Comment l’univers est-il né ?

C’est peut-être le plus grand Grand Mystère, et la racine de tous les autres. Les plus grandes questions de l’humanité — Comment la vie a-t-elle commencé? Qu’est-ce que la conscience ? Qu’est-ce que la matière noire, l’énergie noire, la gravité ? – en découle.

« Tous les autres mystères se trouvent en aval de cette question », a déclaré Ann Druyan, l’auteur et veuve de l’astronome Carl Sagan. « Cela compte pour moi parce que je suis humain et que je n’aime pas ne pas savoir. »

Alors même que les théories qui tentent de résoudre ce mystère deviennent de plus en plus complexes, les scientifiques sont hantés par la possibilité que certains des maillons les plus critiques de leur chaîne de raisonnement soient erronés.

Mystères fondamentaux

Selon le modèle standard du Big Bang, l’univers est né pendant une période d’inflation qui a commencé il y a environ 13,8 milliards d’années. Comme un ballon en expansion rapide, il a gonflé d’une taille plus petite qu’un électron à presque sa taille actuelle en une infime fraction de seconde.

Au départ, l’univers n’était imprégné que d’énergie. Une partie de cette énergie s’est figée en particules, qui se sont assemblées en atomes légers comme l’hydrogène et l’hélium. Ces atomes se sont d’abord agglomérés en galaxies, puis en étoiles, à l’intérieur desquelles tous les autres éléments ont été forgés.

C’est l’image généralement convenue des origines de notre univers telle que décrite par les scientifiques. C’est un modèle puissant qui explique beaucoup de choses que les scientifiques voient lorsqu’ils lèvent les yeux dans le ciel, comme la remarquable douceur de l’espace-temps à grande échelle et la distribution uniforme des galaxies des côtés opposés de l’univers.

Mais il y a des choses dans cette histoire qui mettent certains scientifiques mal à l’aise. Pour commencer, l’idée que l’univers a subi une période d’inflation rapide au début de son histoire ne peut pas être directement testée, et elle repose sur l’existence d’une forme mystérieuse d’énergie au début de l’univers qui a disparu depuis longtemps.

« L’inflation est une théorie extrêmement puissante, et pourtant nous n’avons toujours aucune idée de ce qui a causé l’inflation ou si c’est même la théorie correcte, bien qu’elle fonctionne extrêmement bien », a déclaré Eric Agol, astrophysicien à l’Université de Washington.

Pour certains scientifiques, l’inflation est un ajout maladroit au modèle du Big Bang, une complexité nécessaire ajoutée pour le rendre compatible avec les observations. Ce ne serait pas le dernier ajout.

« Nous avons également appris qu’il doit y avoir de la matière noire dans l’univers, et maintenant de l’énergie noire », a déclaré Paul Steinhardt, physicien théoricien à l’Université de Princeton. « Donc, la façon dont le modèle fonctionne aujourd’hui, c’est que vous dites: « OK, vous prenez un Big Bang, vous prenez un peu d’inflation, vous accordez cela pour avoir les propriétés suivantes, puis vous ajoutez une certaine quantité de matière noire et d’énergie noire. »Ces choses ne sont pas liées dans une théorie cohérente. »

Steinhardt s’inquiète que les cosmologistes agissent plus comme des ingénieurs que des scientifiques. Si une observation ne correspond pas au modèle actuel, ils attachent un autre composant ou bricolent avec ceux existants pour s’adapter. Les composants ne sont pas connectés et il n’y a aucune raison de les ajouter, sauf pour faire correspondre les observations. C’est comme essayer de réparer une vieille voiture en ajoutant de nouvelles pièces de modèles plus récents mais différents. Ces pièces peuvent fonctionner à court terme, mais finalement, vous avez besoin d’une nouvelle voiture.

Un univers sans âge

Ces dernières années, Steinhardt a travaillé avec Anna Ijjas, physicienne théoricienne à l’Université Harvard, sur une alternative radicale au modèle standard du Big Bang.

Selon leur idée, appelée cosmologie rebondissante, l’univers est né non seulement une fois, mais peut-être plusieurs fois dans des cycles sans fin de contraction et d’expansion. La théorie remplace le « big bang » par un « big bounce », qui relie en douceur les périodes de contraction et d’expansion de l’univers et résout de nombreux problèmes qui affligent la théorie de l’inflation.

La paire affirme que leur théorie ekpyrotique, ou « cyclique », expliquerait non seulement l’inflation, mais aussi d’autres mystères cosmiques, y compris la matière noire, l’énergie noire et pourquoi l’univers semble se développer à un rythme sans cesse croissant.

Bien que controversée, la cosmologie rebondissante soulève la possibilité que l’univers soit sans âge et se renouvelle. C’est une perspective peut-être encore plus impressionnante qu’un univers avec un début et une fin définis, car cela signifierait que les étoiles du ciel, même les plus anciennes, sont comme des lucioles de courte durée dans le grand schéma des choses.

« J’espère que l’effort que la société consacre à la recherche scientifique nous rapproche des vérités fondamentales, et pas seulement d’un moyen de créer des outils utiles », a déclaré Richard Massey, astronome du California Institute of Technology.  » Mais je suis tout aussi terrifié de découvrir que tout ce que je sais est faux, et j’espère secrètement que ce n’est pas le cas. »

Ressources supplémentaires:

• Lisez la transcription de la conférence de Stephen Hawking sur « Le commencement des temps. »
• Regardez le physicien Tom Whyntie expliquer le début de l’univers pour les débutants.
• Regardez cette vidéo de National Geographic sur les origines de l’univers.

Cet article a été mis à jour le 27 juin 2019 par Tim Childers, contributeur de Live Science.