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Article.
Anisotropie
supposée de l'univers et statistiques bayésiennes
Jean-Paul Baquiast 29/09/2010
L'excellent
précis en ligne canadien consacré à
une présentation de l'univers, dont nous ne
pouvons que conseiller la lecture (http://universe-review.ca/index.htm),
écrit ceci à propos des anomalies observées
dans le rayonnement fossile micro-ondes ou CMB (cosmic
microwave background radiation) par le satellite américain
Wilkinson :
1.
It has been deduced from the absence of radio sources
that there is a big hole in the sky devoid of both
normal and dark matter in the direction of the constellation
Eridanus. Its size is nearly a billion light years
across at a distance 6 - 10 billion light years away
(40 times larger in volume than the previous record
holder). The void coincides with an extra large cold
spot in the WMAP map covering a few degrees of the
sky (many times more than the full moon). The temperature
of the void is between
20 and 45 % lower than the average. It is suggested
that the discovery of the void ties in neatly with
the WMAP cold spot and the existence of dark energy
as the photons would lose energy passing through an
empty space.
2.WMAP's
temperature variations can be decomposed into set
of patterns called multipoles. The lowest multipoles
are the largest-area, continent- and ocean-size undulations
on the temperature map. Higher multipoles are like
successively smaller-area plateaus, mountains and
hills (and trenches and valleys) inserted on top of
the larger features. As shown in Figure 02-09b both
the quadrupole and the octupole are aligned along
an "axis" which standard cosmology cannot
explain. This could happen by chance only about 0.1%
of the time (NDLR:
en fait 0,05%).
Critics have considered a variety of possibilities.
One explanation involves some kind of imperfection
in WMAP's detector that introduces the patterns, but
there is no evidence for this.
CCe
texte fait allusion à deux anomalies qui ont
provoqué une avalanche de commentaires, d'une
part un vide local de radiosources faisant penser
à une absence de matière, matière
ordinaire ou matière noire, et d'autre part
une répartition anormale de masses, contraire
à l'isotropie supposée de l'univers
dans le modèle cosmologique standard (est isotrope
ce qui a les mêmes propriétés
dans toutes les directions). Cette répartition
s'organise selon un certain axe baptisé de
façon spectaculaire par João Magueiro
l'Axe du Mal. Si les anomalies en question avaient
été dues au hasard, il n'y aurait eu,
a-t-il été calculé que 0,05%
chances de les observer. De là à suspecter
l'influence de forces encore inconnues, sinon du Diable
lui-même, il n'y avait qu'un pas.
Deux
chercheurs britanniques, Andrew Pontzen et Hiranys
Peiris viennent de rappeler (NewScientist 7 août
2010 p.23) ce dont apparemment personne ne s'était
avisé jusqu'ici. Si je jette une pièce
en l'air et obtient 5 faces de suite (ou 5 piles),
vais-je immédiatement supposer que cette pièce,
pourtant prise parmi d'autres dans mon porte-monnaie,
est truquée? Non. J'attribuerai cet événement
au simple hasard. Instinctivement, j'utiliserai pour
cela la connaissance commune que j'ai du monde, un
monde où les pièces non truquées
sont infiniment plus nombreuses que les pièces
truquées.
De
même, si je constate l'existence d'un axe privilégié
de répartition des images telles que recueillies
par le WMAP, sachant par ailleurs que toutes les observations
faites à ce jour de l'univers visible, à
quelques échelles que ce soit, montre qu'il
est isotrope, avant de crier au miracle, je ferai
l'hypothèse que l'axe constaté est le
produit du hasard.
 Mais
s'agit-il d'un hasard qui n'aurait eu que 0,05% chance
de se produire? On comprend qu'avec une probabilité
aussi faible, l'on éprouve quelques doutes.
C'est là que doit intervenir, comme le rappellent
nos deux chercheurs, le théorème de
Bayes. Quand l'on s'interroge sur la probabilité
de voir ce que l'on voit, on se réfère,
disent-ils, à l'approche fréquentiste.
Celle-ci peut conduire à des erreurs considérables.
Si, disent-ils, un extraterrestre s'empare d'un pilote
de ligne en débarquant sur Terre, sachant qu'il
n'y a qu'un pilote sur 2000 humains, il en déduira
que ce spécimen à toutes les chances
de ne pas être un humain.
A l'opposé, les statistiques bayésiennes
prennent au contraire en compte d'une part l'information
fournie par l'expérience mais aussi toutes
les informations dont elles disposent intéressant
le monde relatif à l'observation. Dans le cas
cité, l'extraterrestre informé de l'approche
bayésienne conclurait que le pilote dont il
s'est emparé est un humain car il n'existe
pas d'autres créatures terrestres capables
de piloter des avions.
Dans
un article publié récemment (http://prd.aps.org/abstract/PRD/v81/i10/e103008)
Andrew Pontzen et Hiranys Peiris expliquent que remettre
en cause le modèle cosmologique standard, qui
postule l'isotropie de l'univers, au prétexte
d'une observation qui selon l'approche fréquentiste
n'aurait que 0,05% de se produire, ne serait pas le
bon choix. Face à une apparente anomalie, obligeant
à remettre en cause un modèle standard
reposant sur un nombre énorme d'observations
contraires, il faut être extrêmement prudent
et s'en tenir à l'approche bayésienne.
Celle-ci,
soulignent les deux auteurs, sera encore plus utile
dans les sciences autres que la cosmologie, sciences
où les erreurs statistiques sont de bien plus
lourdes conséquences. Faudra-t-il pour autant
rejeter toutes les observations sortant de la normale
et privilégier dans tous les cas la conservation
des modèles en vigueur? Le dilemme ne sera
pas facile à trancher.
*
Théorème de Bayes http://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9or%C3%A8me_de_Bayes
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