Du Big Bang au Cerveau

Introduction

Le sujet de cette série de conférences est d'exposer en 3 ou 4 séances d'une heure l'état de nos connaissances de toute l'évolution du Big Bang initial au fonctionnement même de notre Cerveau. C'est de montrer qu'actuellement l'ensemble de l'évolution de l'Univers est quasiment compris et expliqué par un minimum de lois physiques très simples qui font appel au bon sens. Ces Lois de base sont les deux principes de la Thermodynamiques qui s'appliquent à l'énergie et la masse et peuvent s'énoncer en une seule phrase:

" Rien ne se crée , rien ne se perd, tout se transforme avec une augmentation d'Entropie. "

La conservation (Energie-masse) est précisée par la relation d'Einstein E=mc² . La transformation concerne l'évolution du système et il reste à préciser ce qui change et comment. C'est là qu'intervient l'augmentation d'Entropie qui est nécessaire. C'est un investissement, une notion complexe dificile à comprendre et à préciser.

La Science et la Mesure Physique nous permettent depuis moins d'un siècle de connaître pratiquement toute l'évolution de l'Univers depuis le début du Big Bang avec une précision et des détails considérables. Sur la Terre les mesures et leurs prédictions peuvent aujourd'hui atteindre une précision de l'ordre de 10^-12 soit 12 chiffres significatifs tel: 123456789012 avec certitude et sans contestation.

Ceci s'est traduit dans les mises à jour en 1983 des définitions même des unités de mesures.

La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les niveaux hyperfins F=3 et F=4 de l’état fondamental ⁶ S_½ de l’atome de Césium 133.

Le mètre est la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 de seconde à la vitesse constante c=299792458 m/sec. Ce qu'il faut retenir c'est c= 300.000 km/sec .

" La vitesse de la lumière dans le vide est une constante universelle à environ 300.000Km/sec."

L'évolution de l'Univers fait intervenir 3 ruptures:        Le Big bang initial de la création de la Matière réelle qui défini son origine il y à 13,8 Milliards d'années puis le        Big Bang de l'apparition de la Matière Vivante sur Terre il y a 4 Milliards d'années et enfin dernièrement le       Big Bang de formation de la Matière Abstraite et de la Conscience de ce qui est et qui se manifeste dans le Cerveau Humain il y a quelque milliers d'années seulement. Actuellement le bon sens avec le moindre effort, l'homogénéité du temps et de l'espace et les deux principe de la Thermodynamique, la Physique permet de tout comprendre et d'expliquer pratiquement tous les détails de cette évolution. C'est l'objectif concret de cette série d'exposés que de le montrer très simplement.

A l'arrivée seul le Cerveau humain nous permet de comprendre ce développement de tout l'Univers et d'en être Conscient à travers la connaissance, le traitement de l'information et le développement des Matières abstraites fondamentales telles que la philosophie, les Sciences et Technologies qui sont la base de la compréhension et du savoir, je dirais de ce qui est quoi.... Ce Cerveau est l'étape ultime de l'évolution qui enfin aujourd'hui est à même de la concevoir et de l'orienter, comme la COP21 le montre et probablement comme un jour l'intelligence artificielle risque de prendre la suite comme dans «2001 Odyssée de l'espace ».

Un seul mot, une seule notion dans ce préambule est hors de portée directe, c'est l'Entropie qui ne peut être abordée que par une suite de calculs et d'explications complexes. Aussi, pour m'en passer et pour être plus simple tout en étant précis j'utiliserais la notion de Structure. Les transformations ne seraient alors que des changements de Structures qui devront soit se construire à partir de l'énergie originelle soit en en consommant et en se transformant . L'évolution n'est alors qu'une complexification de l'Univers dans différentes Structures de plus en plus nombreuses et dans des mondes nouveaux de plus en plus localisés ce qui augmente leur quantité et leur complexité (comme l'Entropie).

La première partie concerne la Matière inerte de tout l'Univers qui naît de l'énergie. C'est un rappel simplifié des lois de la Physique du solide s'appliquant à tout ce qui impose l'Expansion de l'Univers du début il y a 13,8 Milliards d'années à aujourd'hui et qui l'explique dans le détail (sauf peut être la matière noire et l'énergie sombre qui de toute façon ne se voient pas et n'interviennent pratiquement pas à notre échelle localement) avec une précision de l'ordre de l'Atome c'est à dire de 10^-10 mètres (l'atome est de l'ordre de l'Angström). Les Actions sont traitées par la physique du Point et ses réactions aux Forces extérieures.

La seconde partie concerne la Matière Vivante localisée dans la bulle de l'atmosphère Terrestre. La Vie n'est pas ponctuelle mais programmée dans l'ADN protégé de l'extérieur dans une cellule complexe et ses Actions sont des réactions chimiques. La cellule réagit comme un automate pour s'adapter à son milieu extérieur.

La troisième partie concerne la Matières Abstraite intellectuelles du monde du Cerveau. Le Cerveau est l'organe central dans un corps Vivant qui structure les commandes de ses réactions et de ses idées. Le cerveau est l'organe le plus complexe de l'univers composé de neurones réagissant à des informations extérieures pour construire ses idées, ses pensées et élaborer ses réponses. On sait actuellement que ses réponses sont d'abord instinctives puis raisonnées. Elles doivent être et sont des éléments Structurées.

Ces trois Big Bang sont à l'origine de nouveaux mondes dans lesquels les structures peuvent se complexifier dans un autre niveau grâce à de nouveaux matériaux de support et de mécanismes de développements.     La première partie concerne l'évolution de l'Univers tout entier et les lois fondamentales de la Physique du solide. Aujourd'hui la Température moyenne de cet ensemble est devenue infime, de 3°K. C'est bien en dessous des possibilités de Vie. La deuxième partie concerne l'évolution de notre monde qui est la surface Terrestre et les lois de la biologie. Sa Température relativement stable est environ de 300°K ce qui est favorable à la Vie et ne dépend que de notre système solaire. Ce monde est une bulle complètement indépendante du reste de l'Univers et le soleil en est la source d'énergie.       La Troisième partie concerne notre Cerveau qui est dans la bulle vivante de notre corps qui l'isole du monde terrestre et le maintient à Température constante de 37°C soit 310°K très voisine de la température de son environnement et très stable. Ces deux derniers mondes Vivants et Pensants n' existent sur Terre que grâce aux molécules d'ADN inclues dans le noyau de leur cellule et stockent les informations et les procédures qui sont les structures chimiques élémentaires fondamentales des éléments constitutifs de la Vie et de la Conscience.

Le premier Big bang initial est l'hypothèse originelle de l'Univers il y a 13,8 Milliards d'années. C'est l'apparition dans l'espace vide d'une méga bulle d'énergie à l'origine du temps, de tout le matériel et de son évolution décrite ci dessous. C'est à partir de nos connaissances de la Physique du solide actuelle que nous pouvons étudier, décrire et expliquer 13,8 Milliards d'années plus tard tous les résultats et les détails avec précision de cet environnement et de ses structurations.

Nos éléments primitifs sont les grains d'énergie originels que l'on appelle photons qui sont des grains de lumière ponctuels, indépendants, sans masse, de très haute Température se déplaçant à une vitesse constante, celle de la lumière c=300.000Km/s dans le vide. Du fait de leur vitesse ces particules ont tendance à se disperser et à occuper un Volume de plus en plus grand. Leur énergie totale se conserve avant toute transformation et se dilue dans un espace qui s'étend. La Température T de cet ensemble qui mesure sa chaleur moyenne diminue au fur et à mesure de la croissance de la bulle. La chaleur totale Q = Cv.VDT se distribue dans un volume V de plus en plus grand et donc la Température décroît de DT .

Cet  ensemble de photons a un comportement qui ressemble à celui d'un gaz parfait composé de molécules ponctuelles identiques indépendantes qui ont une énergie cinétique de mouvement qui correspond à une Température moyenne T      tel que     S ½.mv² = k.T . Ce gaz en expansion adiabatique, c'est à dire à énergie constante comme pour les photons du Big Bang s'accompagne aussi d'une baisse de la température moyenne T. Cela nous ramène à la Thermodynamique et à ses lois universelles fondamentales qui nous permettront d'interpréter toutes les phases de l'évolution. Le Deuxième principe de la thermodynamique — Wikipédia introduit la fonction d'état Entropie: S = Q/T du système ayant une Energie Q à la Température T qui permet le calcule numérique de l'augmentation d'Entropie nécessaire à toute transformation de ce système.            Cette Entropie est en quelque sorte est le prix à payer pour la transformation.

Dernièrement, le grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN a enfin mis en évidence le boson de Higgs en 2013. C'est la particule élémentaire trouvée dans le domaine des plus hautes énergie atteintes de l'ordre de 125G.eV⋅c^-2. Elle confère une masse non nulle aux bosons de jauge de l'interaction faible (W et Z), et l'apparition d'une nouvelle structure solide la masse ayant des propriétés différentes de celles du boson de l'interaction électromagnétique tel le photon qui sont des fermions sans masse. On peut voir cette apparition comme une sorte de condensation d'énergie (125G.eV⋅c^-2) en masse atteinte 10^-10sec après le zéro du Big Bang. Pour comparaison le neutron a une masse de 1,67×10^-27Kg pour (0,94G.eV⋅c^-2).

A la fin de l'inflation l' énergie du champs libérée en lumière va donner naissance à toute la matière. C'est le début de l'expansion de l'Univers développée dans le modèle standard. Au bout d'une micro seconde tous les photons sont formés et vont diffuser dans l'espace tout en se transformant en matières faisant intervenir des forces de gravitation qui auront tendance à réguler cette expansion qui se fera à vitesse constante. L'espace diffuse alors la lumière et ne deviendra transparent qu'au bout de 380.000 ans. L'ordre de grandeur de l'énergie et de la température de l'univers est rappelées dans histoire de l'univers – bio.m2osw.com .

La Matière est donc une suite de condensation à travers une cascade de structures depuis les quarks. Ce tableau rappelle toute la complexité de l'évolution de la matière des fermions et bosons élémentaires qui interviennent dans les différentes structures au fur et à mesure de la baisse de Température de l'Univers et ceci sera développé plus avant dans un chapitre futur 1-La Matière qui revient plus en détail sur ce sujet.

Le deuxième Big Bang est l'apparition de la Vie il y a 4,5 Milliards d'années dans un coin infime

de l'Univers: C'est selon une hypothèse dominante, la formation de la Lune due à la collision de la Terre avec un impacteur de la taille de Mars. Théia (l'impacteur) — Wikipédia qui est à l'origine de la soupe primordiale de la grande bleue. L'Atmosphère terrestre est restée remarquablement stable en température à T=290°K ± 5° depuis sa création alors que le reste se refroidissait régulièrement très en dessous. Cette stabilité exceptionnelle aura duré 1/3 de la création depuis le début de l'Univers. L'Evolution Climatique Terrestre depuis 4,5 Milliards d'années

Ordres de grandeur (des température de l'Univers) — Wikipédia

10³² température de Planck^[] et des micro trous noirs, 5.10^-44 secondes juste après le Big Bang.

10¹⁵ 0,3–2,2 PK dans les collisions proton-antiproton. 10^-30 secondes juste après le Big Bang.

10⁹ 10 GK, température 1 sec après le Big Bang.

10⁴ 25.000°K, température moyenne de l'Univers 10 000 ans réactions proton-électron

10³ 6.000°K, température moyenne de l'Univers 300 000 ans après le Big Bang.

10² 300°K, température moyenne de l'Univers 1 000 000 ans après le Big Bang. 10¹ 3°K, température actuelle de l’Univers. 13,8 Milliards d’années après le Big Bang.

Très vite au bout d'un million d'années la température moyenne de l'univers a diminué jusqu'à 300°K et ne sera plus un environnement favorable au développement de la Vie. Celle ci ne pourra se développer que 10 Milliards d'années plus tard sur Terre. Cette température est aujourd'hui de 3°K bien en dessous de celle de notre environnement actuel qui est d’environ 290°K soit 17°Celsius. Pour comparaison la température moyenne de la lune qui est sans atmosphère est d’environ 203°K soit à –70°C et la Vie y est impossible.

Sur Terre on à faire à un biotope local exceptionnel, entretenu par le système solaire. Le Soleil est l'étoile qui avec sa température extérieure actuelle de 6.000°C et ses forces de gravitation est le moteur actuel.

La surface de la terre dans le système solaire est depuis toujours quasiment indépendante du reste de l’univers et en quasi-équilibre énergétique localement. La surface terrestre avec son atmosphère est une bulle unique qui a son propre destin local. Dans cette bulle épaisse de 10Km existe un monde au delà des lois de la matière solide géré non par des forces mais par des procédures et des réactions chimiques programmées par l'ADN des cellules vivantes. Cette nouvelle Matière structurée se développe dans son propre biotope depuis 4 Milliards d’années et évolue à Température quasi constante de 290°K soit 17°K.

Structures sphériques Autoreproductrices:

Selon des recherches éffectuées à Harvard sur des structures de microsphères qui, telles que celles rouges de la figure ci dessous, peuvent aglomérer des atomes spontanément pour recréer une nouvelle structure identique à celle initiale. L'Auto-réplication (ou la reproduction, en termes biologiques) ci dessous serait un processus qui pourrait ignicier l'évolution de la vie Terre, c'est un mécanisme dans lequel le système pourrait accumuler une quantité croissante d'énergie au fil des reproductions corespondant à la croissance de l'Entropie du système. http://www.englandlab.com/uploads/7/8/0/3/7803054/2013jcpsrep.pdf

Il faut souligner que l'ARN, l'acide nucléique aurait pu servir ensuite de précurseur à la vie à base d'ADN car c'est un matériau de construction particulièrement peu coûtant en énergie.

Une fois l'ARN construit, «son évolution darwinienne" prendrait le relais.

Structure Polyhèdrique auto-catalysant sa propre duplication Flocon de neige

Il est intéressant de revenir sur les propriétés de l'eau moléculaire dans le cas des flocons de neige et de leur condensation qui est le résultat particulier obtenu du fait de la liaison Hydrogène. Il faut voir cette video http://www.maxisciences.com/flocon/la-merveilleuse-formation-des-flocons-de-neige-filmee-en-time-lapse_art32057.html

Le départ de la condensation nécessite une impureté qui est alors un creux d'énergie où les molécules s'accrochent pour ensuite se développer en différentes branches. Les six branches primaires d'un cristal de neige peuvent également émettre des ramifications latérales, avec des angles de 60 degrés, ce qui forme des structures dendritiques évoquant des fougères et pouvant nous rappeler la vie d'une plante.

A ce niveau il nous faut nous rappeler que la condensation de l'eau, du fait de la liaison Hydrogène, s'effectue non pas avec diminution, mais au contraire avec une augmentation de volume et donc ce phénomène correspond localement à une augmentation de travail contre l'environnement et une consommation d'énergie. On retrouverait ici, alors qu'on refroidit la goutte d'eau, un arrangement où la création d'une structure correspond à une augmentation d'Entropie à Température constante. Ceci entraînerait la transformation spontanément. Par ailleurs ces branches du flocon sont pour certaines très fragiles et se briseront très facilement du fait de la seule agitation thermique pour semer d'autres germes réalisant ainsi une autoreproduction.La Vie est à la fois une autoreproduction mais aussi et surtout une auto-réaction réflexe programmée dans l'ADN à une activation extérieure. On en conclue que les premières étapes de la vie sont probablement de ce type avant de savoir recueillir les bonnes informations pour les programmer dans l'ARN. Cette cellule procaryote contient de l'ADN mais pas encore de noyau

Je consacrerai tout un chapitre 2- La Vie avec en conclusion ..... Dans la photosynthèse il existe une absorbtion locale d'Entropie, effectuée par les plantes correspondant aux réarrangements des atomes dans les molécules (-62 cal/°K pour 180 g de matières hydrocarbonées synthétisées). C'est ce même phénomène, cette faible mais irremplaçable diminution d'entropie qui caractérise la vie, l'activité organisatrice de ce système vivant que constitue une forêt.

Le troisième Big Bang est celui de la Conscience au Vème siècle aJC. Il pourrait être lui aussi associé à une 3ème rupture catastrophique, mais ce Big Bang est purement intellectuel. La disparition de l'Atlantide associée à l'explosion de Santorin vers -1600 a.JC à sûrement complètement bouleversé toute la mer Egée. On a retrouvé cette fresque à Santorin datant d'avant l'explosion qui montre bien le niveau d'évolution de cette civilisation minoenne qui sera supplantée par la civilisation Mycéenne de -1500 à -1100. C'est un peuple de la mer comme on le voit ici décrit qui sera décrit par les épopées d'Homère, l'Iliade et l'Odyssée à un moment de culture encore plutôt orale.

Plus tard au Vème siècle avant JC ce même peuple insulaire de tradition indépendantiste, a marqué la naissance du monde moderne avec une foison de développement: des Arts , des Sciences, des écoles, de la philosophie, de la démocratie, de la médecine, des sports … tout ce qui marque à jamais le tournant d'un nouveau monde par une la prise Conscience de ce qu'est l'Humanité dans sa diversité. En regardant cette carte on peut comprendre aujourd'hui que cette épreuve dans chacune de ces îles, village ou ville car se sont des citadins à du correspondre au redémarrage d'autant d'îlots de solidarités distincts et c'est ce qui donnera naissance aux jeux à Olympie pour réunir et souder toutes les citée et colonies grecques. Cela explique un regroupement par ligues comme celle de Délos en 478 par des accords et ententes et non par le glaive. Les colonies grecques sont des comptoirs et non des conquêtes. La ligue des cités grecques l'emportera sur des agresseurs, les Perses et le sanctuaire de Delos se verra confier le trésor de l'alliance, un début E.U.

La vraie révolution intellectuelle des grecs est leur aptitude à voir le monde tel qu'il est véritablement et non tel qu'on se l'imagine. C'est la raison pour laquelle je place ce dernier Big Bang au Vème siècle a.JC.

C'est l'Art qui nous révèle ce qu'est devenu le Cerveau et sa possibilité de voir la réalité soit concrètement soit abstraitement comme ci dessus. Cet art n'est pas marqué dans le temps. Il est hors du temps, des modes, des à priori du cerveau. Dans le cas le cas du Parthénon d'Athènes les points de fuites du socle comme ceux des colonnes, qui alors n'étaient pas encore calculés, permettent une correction optique très précise pour donner l'illusion d'une verticalité et d'une horizontalité parfaites et donc corriger le Cerveau dans son interprétation.

Ce résultat a été obtenu à l'époque car les architectes sont alors des sculpteurs qui ont Conscience qu'il faut corriger l'objet de leur réalisation. D'ailleurs ils en tiennent aussi compte dans l'exécution d'une statue sur son piedestal trop élevé. C'est l'inconscient de l'artiste qui sait résoudre ce problème comme du reste l'exécution de représentation abstraite de la victoire de Samothrace.

La Conscience de ce qui est et de ce qui n'est pas est possible dans ce nouveau monde, celui de l'humanité.

Jusqu'à présent ce monde avait une place à part celui de la création divine et non d'une nouvelle matière structurée suivant les lois de la nature. Evidemment le coté Structure associé à l'Entropie n'apparaît pas ici directement comme étant la base de la construction de l'Univers.

Pour la Matière amorphe ce sont les particules élémentaires qui construisent par condensation les structures physiques des atomes, des molécules, des solides.... Pour la Matière vivante ce sont les molécules qui réagissent pour construire des structures biologiques, des procédures de réactions chimiques, les structures de l'ARN, puis de l'ADN porteurs d'informations d'actions et de réactions sur la construction de l'environnement. Pour le Cerveau et cette Matière intellectuelle, c'est dans le noyau de la vie, dans le programme de l'ADN dans la construction du neurone, dans l'inter-connection des neurones que se construit sa super-structure traitant de l'Information.

Cette dernière structure n'apparaît à priori pas structurée physiquement, semblant être informe et brouillon. Mais cela est, et c'est encore et toujours le même élément de base, c'est à dire l'énergie qui structure toute la pensée et c'est là qu'il faut trouver ces structures ce qui a été le cas en 2014 du prix Nobel de médecine pour, en essayant de comprendre le fonctionnement du cerveau grâce à leur excitation, avoir montrer que l'énergie de l'activité de ses neurones est structurée dans des plans, qui ne sont pas matériels, et même dans ces plans l'énergie dans leur cas à une structure hexagonale, qui existe encore moins physiquement. Ce sont les éléments traités qui se manifestent par des énergies dépensées ainsi localisées et des chemins imaginés et traités passant par des carrefours regroupés dans un réseau hexagonal.

En réalité j'en sais rien, mais j'imagine ce que pourrait être le fonctionnement du cerveau. De toute façon ce qui m'intéresse c'est que le résultat de ces chercheurs est de trouver un réseau complètement structuré là où matériellement il n'y a pas de structures mais seulement des énergies fugaces correspondant à des traitements énergétiques d'informations. Alors, oui, le même traitement par des Structures abstraites de plus en plus complexes s'effectue aussi par une augmentation d'Entropie pour résoudre des problèmes abstraits.

Je consacrerais un chapitre -3 La Conscience au traitement de l'information. Ce chapitre doit rappeler ce qu'est la théorie de l'information. Comment la mesurer et utiliser son entropie pour optimiser nos résultats lorsqu'il s'agit d'évolution. Enfin, montrer que ce sont toujours les même lois qui gouvernent toute l'évolution.

Nobel de médecine 2014 décerné aux chercheurs John O'Keefe, May-Britt et Edvard Moser

Le Nobel de médecine récompense la découverte d'un GPS cérébral

Ils sont récompensés pour leurs travaux qui ont permis de découvrir un système cérébral de « GPS interne », permettant de s'orienter dans l'espace, aussi complexe que soit cet environnement.

Ce qui est exceptionnel dans les deux résultats ci dessus c'est d'abord la mise en évidence de structures stratifiées à la fois dans l'hippocampe et le cortex entorhinal dans un milieu constitué de neurones à priori informe et désordonné. Par contre on se retrouve avec des informations traitées par le cerveau sous forme d'excitations fonctionnelles qui se regroupent localisées dans des plans. Ces «cellules excitées de lieu » constituent une cartographie de l'espace dans lequel nous évoluons. D'ailleurs ceci coïncide bien avec la technologie de la cartographie tel que notre cerveau nous a permis de la développer dans un plan avec des coordonnées.

Mais, bien plus que cela quand il s'agit des traitements de nos déplacements on retrouve dans le cortex, associés aux «cellules excitées de lieu » de l'hippocampe une autre structure elle aussi planaire regroupant les éléments fonctionnels excités disposés dans une sorte de réseau hexagonal. On a donc bien à faire ici à une véritable structure ordonnée concrète dans l'espace associée à un traitement d'informations abstraites qui apparaît sous forme d'énergie localisée ponctuellement dans des neurones désordonnés du cerveau lors de leur excitation. C'est la représentation concrète de la structuration de la pensée.

C'est la dernière étape du développement de ma compréhension du fonctionnement du cerveau qui n'est enfin de compte qu' une structuration de l'information elle même et l'aboutissement ultime de l'évolution de l'univers qui est une structuration en trois temps de la Matière sous ses trois formes: Solide, Vivante, Abstraite.

Le principe de moindre action - Des Mathématiques à Nantes La fabuleuse histoire du principe de moindre action : Le principe de moindre action deuxième principe de la thermodynamique, théorie de l'information