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Questions

L’univers a-t-il connu un instant zéro ?

Voilà une vaste question que l’être humain se pose depuis la nuit des temps, l’origine de l’univers se faisant le spectre de l’origine de l’être humain comme de toute chose. Le 9 mai, lors d’une conférence organisée par l’Alliance française de Bruxelles-Europe au Palais des Académies, Etienne Klein est venu nous parler de cette origine, médiatiquement affublée du sobriquet de big bang. Tout en s’évertuant à vulgariser un maximum, parfois de manière fort poétique, il ne manquera pas de remettre l’église au milieu du village.

Etienne Klein – Photo : Armand Borlant

Etienne Klein est un physicien français et docteur en philosophie des sciences. Directeur de recherches au CEA (Commissariat de l’énergie atomique), il a également participé à la conception du grand collisionneur de particules, le LHC, au CERN à Genève.

Le propos d’Etienne Klein lors de cette conférence était de s’interroger sur le fait que l’on parle comme il le faut du big bang, qui serait intervenu il y a 13,7 milliards d’années, en le plaçant à l’origine de l’univers : quel est le lien entre la théorie physique utilisée pour expliquer le réel et la réalité physique ? Cette théorie rencontre-elle la réalité ou au contraire est-ce que la physique divague en nous faisant croire qu’elle a raison ?

En somme, que diraient les équations si elles pouvaient parler car, quand les chercheurs dissertent sur l’univers et son origine, en parlent-ils correctement et la façon de le faire rend-elle bien ce qu’ils savent ? Cette question a davantage une dimension éthique et politique que physique, car déclarer ce qu’a été l’origine de l’univers revient à prendre un certain pouvoir sur les esprits.

Il convient d’admettre que les lois physiques sont souvent en contradiction avec les observations que l’on peut faire. Or, dès lors que l’on constate une contradiction entre les théories et les faits, on a tendance à faire pencher la balance vers les faits qui, par essence, ont raison. Par exemple, la théorie de la chute des corps : la loi d’Aristote dit que les corps lourds touchent le sol avant les corps légers. C’est une observation que tout le monde peut faire. Galilée lui, s’est posé la question de savoir si la loi de la chute des corps d’Aristote était vraie ou non, en imaginant l’expérience suivante : prenons deux objets, A et B, B étant plus léger que A. Suivant la loi d’Aristote, si l’on relie les deux objets pour créer ainsi un système A+B, celui-ci devrait tomber plus vite que A ou que B. Or, B engendre un effet « parachute » pour tomber relié à A. Galilée explique la vitesse de chute en invoquant l’interaction de l’objet avec son environnement, ici, l’air, plutôt que l’importance de la masse. Cela suscite une contradiction au sein même de la loi d’Aristote et oblige à réinterpréter l’observation. Etienne Klein en parle mieux que moi dans cette vidéo sur la loi de la chute des corps.

Un coup d’oeil dans le dictionnaire nous livre comme définitions de l’origine : « le commencement de l’existence de quelque chose » et aussi « ce qui provoque l’apparition de quelque chose ».

En matière d’origine de l’univers, de quoi celui-ci est-il l’achèvement ? Son origine est-elle immanente ou transcendante ? L’origine se trouve-t-elle dans l’univers lui-même, ou est-elle extérieure à l’univers qu’elle a engendré ? Il en va des mêmes interrogations pour les lois physiques, notamment.

Etant question de l’univers, il s’agit non pas de l’enveloppe de tous les éléments physiques, mais bien de l’univers en tant qu’objet physique, ayant des propriétés globales non réductibles à des propriétés locales. Cela a été découvert par la succession de deux événements :

Einstein a travaillé entre 1907 et 1915 à l’élaboration d’une nouvelle théorie décrivant la gravitation1 s’appelant la théorie de la relativité générale. Cette théorie permet d’attribuer à l’univers des propriétés physiques (ex: courbure globale déterminée par son contenu matériel et énergétique).

Le deuxième événement est une découverte résultant d’une observation faite par l’astronome Hubble qui, en observant le mouvement des galaxies, s’est rendu compte à la fin des années 20, que les galaxies s’éloignent les unes des autres d’autant plus rapidement qu’elles sont plus éloignées les unes des autres.

En mettant ces 2 éléments ensemble et en extrapolant vers le passé, on constate que plus l’univers est loin dans le passé, plus il est petit, plus il est dense et plus il est chaud. Lorsque l’on extrapole jusqu’au bout, on tombe sur ce que l’on nomme une singularité initiale, c’est-à-dire un univers ponctuel à la densité et à la température infinies. C’est cette singularité initiale, souvent associée à un instant zéro, que l’on appelle le big bang.

Cette découverte a eu lieu dans une culture qui promeut l’idée que l’univers a été créé, il y a donc eu une conjonction entre cette idée et une découverte scientifique disant que l’univers est passé par une singularité initiale grâce à laquelle tout ce qui existe est apparu (espace, temps, matière, énergie, etc). De ce rapprochement ont surgi les questionnements métaphysiques quant à ce qu’il y a eu avant l’instant zéro, comment l’univers a-t-il pu émerger à partir de rien ou encore est-ce qu’un être transcendant a joué un rôle dans son apparition, etc.

Pour Etienne Klein, il s’agit là de questionnements prématurés dans le sens où non imposés par la cosmologie contemporaine. Quand on extrapole dans le passé dit-il, et que l’on tombe sur cette singularité initiale, avant de l’atteindre, on rencontre des conditions physiques telles en termes de température et d’énergie, que les particules se trouvant dans cet univers subissent d’autres forces que la gravitation (forces électromagnétiques et nucléaires). Or, la théorie de la relativité générale ne décrit pas ces forces puisqu’elle ne décrit que la gravitation. On arrive donc à un moment où les équations de la relativité générale deviennent fausses car elles ne racontent plus le monde physique correspondant aux conditions physiques évoquées. Ce moment à partir duquel on n’a plus le droit d’extrapoler s’appelle le mur de Planck (du nom du physicien Max Planck), qui serait situé à 10 puissance – 43 secondes après l’instant zéro.

Le mur de Planck correspond donc à une phase par laquelle l’univers est passé et qui se caractérise par le fait que les théories physiques actuelles sont impuissantes lorsqu’il s’agit de décrire ce qu’il est advenu avant le mur. Ainsi, la notion d’espace-temps perd toute pertinence en amont du mur de Planck. Cela ne signifie pas qu’il n’y ait rien eu avant, mais simplement que nous ne le saisissons pas.

Qu’y a-t-il derrière le mur de Planck ? Comment l’escalader ?
Pour escalader ce mur, les physiciens essayent de trouver une théorie qui soit capable de marier la physique quantique (la force électromagnétique + les deux interactions nucléaires, faible et forte), qui décrit la matière à petite échelle, et la gravitation, qui décrit l’Univers à grande échelle. Les tentatives de construction d’une telle théorie n’ont pas encore abouti, mais elles ont le mérite de remettre en question les théories de l’instant zéro, reléguant le big bang à une fiction métaphysique.

Théorie des cordes
Une des théories mise en exergue dans la tentative d’escalade du mur de Planck se nomme la théorie des cordes. En effet, cette théorie envisageant dix dimensions d’espace-temps et non plus quatre, vise à unifier les quatre interactions connues que sont l’interaction nucléaire forte, l’interaction nucléaire faible, l’interaction électromagnétique et la gravitation, responsables de tous les phénomènes physiques observés dans l’univers.

Plusieurs idées sont testées, mais elles ne permettent pas de décrire exactement l’univers primordial, les cordes décrivant les particules étant tellement enchevêtrées que les calculs s’en retrouvent impossibles. Toutefois, on arrive en simplifiant les équations à élaborer des scénarios.

La théorie des cordes mène au scénario qui révèle qu’à aucun moment de son histoire, et à aucun point de son espace, l’univers a pu avoir une température supérieure à une certaine valeur initiale, ce qui volatilise l’existence de la singularité initiale à laquelle on associe le big bang. On arrive à la même conclusion de disparition de la singularité avec d’autres pistes théoriques. Le big bang tel qu’on le conçoit est remplacé par une transition de phases : un univers en contraction devient de plus en plus dense, atteint la température maximale autorisée par la théorie des cordes pour finir par rebondir sur lui-même. Dans tous les cas on remplace l’instant zéro par autre chose ce qui, pour Etienne Klein, illustre qu’en physique on ne peut expliquer l’origine de quelque chose qu’en invoquant l’existence d’autre chose. On ne peut exprimer l’être que par l’être et non à partir de rien.

En un mot comme en cent, il n’y a en fait pas de preuve scientifique que l’univers a une origine en tant que transition faisant passer de l’absence de toute chose à l’existence de quelque chose – l’espace, le temps, la matière, etc, sauf si l’on invoque une de ces choses comme ayant été présente à l’origine de l’univers, cela signifiant alors qu’il n’y a pas eu d’origine. Il n’y a pas de preuve scientifique que l’univers soit passé par le néant, de même qu’il n’y a pas non plus de preuve scientifique qu’il n’y pas eu d’origine.

Au demeurant, la question pourrait être : si preuve il y avait que l’univers a effectivement une origine, les chercheurs seraient-il capables de la penser et de l’expliquer ? Etienne Klein est partisan du non, car expliquer l’origine, c’est exposer comment une absence de toute chose – le néant, peut devenir quelque chose. Pour trouver l’explication, il faudrait mettre dans le néant des propriétés qui lui permettraient de cesser d’être le néant. Cette question n’est par conséquent pas simple et pourtant, beaucoup la traitent de manière simpliste :

Pour l’illustrer, Etienne Klein soulève l’exemple flagrant du livre The Grand Design, dernier livre de Stephen Hawking, qui de par sa maladie se voit extrêmement limité dans l’exercice de ses activités… Le livre de néanmoins 180 pages en contient 179 sur la théorie des cordes où il n’est jamais question de Dieu. Cependant, à la dernière page, on affirme en guise de conclusion et sans aucun argument préalable, que Dieu n’a pas été nécessaire pour créer l’univers, que la loi de la gravité a été suffisante pour créer l’univers à partir de rien. Or si l’on désigne la loi de la gravité comme suffisante pour créer l’univers à partir de rien, cela signifie que la gravité existait avant l’univers. D’autre part, si la gravitation suffit pour créer l’univers, pourquoi ne pas dire que dieu c’est la gravitation ? Auquel cas, une chute dans les escaliers équivaudrait à une expérience transcendantale.

Bref, en dépit de la conclusion dérisoire et malgré que Hawking ne nous dise pas de quel Dieu il parle, cela a été repris en masse, vraisemblablement à des fins uniquement commerciales. Voilà qui nous ramène à nous interroger quant à comment les chercheurs peuvent-ils nous affranchir de ce qu’ils savent grâce à la physique, de façon à ce que ce qu’ils savent soit rendu fidèlement ?

Cela met aussi en lumière une concurrence entre la science et la religion, dès lors afin de recadrer un peu il est peut-être opportun de se rappeler de ce qu’aurait dit Jean-Paul II à Stephen Hawking : “Nous sommes bien d’accord, monsieur l’astrophysicien : ce qu’il y a après le Big Bang, c’est pour vous; et ce qu’il y avant, c’est pour nous …”.

En tout état de cause, selon Etienne Klein, en matière de conclusion sur les origines de l’univers, il est urgent d’attendre.

A lire :
Discours sur l’origine de l’univers, Etienne Klein, Flammarion, 2010
Du monde clos à l’univers infini, Alexandre Koyré, Gallimard, 1973

1. Attraction mutuelle s’exerçant entre deux corps de masse non nulle. La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.

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Discussion

2 réflexions sur “L’univers a-t-il connu un instant zéro ?

  1. Bonjour, bel article avec pour moi une conception séduisante du big bang qui dépasse ce qu’on nous enseigne dans les écoles. La conception de Klein s’ouvre à un temps moins linéaire qui laisse de la place à de la créativité, à l’événement et à la singularité. C’est intéressant de voir que la science s’est toujours mèlée à la métaphysique et que clairement, cette dernière change. On dirait que l’époque de l’être est et du non-être qui n’est pas, est révolue, tout comme celui de l’un et du multiple (enfin!). Ce qui pose la question de la réactualisatoin des schémas religieux encore basés sur cette première métaphysique;

    Publié par Viviane Laroy | 18 mai 2012, 10:08
  2. oui en effet, c’est une conception très ouverte qui me plait bcp aussi, illustrée par la citation de la déclaration de Jean-Paul II, qui, au-delà de l’anecdote, laisse entrevoir, selon la manière dont on interprète sa déclaration, une certaine ouverture sur le sujet

    Publié par nathalie de craecker | 18 mai 2012, 12:18

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