Deuxième Partie
La cosmologie Moderne : l'univers du Big bang et la
théorie des cordes
L'univers du 20ème siècle est celui
du big bang. La majorité des cosmologistes pensent maintenant que
l'univers a commencé son existence par une énorme explosion
à partir d'un état extrêmement petit, chaud et dense, il y
a une vingtaine de milliards d'années environ. L'émergence de
cette nouvelle vision de l'univers a été fulgurante. En un
demi-siècle, l'univers statique aux étoiles fixes et immobiles de
Newton est devenu un univers dynamique, en expansion, rempli de mouvements et
de violence. La rapidité avec laquelle le nouvel univers s'est
imposé, est d'autant plus extraordinaire que l'étendue de notre
galaxie était devenue au 20ème siècle
complètement inconnue. Parler aujourd'hui d'autres mondes dans d'autres
galaxies, ou de l'univers tout entier relève encore de la pure
science-fiction, même si de nos jours, la cosmologie a vraiment acquis le
statut d'une science exacte, c'est-à-dire d'une discipline fondée
sur des observations précises et rigoureuses, et non sur de vagues
spéculations philosophiques ou métaphysiques.
Section 1/ Pensée sur l'origine de l'univers.
L'interrogation sur l'origine de l'univers a de tout temps
intéressé aussi bien les hommes de sciences que ceux qui
s'attellent aux connaissances traditionnelles. Si l'on en croit Timothy,
Ferris, « Spéculer sur l'origine de l'univers constitue une
activité humaine aussi ancienne que tristement célèbre.
Ancienne, car autant que je sache, il n'existe pas de certificat de naissance
de l'espèce humaine : c'est tout seul qu'il nous a fallu partir à
la recherche de nos origines, et, chemin faisant, nous avons découvert
la nécessité de réfléchir aussi sur le cours du
monde auquel nous appartenons. Tristement célèbre, car les
spéculations cosmogoniques qu'elle a engendrées disent plus de
choses sur nous-mêmes que sur l'univers qu'elles prétendent
décrire à un degré ou à un autre, ces
théories restent toujours des projections psychologiques, des
modèles lancés vers le ciel par l'esprit, ombres dansantes
à la lueur des feux follets. »1
En effet, au regard des mythes préscientifiques de la
création, on se rend compte que leur survivance tient moins à
leur adéquation aux observations de l'époque (du reste peu
nombreuses) qu'à la plus ou moins grande tranquillité d'esprits
qu'ils ont pu procurer. Ces contes, d'autant plus chers à nos coeurs
qu'ils sont nôtres, soulignent tel ou tel fait de particulière
importance pour les sociétés qui les ont conservés. C'est
ainsi que les Sumériens envisageaient la création comme
1 Timothy Ferris, Histoire du cosmos, Paris,
Hachette-Littérature, 1992, p381
l'issue d'un combat entre les dieux, combat au bout duquel la
Terre, formée à partir d'une motte d'argile violemment
lancée, aurait existé.
Pour les Mayas, le créateur se transformait en un
ballon solaire à chaque fois que la planète Vénus
disparaissait derrière le Soleil. Les Tahitiens eux par contre
évoquaient un Dieu à leur image, un pêcheur à la
ligne qui aurait arraché leurs îles au plancher océanique.
C'est en fait dans cette même suite d'arguments que les Grecs,
épris de logique, voyaient dans la création une affaire
d'éléments : d'où Thalès crut que l'univers fut
d'abord constitué d'Eau, alors que Anaximandre soutenait qu'il
était d'Air, et Héraclite, de Feu.
En fait, s'il faut accepter que l'avènement de la
science et de la technologie ont permis de raffiner la sophistication de
certaines thèses cosmogoniques antérieures, il est à
retenir que jusqu'à nos jours, la science n'a pas encore réussi
à dégager le problème de la création de la
vétuste confusion des présupposés et des désirs
humains. Dans le meilleur des cas, la question du commencement de l'univers est
éludée, et nous avons beau la traquer avec nos théories
des quarks, des leptons, des cordes et super cordes etc., notre audace n'est
guère plus légitime que celle des peuples primitifs.
Plusieurs scientifiques sont conscients de ce fait, aussi
sont-ils nombreux à ne pas vouloir s'occuper de cosmogonie,
c'est-à-dire l'étude de l'univers. D'autres laissent tout
simplement ce domaine, parce qu'ils ne voient pas comment l'approcher
pratiquement. Tandis que pour les partisans du déterminisme, ils exilent
eux, la problématique d'une cause première dans des
contrées hors de la science
Toutefois, malgré les réserves faites à
l'interrogation originelle, il est des scientifiques qui, tentent de mieux
comprendre comment l'univers a émergé, tout en concédant
que leurs efforts sont sans doute prématurés. En effet, si l'on
jette un regard sur les travaux scientifiques portés sur l'univers du
20ème au 21ème siècle, on se rend
compte que ces derniers répandent quelques lumières dans
l'antichambre de la Genèse. Même si aucun scientifique n'escompte
vraiment découvrir le familier aux sources jaillissantes de la
Création, les résultats des travaux éclairent là
des idées des plus étranges. En fait, les hypothèses,
respectivement nommées Genèse du vide ou
Genèse quantique, laissent entrevoir le futur proche où la
connaissance humaine, peut-être, découvrira l'origine de
l'univers. Par ces hypothèses en effet, « La cosmologie se
heurte à une difficulté majeure : expliquer comment quelque chose
est sorti de rien. « Quelque chose » désigne ici la
totalité de la matière et de l'énergie, de l'espace et du
temps - bref l'univers qui est le nôtre. Mais il est plus délicat
de définir ce que recouvre le « rien ». Pour la
science
classique, ce « rien » correspondait à du
vide, à l'espace vide intermédiaire entre les particules de
matière. Or, comme en témoigne la longue enquête sur
l'éther supposé remplir l'espace, cette conception a toujours
posé problème et n'a d'ailleurs pas résisté
à la physique quantique. »1
En effet, comme nous le montre la physique quantique, ce qui
est nommé « vide quantique » n'est vraiment pas vide,
il regorge au contraire des particules « virtuelles ». On peut
imaginer que ces dernières expriment, comme l'affirme le principe
d'incertitude de Heisenberg, la possibilité offerte à une
particule réelle de surgir à tel moment en tel endroit,
d'où les particules virtuelles représentent non seulement ce qui
est, mais ce qui pourrait être. La physique quantique explique ce fait en
indiquant, que chaque particule « réelle » est entourée
d'une couronne de particules et d'anti-particules virtuelles à grosses
bouées du vide, interagissant les unes les autres, puis
s'évanouissent après avoir vécu à crédit sur
le temps de Heisenberg. Dés lors, le vide quantique s'assimile à
un océan bouillonnant d'où émergent sans arrêt des
particules virtuelles, dans lequel elles s'engloutissent sans fin.
Cependant, qu'est-ce que l'hypothèse de la
genèse du vide a à voir avec l'origine de l'univers ? Pas
grand-chose peut-être, peut-être même rien. Ou
peut-être tout, si l'on suit le raisonnement de cette théorie. En
effet, cette hypothèse postule que l'univers tout entier est né
d'une seule particule virtuelle extraordinairement massive, une particule qui a
spontanément jailli du vide voilà des milliards d'années.
Emise pour la première fois par le physicien Edward Tryon, cette
idée va animer et continuer à guider les scientifiques dans leurs
recherches de l'origine de l'univers. En fait Tryon raconte que c'est à
un soir qu'il passait tranquillement chez lui, qu'il eut une
révélation : « J'ai vu l'univers faire irruption
à partir de rien, comme une variation quantique, et j'ai
réalisé que la chose était possible, qu'elle pouvait
expliquer la densité critique de l'univers. J'ai compris tout cela en un
instant et j'ai été pris de frissons. »2
En effet comme le note Timothy Ferris, toute l'énergie
contenue dans l'univers pourrait bien être égale à
zéro. Certes, si l'on additionne l'énergie libérée
lors du big bang, celle émise par la lumière des étoiles
et cette énergie figée que nous appelons matière,
étroitement liée aux étoiles et aux planètes, on
arrive à un énorme total positif. Seulement, il faut aussi
compter avec la gravitation, force purement attractive qu'il convient donc de
marquer du signe moins. Or, il apparaît, et c'est là que les
choses deviennent intéressantes, que le potentiel gravitationnel de
la
1 Timothy Ferris, Histoire du cosmos,
Hachette, 1992, pp 383-384
2 Edward Tryon, Entretien avec l'auteur,
Pasadena, 04 avril 1983
Terre, ou de n'importe quel autre objet, est approximativement
égal à sa teneur en énergie calculée au moyen de
l'équation E=mc2. Si cette équivalence s'applique
également à l'ensemble de l'univers, alors l'univers ne
possède aucune énergie positive nette et il pourrait, en effet,
être sorti du vide sans que ne soit brisée la loi de la
conservation de l'énergie. Cependant est-il vrai que l'univers dispose
d'une énergie égale à zéro ?
La réponse à cette énigme est concise
dans le taux de ralentissement de l'expansion cosmique. Car, si l'univers
continue à se dilater sous l'impulsion déterminée par le
big bang, son expansion se ralentit toutefois avec le temps à cause de
l'attraction gravitationnelle que les galaxies exercent les une sur les autres.
Si ce taux est égal ou inférieur à un, la densité
de masse ne peut suffire à arrêter l'expansion, et l'univers
continuera à se dilater infiniment. Géométriquement
parlant, cet univers est qualifié « d'ouvert ». Si le taux est
supérieur à un, l'expansion est destinée à prendre
fin tôt ou tard, à la suite de quoi l'univers se comprimera
vraisemblablement en une nouvelle boule de feu. Enfin si ce taux est
strictement égal à un, l'expansion se poursuivra
irrévocablement, toujours plus ralentie, mais jamais tout à fait
interrompue. Or, pour que les suppositions de la genèse du vide se
vérifient, il faudrait nous disent les spécialistes que le taux
de ralentissement de l'expansion cosmique soit égal ou inférieur
à un. Fait étrange, car il semble que ce taux soit strictement
(ou presque) égal à un.
Et si d'ailleurs les astronomes et cosmologistes, n'ont pu
aboutir à des conclusions définitives sur la structure ouverte ou
fermée, c'est précisément parce que l'univers
s'équilibre autour d'une valeur égale à un. Ce qui veut
dire que l'espace cosmique n'est pas spectaculairement ouvert ni fermé
totalement, mais plutôt parfaitement, ou presque plat.
Même s'il est vrai que le spectacle de la
création ou plutôt celui de l'origine du tout premier
commencement, reste et pourrait rester à jamais inconnu par la science,
il semble aujourd'hui que la réponse se cache dans l'étude des
singularités. Sur ce point, la théorie des cordes et des super
cordes semble être aujourd'hui la meilleur sur le marché pour
expliquer les événements se situant au-delà du mur de
Planck. En effet depuis longtemps, l'astrophysique a souffert d'une sorte de
« schizophrénie » conceptuelle : les deux grandes
théories qui cadrent la réalité physique, la
relativité générale et la mécanique quantique ne se
raccordent pas naturellement l'une à l'autre. Certes, la
relativité traite de la gravitation - c'est-à-dire de la
structure géométrique de l'espacetemps - qui concerne a
priori les grandes masses et structures, tandis que la mécanique
quantique s'occupe a priori du comportement du monde subatomique des
particules
élémentaires. L'une vise le très «
lourd », l'autre s'occupe de l'infiniment petit. La rencontre entre les
deux est fort improbable, mais elle se fait.
En effet la rencontre de ces théories a priori
opposées, se fait au sein du trou noir et de sa
singularité spatio-temporelle, capable de concentrer en un point sans
dimension, plusieurs milliards de masses solaires. L'infiniment petit devient
dés lors immensément lourd ; d'où pour rendre compte de la
réalité, la relativité et la mécanique quantique,
sont obligées de s'unir. De cette union contre-nature, est en train de
naître une nouvelle théorie, dite des cordes. Cette théorie
des cordes ne peut accomplir la fusion qu'au prix d'une multiplication du
nombre des dimensions de l'espace. Pour l'étude des objets
célestes, les modèles les plus simples ne permettent pas de
descendre en deçà des quatre dimensions spatiales
préconisées par la relativité générale.
Aussi, les cosmologistes considèrent aujourd'hui que si
la théorie des cordes est avérée, notre univers ne serait
qu'une feuille insérée dans un « mille-feuilles »
d'autres univers parallèles. Ces univers, se déployant le long de
la quatrième dimension, ne communiqueraient entre eux que par le
truchement de la gravité. Cette hypothèse, qui en
réalité révèle une hardiesse intellectuelle,
permettrait pourtant de répondre à l'énigme que pose le
problème de la masse manquante de l'univers.
Si ces suppositions de la théorie des cordes sont
vraisemblables, cela voudrait donc dire que les 90% de la matière qui
exercent leur influence gravitationnelle sur notre univers, mais qui sont
invisibles, appartiendraient à des univers jumeaux. Le
phénomène d'apparition de ces univers parallèles peut
s'imaginer par l'idée que : un trou noir dans notre univers pourrait
avoir la valeur d'un big bang, donnant naissance à un autre univers
parallèle au nôtre. Mais pour l'heure, la théorie des
cordes doit être achevée et confirmée.
En définitive, on constate que la seule attitude digne
de nous face à l'interrogation sur l'origine de l'univers, serait de se
demander comme dans le Rig-Veda (le plus ancien des quatre livres sacrés
hindous), « Qui sait vraiment ? » C'est ainsi que dans une
lettre adressée à l'institut Science Physics Research, pour leur
étude concernant « la singularité initiale »,
John Baez affirme, « La seule attitude responsable consiste à
avouer que nous ne disposons pas du plus
petit indice concernant ce qui s'est passé avant et,
disons, juste une microseconde après le Big bang. »1
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