Physique des civilisations extraterrestres : à quel point pourraient-elles être avancées ? - 03 Avril 2017

par Michio Kaku, Titulaire de la Chaire Henry Semat et professeur en physique théorique au City College de New York.

 

Le regretté Carl Sagan a posé cette question : « Qu’est-ce que cela signifie pour une civilisation d’être âgée d’un million d’années ?

 

Nous n’avons des radiotélescopes et des vaisseaux spatiaux que depuis quelques décennies, notre civilisation technique n’est âgée que de quelques centaines d’années … une civilisation avancée âgée de plusieurs millions d’années est au moins aussi en avance sur nous que nous ne le sommes nous-même sur un Macaque ou sur un Bushbaby* ». (*petit primate de la famille des Galagidae)

 

Bien que toute conjecture autour de telles civilisations avancées ne soit que pure spéculation, on peut toujours utiliser les lois de la physique pour poser les limites supérieures et inférieures de ces civilisations.

 

En particulier, maintenant que les lois de la théorie des champs quantiques, la relativité générale, la thermodynamique, etc sont assez bien établis, la physique peut imposer des limites physiques qui définissent et contraignent un peu mieux les paramètres de ces civilisations.

 

Cette question n’est plus seulement une pure question de spéculation.

L’humanité pourrait bientôt faire face à un choc existentiel tandis qu’à notre liste actuelle d’une dizaine de planètes extrasolaires de la taille de Jupiter devraient s’ajouter prochainement des centaines de planètes de la taille de la Terre, presque des jumelles identiques dans notre patrie céleste.

 

Cela pourrait bien ouvrir la voie à une nouvelle ère dans nos relations à l’univers :

nous ne verrons plus jamais le ciel nocturne de la même manière, réalisant que les scientifiques pourraient éventuellement compiler une encyclopédie identifiant les coordonnées précises de peut-être des centaines de planètes comme la Terre.

 

Aujourd’hui, toutes les quelques semaines apportent des informations sur la possible découverte d’une nouvelle planète extra-solaire de la taille de Jupiter, la dernière étant située à environ 15 années-lumière, en orbite autour de l’étoile Gliese 876.

 

Le plus spectaculaire de ces résultats a été photographié par le télescope spatial Hubble, qui a capturé des photos d’une planète à couper le souffle, située à 450 années-lumière et prise en sandwich dans un système à double-étoile.

 

 

Mais le meilleur est encore à venir.

 

Au début de la prochaine décennie, les scientifiques vont lancer un nouveau type de télescope, le télescope spatial expérimental interferome, qui utilise l’interférence des rayons lumineux pour renforcer la puissance de résolution des télescopes.

 

Par exemple, le Space Interferometry Mission (SIM), qui sera lancé au début de la prochaine décennie, se compose de plusieurs télescopes placés le long d’une structure de 9 mètres.

Avec une résolution sans précédent approchant les limites physiques de l’optique, le SIM est si sensible qu’il défie presque l’entendement : en orbite autour de la terre, il peut détecter le mouvement d’une lanterne agitée par un astronaute situé sur Mars !

 

Le SIM, à son tour, ouvrira la voie au Terrestrial Planet Finder, qui sera lancé à la fin de la décennie suivante, et qui devrait identifier encore plus de planètes semblables à la Terre. Il va scanner les 1000 étoiles les plus brillantes situées à moins de 50 années-lumière de la terre et se concentrera sur les 50 à 100 systèmes solaires les plus brillants.

 

Tout cela, à son tour, stimulera un effort actif pour déterminer si l’un d’eux abrite la vie, et peut-être des civilisations plus avancées que la nôtre.

 

Bien qu’il soit impossible de prédire les caractéristiques précises de civilisations avancées, leurs grandes lignes peuvent être analysées en utilisant les lois de la physique.

 

Peu importe combien de millions d’années nous séparent d’eux, ils doivent cependant obéir aux lois de la physique, qui sont maintenant suffisamment avancées pour tout expliquer, des particules sub-atomiques pour arriver, au travers de 43 incroyables ordres de grandeur, à la structure à grande échelle de l’univers.

 

 

Nous pouvons classer plus spécifiquement les civilisations en fonction de leur consommation d’énergie, selon les principes suivants :

 

1) Les lois de la thermodynamique. Même une civilisation avancée est soumise aux lois de la thermodynamique, en particulier la Seconde Loi, et peut donc être classée en fonction de l’énergie à sa disposition.

 

2) Les lois de stabilité de la matière. La matière baryonique (par exemple, basée sur les protons et neutrons) se divise en trois grands groupes : les planètes, les étoiles et les galaxies. (Il s’agit d’une définition bien établie de la formation et de l’évolution des étoiles et des galaxies, de la fusion thermonucléaire, etc). Ainsi, leur énergie sera également basée sur trois types distincts, ce qui établit des limites supérieures à leurs niveaux de consommation d’énergie.

 

3) Les lois de l’évolution planétaire. Toute civilisation avancée doit développer sa consommation d’énergie plus rapidement que la fréquence des catastrophes menaçant la vie (par exemple des impacts de météores, les périodes glaciaires, les supernovas, etc). Si elles croissent plus lentement, elles sont vouées à disparaître. Cela impose des limites mathématiques minimales au taux de croissance de ces civilisations.

 

Dans un article publié en 1964 dans le Journal de l’astronomie soviétique, l’Astrophysicien russe Nicolai Kardashev a théorisé que des civilisations avancées doivent donc être regroupées selon trois types : Type I, II et III, qui sont respectivement parvenu à maîtrisé des formes d’énergie planétaires, stellaires et galactiques.

 

Il a calculé que la consommation d’énergie de ces trois types de civilisation seraient séparées par un facteur de plusieurs milliards.

 

Mais combien de temps faut-il pour atteindre le statut de civilisation de type II ou III ?

 

Plus vite qu’on ne le croit

 

Don Goldsmith, un Astronome de Berkeley nous rappelle que la terre reçoit environ un milliardième de l’énergie du soleil, et que les humains n’utilisent environ qu’un millionième de cette énergie.

 

Donc, nous consommons environ un million de milliardième de l’énergie totale du Soleil.

 

À l’heure actuelle, notre production d’énergie planétaire est d’environ 10 milliards de milliards d’ERGs par seconde.

Mais la croissance de notre énergie est en augmentation exponentielle, et donc nous pouvons calculer combien de temps il nous faudra pour nous élever au niveau de civilisations de Type II ou III.

 

Goldsmith dit :

« Regardez dans quelle mesure nous sommes arrivés à consommer plus d’énergie une fois que nous avons compris comment la manipuler, la façon réelle d’obtenir des combustibles fossiles, et comment créer de l’énergie électrique d’origine hydraulique, et ainsi de suite; nous avons trouvé dans l’énergie une quantité remarquable d’usages en seulement quelques siècles par rapport aux milliards d’années d’existence de notre planète… et ce même genre de chose peut s’appliquer à d’autres civilisations. »

 

Le physicien Freeman Dyson de l’Institute for Advanced Study estime que dans moins de 2 siècles environ, nous devrions atteindre le Type I.

 

En fait, notre modeste taux de croissance s’élève à 1% par an, Kardashev a estimé qu’il ne faudrait que 3200 ans pour atteindre le Type II, et 5800 ans pour atteindre le Type III.

 

 

 

Vivre dans une civilisation de Type I, II ou III

 

Par exemple, une civilisation de type I est une civilisation véritablement planétaire, qui a maîtrisé la plupart des formes d’énergie planétaire.

 

Leur production d’énergie serait de l’ordre de milliers à des millions de fois notre production planétaire actuelle.

 

Mark Twain a dit : « Tout le monde se plaint de la météo, mais personne ne fait rien à ce sujet. » Cela pourrait changer avec une civilisation de type I, qui a assez d’énergie pour modifier le temps.

Ils ont également assez d’énergie pour modifier le cours des tremblements de terre, des volcans, et construire des villes sur leurs océans.

 

Actuellement, notre production d’énergie nous place au rang de civilisation de Type 0.

 

Nous ne tirons pas notre énergie des forces globales, mais par la combustion de végétaux morts (par exemple le pétrole et le charbon). Mais déjà, nous pouvons voir les germes d’une civilisation de type I.

 

Nous voyons le début d’une langue planétaire (en anglais), un système de communication planétaire (Internet), une économie planétaire (création de l’Union européenne), et même les débuts d’une culture planétaire (via les médias de masse, la télévision, la musique rock , et des films d’Hollywood).

 

Par définition, une civilisation avancée doit croître plus vite que la fréquence des catastrophes mortelles.

 

Tandis que des impacts de météores ou de grandes comètes ont lieu une fois tous les quelques milliers d’années, une civilisation de type I doit maîtriser le Voyage dans l’espace pour savoir détourner les débris spatiaux dans ce délai, ce qui ne devrait pas poser trop de problème pour elle.

 

Les périodes glaciaires peuvent avoir lieu sur une échelle de temps comprise entre des dizaines de milliers d’années, alors une civilisation de type I doit apprendre à modifier le climat dans ce laps de temps.

 

Des catastrophes artificielles internes doivent aussi être gérées.

 

Mais le problème de la pollution mondiale n’est une menace mortelle que pour une civilisation de Type 0, une civilisation de Type I ayant vécu pendant plusieurs millénaires en tant que civilisation planétaire, a nécessairement atteint un équilibre écologique planétaire.

 

Les problèmes internes tels que les guerres constituent une grave menace récurrente, mais ils ont des milliers d’années pour résoudre les conflits raciaux, nationaux, et sectaires.

 

Finalement, après plusieurs milliers d’années, une civilisation de Type I aura épuisé l’énergie de sa planète, et tirera son énergie en consommant toute la production de son soleil, soit environ un milliard de trillions de trillions d’ERGs par seconde.

 

Avec un rendement énergétique comparable à celui d’une petite étoile, ils doivent être visibles de l’espace.

 

Dyson a proposé qu’une civilisation de type II peut même construire une gigantesque sphère autour de son étoile afin d’utiliser plus efficacement sa production totale d’énergie.

 

Même s’ils essaient de cacher leur existence, ils doivent, selon la deuxième loi de la thermodynamique, émettre des déchets chauds.

 

De l’espace, leur planète peut briller telle la décoration d’un arbre de Noël. Dyson a même proposé de rechercher spécifiquement les émissions infrarouges (plutôt que de radio et de télévision) pour identifier des civilisations de type II.

 

Il est possible que la seule menace sérieuse pour une civilisation de type II soit l’explosion d’une supernova voisine, dont la soudaine éruption pourrait brûler leur planète dans une marée de rayons X dévastateurs, détruisant toutes formes de vie.

 

Ainsi, la civilisation la plus intéressante est peut-être celle de type III, car elle serait vraiment immortelle.

 

Elle aura épuisé l’énergie d’une étoile entière, et aura atteint d’autres systèmes stellaires. Aucune catastrophe naturelle connue de la science ne serait capable de détruire une civilisation de type III.

 

Confrontée au voisinage d’une supernova, elle aurait plusieurs alternatives, telles que modifier l’évolution de cette étoile géante rouge mourante et sur le point d’exploser, ou quitter ce système solaire et terraformer notamment un système planétaire voisin.

 

Cependant, d’autres obstacles se présentent avant de passer à une civilisation de type III.

 

Finalement, elle est confrontée à une autre loi fondamentale de la physique, la théorie de la relativité.

Dyson estime que cela pourrait retarder la transition vers une civilisation de type III de peut-être plusieurs millions d’années.

 

Mais même avec la barrière de la lumière, il y a un certain nombre de moyens d’atteindre des vitesses proches de la lumière.

Par exemple, la mesure ultime des capacités d’un moteur à combustion est obtenue par ce qu’on appelle l’ « impulsion spécifique » (définie comme le produit de la poussée et de la durée, mesurée en secondes). Les fusées chimiques peuvent atteindre des impulsions spécifiques de plusieurs centaines à plusieurs milliers de secondes. Les moteurs ioniques peuvent atteindre des impulsions spécifiques de dizaines de milliers de secondes. Mais pour atteindre une vitesse proche de la lumière, on doit être capable d’atteindre une impulsion spécifique d’environ 30 millions de secondes, ce qui est bien au-delà de nos capacités actuelles, mais pas de celles d’une civilisation de type III.

Une variété de systèmes de propulsion serait disponible pour les sondes à vitesse inférieures à la lumière (comme les moteurs à fusion, statoréacteurs, moteurs photonique, etc).

 

Comment explorer la galaxie ?

 

Parce que les distances entre les étoiles sont si vastes, et le nombre de systèmes solaires impropres à la vie si grand, une civilisation de type III serait confrontée à la question suivante : quel est le moyen le plus efficace d’explorer mathématiquement les centaines de milliards d’étoiles dans la galaxie ?

 

En science-fiction, la recherche de mondes habitables a été immortalisée à la télévision par les capitaines audacieux et héroïques qui commandaient un navire étoile solitaire, ou tel que le meurtrier Borg, une civilisation de type III qui absorbe une civilisation inférieure de type II (telles que la Fédération).

 

Cependant, la méthode la plus efficace mathématiquement pour explorer l’espace est beaucoup moins glamour :

pour envoyer des flottes de « sondes de Von Neumann » dans toute la galaxie (John Von Neumann a établi les lois mathématiques des systèmes d’auto-réplication).

Une sonde de Von Neumann est un robot conçu pour atteindre des systèmes solaires lointains et de créer des usines qui reproduisent des copies par milliers.

Une lune morte plutôt qu’une planète serait la destination idéale pour les sondes de Von Neumann, car ils pourraient facilement atterrir et décoller à partir de ces lunes, et aussi parce que ces lunes n’ont pas d’érosion.

Ces sondes vivraient hors de la terre en utilisant des dépôts de production naturelle de fer, de nickel, etc pour créer les ingrédients de base pour construire une usine de robots.

Ils créeraient des milliers de copies d’eux-mêmes, qui ensuite se disperseraient et rechercheraient d’autres systèmes solaires.

Similaires à un virus colonisant un corps faisant plusieurs fois sa taille, par la suite ils formeraient un ensemble de trillions de sondes de Von Neumann en expansion dans toutes les directions, qui augmenterait à une fraction de la vitesse de la lumière.

De cette façon, même une galaxie mesurant 100000 années lumière pourrait être complètement analysée en, disons, un million d’années.

 

Si une sonde de Von Neumann ne trouve que des preuves de vie primitive (comme une civilisation instable et sauvage de type 0), ils pourraient tout simplement rester en sommeil sur la lune, attendant silencieusement qu’une civilisation de type 0 évolue vers une civilisation de type I.

 

Après avoir attendu tranquillement pendant plusieurs millénaires, ils pourraient être activés lorsque la nouvelle civilisation de type I serait assez avancée pour établir une colonie lunaire.

 

Le physicien Paul Davies de l’Université d’Adélaïde a même évoqué la possibilité d’une sonde de Von Neumann en sommeil sur notre Lune, vestige d’une visite précédente dans notre système il y a des éons.

 

(Si cela vous semble un peu familier, c’est parce que ç’était la base du film 2001, l’Odissey de l’Espace. À l’origine, Stanley Kubrick a commencé le film avec une série de scientifiques expliquant comment ce genre de sondes constituerait la méthode la plus efficace pour explorer l’espace extra-atmosphérique. Malheureusement, à la dernière minute, Kubrick coupa cette introduction de son film, et ses monolithes sont ensuite devenues des entités quasi mystiques)

Sonde de Van Neumann

 

 

Nouveaux développements

 

Depuis que Kardashev a donné son classement initial des civilisations, de nombreux développements scientifiques sont venus affiner et étendre son analyse de départ, tels que des développements récents en matière de nanotechnologie, de biotechnologie, de physique quantique, etc…

 

Par exemple, les nanotechnologies peuvent faciliter le développement de sondes de Von Neumann.

 

Comme le physicien Richard Feynman l’a observé dans son essai séminal, «il ya beaucoup de possibilités à la base », il n’y a rien dans les lois de la physique qui n’interdit la fabrication d’armées de machines moléculaires.

 

À l’heure actuelle, les scientifiques ont déjà construit de curieux objets à l’échelle atomique, tels qu’une sorte de Buckyballs atomique ou une guitare atomique constituée de chaînes d’environ 100 atomes.

 

Paul Davies spécule qu’une civilisation capable de voyages dans son espace lointain pourrait utiliser la nanotechnologie pour construire des sondes miniatures pas plus grandes que la paume de votre main afin d’explorer sa galaxie.

 

Davies dit :

 

« Les sondes miniatures dont je parle seraient si discrètes qu’il n’est pas surprenant que nous n’en ayons pas remarqué. Ce n’est pas le genre de chose sur laquelle vous allez trébucher dans votre arrière cour. Donc, si c’est la façon dont la technologie se développe, à savoir toujours plus petit, plus rapide, moins cher et si d’autres civilisations ont emprunté cette voie, alors il est possible que nous soyons entourés par des dispositifs de surveillance. »

 

En outre, le développement de la biotechnologie a ouvert des possibilités entièrement nouvelles.

 

Ces sondes pourraient agir en tant que formes de vie, reproduisant leur information génétique, mutant et évoluant à chaque étape de leur reproduction pour renforcer leurs capacités, et pourraient être douées d’intelligence artificielle accélérant leur recherche.

 

En outre, la théorie de l’information modifie l’analyse originale de Kardashev.

 

L’actuel projet SETI scanne seulement quelques fréquences parmis toutes les émissions de radio et de télévision transmises par une civilisation de type 0, mais peut-être pas toutes celles d’une civilisation avancée.

 

En raison de l’énorme quantité des parasites qui se trouvent dans l’espace profond, la diffusion sur une seule fréquence présente une sérieuse source d’erreur.

 

Au lieu de mettre tous vos œufs dans le même panier, un système plus efficace consisterait à découper votre message et de l’étaler sur toutes les fréquences (la transformée de Fourier par exemple) puis de réassembler le signal seulement à son extrême destination.

 

De cette façon, même si certaines fréquences sont perturbées par électricité statique, des portions suffisamment précises du message subsisteront pour permettre de remonter le message via des routines de correction d’erreurs.

 

Cependant, toute civilisation de type 0 écoutant un tel message sur une seule bande de fréquences n’entendra rien d’autre que des inepties.

 

En d’autres termes, notre galaxie pourrait bien grouiller de messages provenant de diverses civilisations de types II et III, mais nos radiotélescopes de Type n’entendent que du charabia.

 

 

Enfin, il y a aussi la possibilité qu’une civilisation de Type II ou III pourrait être en mesure d’atteindre la légendaire énergie de Planck (10 ^ 19 milliards d’électron-volts) avec ses machines.

 

Cette énergie est un quadrillion fois plus puissante que notre accélérateur de particules le plus puissant. Cette énergie, aussi fantastique qu’elle puisse paraître, est (par définition) à la portée de civilisations de Type II ou III.

 

 

L’énergie de Planck se produit uniquement au centre des trous noirs et au moment du Big Bang.

Mais avec les progrès récents en gravité quantique et de la théorie des supercordes, il y a un regain d’intérêt parmi les physiciens autour d’énergies assez vastes pour générer des effets quantiques capables de déchirer le tissu de l’espace et du temps.

 

Bien qu’il soit loin d’être certain que la physique quantique permettra de créer des trous de ver stables, cela soulève la possibilité que des civilisations suffisamment avancé puissent être capables de se déplacer par des trous dans l’espace, comme dans le miroir d’Alice.

 

Et si ces civilisations réussissent à naviguer au travers de galeries stables, alors atteindre une impulsion spécifique d’un million de secondes n’est plus un problème.

 

Elles se contenteraient de prendre un raccourci à travers la galaxie. Ce qui réduirait considérablement la transition d’une civilisation de Type II vers le Type III.

 

Deuxièmement, la capacité de déchirer les trous dans l’espace et le temps pourrait être utile un jour.

 

Les astronomes, après analyse de la lumière de supernovae lointaines, ont conclu récemment que l’univers pourrait être en train d’accélérer, plutôt que de ralentir.

 

Si cela est vrai, il se pourrait qu’il existe une force anti-gravitée (peut-être la constante cosmologique d’Einstein), luttant contre l’attraction gravitationnelle des galaxies lointaines.

 

Mais cela signifie aussi que l’univers pourrait s’étendre indéfiniment, jusqu’à ce que sa température approche le quasi-zéro absolu.

 

Plusieurs articles ont récemment mis en évidence ce à quoi un univers si lugubre pourrait ressembler. Ce serait un spectacle pitoyable : toute civilisation survivante serait désespérément entassée à côté des braises mourantes d’étoiles à neutrons et de trous noirs mourants. Toute vie intelligente devra mourir à la mort de l’univers.

 

En contemplant la mort du soleil, le philosophe Bertrand Russel a écrit peut-être le point le plus déprimant dans la langue anglaise :

« … Tous les travaux de tous les temps, tout le dévouement, toute l’inspiration, tout l’éclat du génie humain, sont destinés à l’extinction par la mort de vastes systèmes solaires, et le temple des réalisations humaines doit inévitablement être enterré sous les débris d’un univers en ruines … »

 

Aujourd’hui, nous nous rendons compte que des moteurs suffisamment puissants pourraient nous sauver de la mort de notre soleil programmée dans 5 milliards d’années, quand nos océans seront portés à ébullition et quand nos montagnes entreront en fusion.

 

Mais comment échapper à la mort de l’univers lui-même ?

 

L’astronome John Barrows de l’Université de Sussex écrit

 

« Supposons que nous étendions vers le haut le classement de Kardashev. Les membres de ces hypothétiques civilisations de Type IV, V, VI, … et ainsi de suite, seraient capables de manipuler les structures de l’univers à des échelles plus grandes et plus importantes, regroupant des groupes de galaxies, des amas, et superamas de galaxies. »

 

Des civilisations au-delà du Type III pourraient disposer d’assez d’énergie pour échapper à la mort de notre univers par des trous dans l’espace.

 

Enfin, le physicien Alan Guth du MIT, l’un des initiateurs de la théorie de l’univers inflationniste, a même calculé l’énergie nécessaire pour créer un bébé-univers en laboratoire (une température de 1000 milliards de degrés, qui serait à la portée de ces hypothétiques civilisations).

 

Bien sûr, jusqu’à ce que quelqu’un établisse effectivement un contact avec une civilisation avancée, tout cela revient à une spéculation tempérée par les lois de la physique, rien de plus qu’un guide utile dans notre recherche d’une intelligence extra-terrestre.

 

Mais un jour, nous serons nombreux à admirer l’encyclopédie contenant les coordonnées de peut-être plusieurs centaines de planètes similaires à la Terre dans notre secteur de la galaxie.

 

Nous nous demanderons alors, comme Sagan l’a fait lui-même, à quoi ressemble une civilisation en avance d’un millions d’années sur la nôtre…

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