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Au commencement est l’inconciliable

Mais poursuivons notre rebours dans le temps, jusqu’à ce moment que les scientifiques considèrent comme l’étape ultime avant de remonter au Big Bang : le « mur de Planck », situé à 10– 43 seconde après le Big Bang. Un seuil où la physique actuelle ne permet plus de déterminer ce qui a bien pu se produire.

En effet, à ce stade, la relativité générale, qui décrit l’évolution de l’espace-temps sous l’effet de la gravité, et la mécanique quantique, théorie de l’infiniment petit, doivent être réconciliées sur le papier. Comme le résume Jean-Philippe Uzan, « durant cette période, la gravitation devient quantique, or on ne dispose pas encore de théorie quantique de la gravitation ». Alors, chacun émet ses propres hypothèses qui conduisent à une vision du commencement défiant l’entendement. Beaucoup prennent place dans le cadre de la théorie des cordes. Extrêmement complexe, encore largement spéculative, elle a été proposée dès les années 1970 pour marier les deux irréconciliables de la physique : la mécanique quantique et la gravitation. Selon cette théorie, les ingrédients fondamentaux ne sont pas des particules ponctuelles, mais de petits filaments linéaires : les cordes. Celles-ci vibreraient dans des espaces-temps non plus à quatre dimensions (les trois de l’espace plus celle du temps), mais à bien plus3 !

Certains chercheurs bâtissent ainsi des hypothèses qui prennent racine avant le Big Bang : par exemple, Pierre Binetruy, au laboratoire « Astroparticule et cosmologie » (APC)4, à Paris, développe un scénario de l’origine dans lequel un Big Bang naîtrait de la collision entre deux Univers à quatre dimensions. « Nous imaginons qu’il y a plusieurs Univers qui parfois entrent en collision, explique le théoricien. Certes, avec ce type d’approche, on ne connaît pas la physique au moment précis du Big Bang, mais on peut décrire en détail l’état de l’Univers juste avant, et juste après. » Dans cette vision, l’Univers aurait ainsi existé avant le Big Bang, celui-ci n’étant alors qu’une péripétie dans une histoire éternelle. 
De son côté, Thibault Damour, avec Marc Henneaux et Hermann Nicolai, développe une approche dans laquelle l’espace-temps émerge d’une situation antérieure : « Notre théorie indique que lorsque l’on s’approche de la singularité (le Big Bang), l’espace s’évanouit. Ne reste plus que le temps, d’où aurait émergé l’espace. » Comme le reconnaît lui-même le cosmologiste, « tout ceci est très spéculatif, mais néanmoins mathématiquement extrêmement précis, et connecté à des morceaux robustes de la théorie des cordes ».

L’obstacle de la validation

Saura-t-on jamais s’il y a du vrai dans ces visions théoriques ? Peut-être de façon indirecte. Si les physiciens parviennent à valider même en partie la théorie des cordes, cela donnera plus de crédit à certaines d’entre elles. « C’est vrai que l’on a parfois l’impression de ne rien comprendre, dit Nathalie Deruelle, de l’APC. Mais je crois que la cosmologie vit une période charnière. Certes, il sort un modèle théorique nouveau chaque jour. Mais de ce bouillon de culture émergera sûrement une nouvelle vision de l’Univers. »
Permettra-t-elle de comprendre les mystères des origines ? Difficile à dire. Comme l’a écrit Étienne Klein, directeur du Laboratoire de recherche sur les sciences de la matière, au Commissariat à l’énergie atomique (CEA), le 20 novembre dernier dans les colonnes du Monde, « [la science] a besoin, pour se construire, d’un “déjà-là”, d’un point de départ explicite, constitué de principes, de lois ou d’objets. Or l’origine absolue ne fait pas partie du déjà-là, puisqu’elle correspond à l’émergence d’une chose en l’absence de toute autre chose. [...] C’est pourquoi la question de l’origine de l’Univers demeure une question impossible ». Une manière de la renvoyer dans le champ de la philosophie peut-être !

Mathieu Grousson

Source : Le journal du CNRS  Janvier-Février 2009

GLOSSAIRE
Modèle standard
Le « livre de recettes de l’Univers ». Il décrit ses ingrédients ultimes – les particules élémentaires –, et la manière dont ils peuvent s’associer, c’est-à-dire trois des quatre interactions fondamentales. La quatrième, la gravité, n’y a toujours pas trouvé sa place.

Théorie de la relativité
En physique classique, quel que soit le point de vue d’un observateur, la distance entre deux points est toujours la même. Inversement, dans la relativité d’Einstein, les distances peuvent se contracter et le temps se dilater. On ne retrouve l’équivalent de la distance classique entre deux points, en tant que grandeur invariante, qu’en mariant temps et espace. On parle alors de la distance dans l’espace-temps de deux événements.

Rayonnement fossile, ou fonds diffus cosmologique
Cette lumière, émise environ 380 000 ans après le Big Bang et encore observable aujourd’hui, est un témoin précieux de la prime jeunesse de l’Univers. Elle porte donc en son sein des informations essentielles sur cette fameuse inflation.

1. Institut CNRS / Université Paris-VI.
2. Lire Le journal du CNRS, n° 222-223, juillet-août 2008.
3. Lire Le journal du CNRS, n° 181, février 2005.
4. Laboratoire CNRS / CEA / Université Paris-VII / Observatoire de Paris.