Nous avons tous entendu dire que l’univers a commencé avec le Big Bang — une explosion colossale qui l’a fait naître.
Mais si le Big Bang n’était pas le début? Aurait-il pu y avoir une version antérieure de l’univers, avec ses propres étoiles et galaxies? Un univers peuplé, peut-être, de ses propres créatures, se demandant elles-mêmes ce qui est arrivé avant leur univers ?
Ou pourrait-il y avoir un nombre infini d’univers, se ramifiant sans cesse pour créer de plus en plus d’univers? Si oui, est-il même logique de se demander comment tout cet éventail d’univers est né?
En essayant de répondre à de telles questions, les scientifiques se heurtent aux limites des lois de la physique. Les théories existantes peuvent rendre compte de l’évolution de l’univers depuis ses premiers instants — à partir d’une fraction de seconde après le Big Bang — mais la question de ce qui est arrivé avant a été parmi les plus épineuses de toute la science.
» J’ai assisté à des séminaires où nous nous battons à ce sujet pendant des heures et des heures », explique Renée Hložek, physicienne et cosmologiste à l’Université de Toronto.
Big Bang — ou Gros Rebond?
Les physiciens sont les plus confiants lorsqu’ils discutent des choses qu’ils peuvent voir — et la substance la plus ancienne visible avec nos télescopes est le fond micro-onde cosmique. Sorte d' »écho » du Big Bang, le CMB est une lueur tout ciel qui peut être mesurée et cartographiée avec des radiotélescopes. Il a vu le jour 380 000 ans après le Big Bang. Avant cela, nous ne pouvons pas voir à quoi ressemblait l’univers; il était tout simplement trop plein de matière pour que la lumière puisse circuler librement.
» Je ne peux sonder que le plus loin possible « , dit Hložek. » Et avant le CMB, l’univers est opaque. »
Mais s’il y a des limites à ce que les astronomes peuvent voir, il n’y a pas de limite à ce que les théoriciens peuvent imaginer. L’un des plus grands physiciens théoriciens, Roger Penrose de l’Université d’Oxford, a proposé l’idée d’une séquence d’univers évoluant dans le temps. Notre Big Bang, soutient-il, n’a peut—être été qu’un « rebond » – une transition d’un univers antérieur en effondrement à celui en expansion dans lequel nous nous trouvons aujourd’hui.
Penrose a fait sensation l’automne dernier lorsqu’il a poussé son argument encore plus loin, arguant que des preuves de ces univers précédents pourraient exister — sous la forme d’une empreinte révélatrice sur le CMB qui pourrait être révélée par une analyse minutieuse des données du radiotélescope.
D’autres physiciens ont réagi avec scepticisme (comme ils l’ont fait en 2010, lorsque Penrose a fait une affirmation similaire). « De toute évidence, si quelqu’un pouvait montrer qu’un modèle spécifique sur le ciel des micro-ondes était une preuve que l’univers a subi une série de cycles, alors ce serait spectaculairement excitant », a déclaré le physicien Douglas Scott de l’Université de la Colombie-Britannique à Physics World. » Mais le papier ne suffit pas à le faire. »
Penrose n’est pas le premier à affirmer que le Big Bang n’était pas le commencement ultime du temps — ou qu’il y a plus dans l’univers que ce que nous voyons autour de nous. En 2001, Paul Steinhardt de l’Université de Princeton et Neil Turok de l’Institut Périmètre de Waterloo, en Ontario, ont présenté un » modèle cyclique » du cosmos. Le modèle est dérivé de ce qu’on appelle la théorie de la M, une version de la théorie des cordes, qui soutient que la matière est constituée de minuscules cordes vibrantes plutôt que de minuscules particules. Dans le modèle cyclique, notre univers n’est qu’un des nombreux univers existant les uns à côté des autres dans un royaume de dimension supérieure connu sous le nom de « bulk ». »(Ne vous inquiétez pas si vous ne pouvez pas imaginer quelque chose ayant plus de trois dimensions — personne d’autre ne le peut non plus.)
Dans le modèle décrit par Steinhardt et Turok, les univers entrent périodiquement en collision les uns avec les autres, chaque collision agissant comme un nouveau Big Bang. Alors que le modèle standard du Big Bang comporte un seul moment de création, leur modèle — comme celui de Penrose — suggère que nous vivons dans « un univers qui se fait et se refait pour toujours », comme le dit Steinhardt.
L’inflation, le multivers et le temps en arrière
Si Steinhardt et Turok ont raison, le cosmos s’étend dans le temps bien au-delà de ce que nous considérons comme notre univers actuel. D’autres théoriciens ont suggéré qu’il s’étend de la même manière dans l’espace — que nous vivons dans un « multivers », un ensemble d’univers dans lesquels le nôtre n’est qu’une petite partie d’une réalité beaucoup plus vaste (bien que Steinhardt critique cette idée). Dans les deux cas, le Big Bang n’était certainement pas le début ultime.
Un argument similaire provient d’une théorie connue simplement sous le nom d' »inflation », qui remonte au début des années 1980. Son idée centrale, maintenant largement acceptée par les physiciens, est que l’univers a grandi de manière spectaculaire dans la première fraction de seconde — de plus petit qu’un proton à peut-être la taille d’un pamplemousse.
Personne ne sait ce qui a pu causer l’inflation. Mais certains physiciens, dont Andrei Linde de l’Université de Stanford, pensent que tout ce qui l’a déclenché aurait pu se produire non seulement une fois, mais plusieurs fois — conduisant à une multitude d’univers. Si cette théorie de « l’inflation éternelle » est correcte, le cosmos pousse continuellement de nouveaux univers comme des bulles dans une casserole d’eau bouillante.
Une théorie tout aussi hallucinante a été proposée en 2013 par le physicien anglais Julian Barbour, Tim Koslowski de l’Université du Nouveau-Brunswick et Flavio Mercati de l’Institut Périmètre. Les trois scientifiques ont effectué des simulations informatiques de simples collections de particules, en examinant comment elles se déplaçaient en réponse à la gravité sur de longues périodes (imaginez un univers contenant mille billes et rien d’autre, chaque marbre étant attiré par tous les autres marbres). Leur modèle informatique décrivait correctement quelque chose comme l’univers en expansion que nous voyons autour de nous — mais aussi une sorte d’univers miroir dans lequel le temps s’écoule dans la direction opposée. (Ils appellent la ligne de démarcation le « point Janus », d’après le dieu romain à deux visages.)
« Si la théorie est juste, alors il y a un autre univers de l’autre côté du Big Bang dans lequel la direction de l’expérience du temps est opposée à la nôtre », a déclaré Barbour à Quartz en 2016.
La question a-t-elle même un sens?
Une autre possibilité – peut—être plus banale que celles offertes par les diverses théories de l’univers rebondissant ou du multivers – est que le temps lui-même a commencé au moment du Big Bang. Si c’est le cas, il n’y a pas du tout de « avant ».
Stephen Hawking, décédé en 2018, a fait un tel argument dans son best-seller de 1988 Une brève histoire du temps (et l’a répété dans une interview vidéo avec Neil deGrasse Tyson peu de temps avant la mort de Hawking). Hawking compare l’idée que quelque chose aurait pu exister « avant le Big Bang » à l’idée de « au sud du Pôle Sud. »Il n’y a rien au sud à partir de ce point — la surface du globe se termine juste. Aussi difficile qu’il soit à imaginer, il n’y avait peut-être tout simplement pas de temps avant le Big Bang.
Comme on pouvait s’y attendre, les physiciens continuent de se demander laquelle de ces idées mérite d’être prise au sérieux. Expliquer notre univers comme le produit d’un univers antérieur semble attrayant — mais qu’est-ce qui a causé l’existence de cet univers?
» Si vous avez une cosmologie qui rebondit, est-ce qu’elle rebondit depuis toujours ? Et si oui, comment le rebond a-t-il commencé? » Demande Hložek. Ces propositions, bien qu’audacieuses, ne sont « pas nécessairement plus satisfaisantes … que de dire que vous ne pouvez pas poser la question. »
En fin de compte, le cosmos a dans le Big Bang une histoire d’origine crédible — mais aucun scénario convaincant pour ce qui est arrivé avant « time zero. »Au lieu de cela, nous avons un éventail de théories concurrentes, toutes hautement spéculatives.
« Parfois, je pense que nous devrions être honnêtes », dit Hložek, « et dire simplement: « C’est le travail de ma vie d’essayer de répondre à cette question — mais je ne sais pas.' »
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