre, mais se trouve heureusement trop éloignées pour se rentrer dedans.
Elles entrent plutôt dans une danse titanesque, et forment de première méga structures nommées galaxies pour former l'univers que nous voyons aujourd'hui :
Des étoiles placées de manière plus ou moins homogènes dans les bras de notre galaxies.
Et des galaxies placées de manières plus ou moins homogènes dans l'univers observable.
Ying passe alors à la dernière diapositive représentant ce qui s’apparenterait à une mousse, une toile d’araignée étendue en trois dimensions, ou pourquoi pas une barbe à papa géante. Des filaments formés de milliards de galaxies, et entre ces filaments d'immenses espaces vides.
— Voici une visualisation d'un morceau de l'univers observable en trois dimensions. Contre toutes attentes, il n'est pas homogène à cette échelle. Ces trous sont présents partout, et atteigne des dimensions gigantesques. Le Vide du Bouvier ou Boötes Void par exemple mesure 250 millions d'années-lumières de côté. Proche de nous, nous pouvons nommer le Vide Local, le Vide du Sculpteur, ou mon préféré : le Vide du Microscope, qui porte très bien son nom avec son diamètre de 200 million d'années lumières.
La présentation semble avoir eu l'effet attendu.
— Vous ne nous avez pas dit ce qui forme ces trous ?
— C'est en effet tout le but de ma présentation. Nous avons ici la plus grande, littéralement la plus grande, preuve indirecte de l'existence des fluctuations du vide quantique.
Dans sa forme initiale, l'univers est vide. La physique quantique nous apprend que le vide fluctue, et c'est cette instabilité qui va plus tard créer lumière et matière. Mais il faut s'attarder sur ce mot : le vide fluctue.
Pensez à des vaguelettes sur la mer. Ou plus simple, visualisez des dunes. Vu de dessus, elles formes des crêtes linéaires, ce sont les hauts niveaux d'énergie. Les creux, sont les niveaux d'énergie plus bas. Ces petites variations initiales ont simplement été décuplées des milliards d'années plus tard alors que l'univers atteignait des dimensions gargantuesques.
Rassurez-vous, il y a encore de la recherche sur le sujet pour vous si vous cherchez un sujet de thèse. Nos simulations montrent bien l'apparition de ces vides, de ces trous, mais il reste des incohérences, certains d'entre eux sont bien trop grand, ou trop vides, ou les deux.
La cloche retenti.
— Nous verrons ça lors du prochain cours. Je vous enverrai la trame par e-mail. Pensez à faire vos recherches pour rendre notre prochain échange dynamique comme aujourd'hui.
C'est la fin de la seconde partie du cours. Deux fois 50 minutes c'est bien trop court, mais ça permet aux étudiants de bien assimiler se dit Xu Ying.
— Bonjour, Docteure Xu Ying ?
La professeur sursauta, elle avait oublié les deux hommes.
— Docteure Xu Ying, je vous remercie pour cette présentation très intéressante. L'astronomie continue à passionner, générations après générations. Mais le mérite vous reviens. Puis-je vous demander ce qui vous a motivé à devenir professeure ?
Ying affiche alors un grand sourire.
— Vous savez, lorsque l'on devient physicien, il n'y a que deux débouchés : Soit changer de métier, soit former encore plus de physiciens. C'était dommage de changer de métier après un doctorat et dix ans d'étude. J'ai donc choisi la solution pyramide de Ponzi. L'avantage c'est qu'elle ne risque pas de s'effondrer, le responsable est mort depuis plus de deux millénaires.
Les deux hommes restent parfaitement impassible.
— Nous travaillons pour l'administration SASTIND, département sciences et technologies. Nous souhaiterions partager quelques mots avec vous. Vous êtes bien l'autrice du document intitulé "Contrôle du vide quantique par contraintes" ?
— C'est bien moi, il y a un problème ?
— Rassurez-vous, vous n'avez rien à craindre de nous. Vos parents sont bien le docteur Xu Sheng, né à Shenghai et professeur à l'Université de Shanghai et docteure Sabine Bouvier, née en France et chercheure dans la même université ?
Ce n'est pas le type de question qu'on aime recevoir d'agents du gouvernement. Ying se creuse la tête pour trouver la faute qu'elle aurait commise. Une communication Internet avec la mauvaise personne ? Un colloque international auquel elle n'aurait pas dû assister ? Le gouvernement Chinois à beau s'ouvrir doucement, on ne fait pas encore tout et n'importe quoi.
— C'est bien de moi. Le titre exact c'est "Physique des modes du vide quantique sous contraintes".
— Nous souhaiterions vous proposer de rejoindre une équipe de chercheurs dans un laboratoire du CEPC à Huzhou. Un logement vous sera attribué ainsi qu'un salaire d'un million de Yuan annuel.
Le CEPC, c'est l'accélérateur de particule Chinois en construction, il ne sera pas prêt avant au moins cinq ans. Ying se demande ce que cela peut bien vouloir dire. Quoi qu'il en soit, un million de Yuan, c'est le double de son salaire actuel.
— Bien entendu, qualifier ceci de proposition n'est rien de plus qu'une politesse. La décision a déjà été prise. Vous trouverez dans ce classeur votre contrat de recherche, un ordre officiel, de quoi faire transporter vos affaires et éventuels meubles, ainsi qu'un billet de train. Vous commencez après demain.
— Et mes étudiants ? Mes recherches ?
— Un remplaçant prendra le relai à l'Université dès demain. Quant à vos recherche, elle devront être mises en pause jusqu'à nouvel ordre. Vous trouverez tous les documents signés par l'Université et votre directeur de laboratoire dans le classeur.
Ying prend le classeur, encore abasourdie.
— Évidement, Docteure Xu Ying, il ne sera pas nécessaire de s'attarder sur le sujet auprès de vos amis ou de votre famille.
Les deux hommes se retourne l'un après l'autre et se dirigent vers la sortie avant de disparaître derrière la porte.
Ying ouvre le classeur. Il contient, comme annoncé, plusieurs documents administratifs officiels, tous signés ou tamponnés. Un contrat de recherche et de confidentialité, tous deux à signer avant son arrivée à Huzhou dans 48 heures.
Après quelques minutes, elle trouve un document intitulé "Projet de Recherche" avec le logo de l'accélérateur de particule chinois officiellement toujours en construction. Presque l'entièreté du document est caviardé.
\[…\] Résonance paramétrique à fréquence critique. \[…\] Couplage lumière-matière extrême. \[…\] Double cavité supraconductrices SQUID. \[…\]
Ying n'est jamais sortie du monde purement mathématique et théorique de la physique quantique. Mais si sa mémoire est bonne, les quelques phrases lisibles correspondent à de la recherche appliquée sur les fluctuations du vide quantique. Plus précisément à des techniques d'amplification de l'Effet Casimir Dynamique.
Ou comment faire apparaître des photons à partir du vide.