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De zéro à l'infini
Une brève histoire de l'Univers

 par Pierre Laharrague

 La connaissance, qui est le but de l’existence de l’Homme, c’est la connaissance de l’Univers tel qu’il est, et particulièrement la connaissance de la substance première qui le porte et le met en mouvement.

  Salomon IBN GABIROL

Il y a 15 milliards d’années, un événement mystérieux s’est produit, une sorte d’explosion soudaine gigantesque au cours de laquelle l’espace et le temps ont émergé. Cet événement a reçu le nom évocateur de big bang et il constitue l’acte de naissance de l’Univers. L’Univers primordial était très dense et très chaud. Un processus d’expansion et de refroidissement s’est alors mis en place qui se poursuit aujourd’hui, le temps s’écoulant selon une flèche irréversible et l’espace se dilatant à l’image d’un ballon qui se gonfle.

Le scénario du big bang permet d’interpréter la plupart des phénomènes astronomiques connus. Il repose sur un socle théorique constitué par la théorie de la relativité générale ou théorie de la gravitation publiée par A. Einstein en 1915. Il s’appuie, bien entendu, sur les résultats des observations astronomiques dont les techniques ont considérablement progressé en cette deuxième moitié du 20ème siècle et sur tous les domaines de la physique expérimentale et théorique qui ont connu des avancées spectaculaires.

Mais ne nous dissimulons pas que de nombreux mystères subsistent, et de bien redoutables. « Le discours du big bang n’est pas achevé et définitif. Il s’agit d’un modèle qui progresse lentement au travers de ses succès et de ses tâtonnements » (H. Reeves). 

1. 15 MILLIARDS D’ANNÉES EN 15 LIGNES  

L’histoire commence 10-43seconde après le bang. Ce qui s’est passé avant, mais avant n’a même plus de sens, constitue une Terra incognita à laquelle nous n’avons pas accès (y parviendra-t-on un jour ?) car notre physique actuelle s’y brise comme sur un mur (on l’appelle le mur de Planck). Au temps de Planck, la température et la densité sont colossales : 1032°K et 1090kg/cm.

A partir de là, la théorie du big bang distingue quatre grandes phases ou ères : 

    * l’ère particulaire qui  correspond à la  1ère seconde. Des événements déterminants pour la suite s’y sont produits. Elle aboutit à la formation des constituants fondamentaux de la matière (les briques élémentaires).

    * l’ère nucléaire qui couvre les 3 premières minutes. C’est l’ère de la nucléosynthèse primordiale qui a produit les premiers éléments chimiques : deutérium, hélium, lithium.

    * l’ère radiative qui s’étend sur le premier demi million d’années où l’Univers fut dominé par le rayonnement. Il est totalement opaque jusqu’à l’âge de 300 000 ans environ lorsque les premiers photons de lumière s’en sont échappé, photons qui sont observables aujourd’hui sous la forme d’un rayonnement fossile.

planckMax Planck 1858-1947

     * l’ère matérielle ou stellaire dans laquelle nous nous trouvons, pendant laquelle les grandes structures se sont formées et qui sont toujours en évolution.

Pour compléter ce film tourné en accéléré, mentionnons que notre Soleil est vieux de 5 milliards d’années, notre bonne planète de 4 milliards, la vie sous forme microscopique de 3 milliards 500 millions, et notre ancêtre l’homo sapiens de 2 millions.  

2. LA COSMOLOGIE OBSERVATIONNELLE. LES FAITS ÉTABLIS

Nous savons que la lumière se propage à une vitesse très élevée (300 000 km/s) mais finie. Ceci a pour conséquence que les informations que nous recevons sur nos télescopes ont été émises à une époque antérieure. Autrement dit, plus on regarde loin, plus on regarde tôt et plus il fait chaud. Qu’observe-t-on alors ? 

2.1. L’Univers est en expansion, comme en témoigne la vitesse de récession des galaxies par rapport à nous, laquelle varie proportionnellement à la distance qui nous en sépare. Ce fait majeur fut démontré par l’astronome américain E. Hubble en 1929. La constante de proportionnalité H s’appelle la constante de Hubble (en fait elle n’est pas constante mais varie avec le temps). On estime sa valeur actuelle, exprimée dans un système un peu compliqué pour des raisons historiques, entre 50 et 100 km/s/megaparsec (1 parsec vaut 3,26 années-lumière). Cette constante est fondamentale car elle est directement liée à l’âge de l’Univers.

 2.2. L’Univers à grande échelle nous apparaît homogène (le même partout) et isotrope (le même dans toutes les directions). Ce fait est attesté notamment par l’uniformité de température du rayonnement fossile (10-5), qui reflète l’homogénéité de la densité de matière, et par le nombre de galaxies qui augmentent proportionnellement à la distance.

2.3. L’espace nous apparaît « plat », on dit aussi euclidien par référence au postulat d’Euclide selon lequel des parallèles ne se rencontrent jamais. Or nous verrons que la théorie de la relativité prévoit la possibilité d’un espace « courbe » où les parallèles peuvent converger où diverger. Toutefois, on n’ a jamais pu détecter à grande échelle l’existence d’une courbure spatiale. 

Edwin Hubble 1889-1953

 

2.4. L’Univers baigne dans un rayonnement électromagnétique qui a été découvert en 1965 par les radioastronomes américains Penzias et Wilson. Il avait d ’ailleurs été prévu dès 1948 par le physicien soviétique George Gamow. Ce rayonnement possède deux propriétés remarquables: il est extrêmement isotrope (à 10-5près) et sa distribution est extrêmement voisine de celle d’un corps noir de température 2,735 °K. On le qualifie de fossile car nous verrons qu’il a été émis 300 000 ans après le bang.

 2.5. La densité de matière est une grandeur fondamentale car elle conditionne directement l’avenir de l’Univers (expansion ou recontraction). On  la désigne conventionnellement par en la rapportant à une densité critique obtenue par calcul qui est de l’ordre de 10-29 g/cm, soit environ 10 nucléons/m3. Les mesures montrent que 1 % de la densité critique apparaît sous forme lumineuse  (étoiles, galaxies) et que 10 % de cette même densité nous est invisible (cependant on est sûr de son existence à cause de ses manifestations gravitationnelles). On voit donc que 90 % de la matière de l’Univers nous est inconnue et même 99 % si l’on prend en compte des mesures récentes qui semblent indiquer que la  densité  serait voisine de la valeur critique. En tout état de cause, elle est mal connue, l’incertitude allant de 0,1 à 3 fois la valeur critique.

gamowGeorge Gamow 1904-1968

 2.6. La physique quantique prévoit que chaque particule a une soeur jumelle qu’on appelle son antiparticule, strictement identique sauf sur un point: sa charge est opposée (par exemple électron et positron). Apparemment, l’Univers contient très peu, sinon pas du tout, d’antimatière alors que les deux composantes devaient être en quantités égales à l’origine. Où est passée l’antimatière ?

2.7. Les éléments chimiques sont répartis de façon très inégale. L’hydrogène est de beaucoup le plus abondant (90 % des atomes). Viennent ensuite en rapportant leur abondance à cet hydrogène, l’hélium (10 %), le deutérium (entre 3.10-5 et 2.10-4), le lithium 7 (1,6.10-10

2.8. À grande échelle, disons au delà de 100 mégaparsecs (300 millions d’années-lumière), l’Univers nous apparaît tout à fait homogène. En revanche, à plus courte distance, il se révèle structuré et hiérarchisé : les étoiles sont groupées en amas globulaires (environ 100 000 masses solaires) , et en galaxies (jusqu’à 1000 milliards de masses solaires) ,en amas et super amas de galaxies (1 million de milliards de masses solaires). Notre propre galaxie, la voie lactée compte 100 milliards d’étoiles réparties dans un volume en forme de disque de 100 000 années-lumière de diamètre. Elle fait partie d’un amas local comportant une vingtaine de galaxies, appartenant lui-même à un super amas dit de la Vierge. A l’autre bout de l’échelle, les molécules sont constituées d’atomes, les atomes de nucléons, les nucléons de quarks. Ainsi l’Univers nous apparaît construit sur un mode hiérarchique qui s’étend de l’infiniment petit à l’infiniment grand.

3. LE MODÈLE DU BIG BANG. CONFRONTATION AVEC LES FAITS      

FriedmannAlexandre Friedmann 1888-1925

3.1. Le modèle cosmologique du big bang repose sur la théorie de la relativité d’Einstein. Cette théorie a profondément modifié nos conceptions innées sur l’espace et le temps que nous considérons comme indépendants par nature, en les reliant l’un à l’autre en un conceptplus général dit d’espace-temps. La présence de matière provoque une courbure de l’espace qui est équivalente à la gravité. Pour s’en faire une idée, on peut se représenter l’espace par une feuille de papier sur laquelle on poserait une bille: le creusement de la feuille au voisinage de la bille schématise la courbure de l’espace c’est à dire le champ gravitationnel local. Résolvant les équations du champ gravitationnel d’Einstein au moyen d’hypothèses simplificatrices, le russe Alexandre Friedmann et le belge Georges Lemaître, abbé de son état, trouvèrent 3 solutions distinctes caractérisées chacune par un mouvement d’expansion et par une courbure unique de l’espace. Ces Univers, dits de Friedmann-Lemaître, peuvent être soit fermés (donc finis), soit ouverts (donc infinis), soit plans (euclidiens). La courbure de tel ou tel type d’Univers dépend de sa densité (respectivement plus grand, ou plus petit, ou égal à 1). L’incertitude dans laquelle nous sommes de la valeur de Ω fait que nous ne savons pas lequel retenir et ceci demeure une des questions centrales de la cosmologie moderne. 

Georges Lemaître 1894-1966

3.2. À l'époque de Planck, l’Univers est gouverné par une seule force qui unifie les 4 interactions fondamentales que nous distinguons aujourd’hui. La chute de température va entraîner la séparation de ces différentes forces, d’abord la gravité à l’époque de Planck, puis la force nucléaire forte (responsable de la cohésion des noyaux) à 10-28°K et 10-35seconde, enfin la force nucléaire faible (responsable entre autres de la désintégration des neutrons en protons) et la force électromagnétique (qui soude les électrons et les noyaux atomiques) à  1015 °K et   10-10seconde. À noter que le modèle selon lequel les deux dernières forces précédentes étaient unifiées en une seule force dite électrofaible,a été décrit en 1967 par l’américain S. Weinberg et le pakistanais Abdus Salam.

Alan Guth

Ces désunifications se traduisent par un phénomène de transition de phase, analogue à la transformation de l’eau en glace, qui libère une énergie considérable. Ces transitions de phase sont associées à ce qu’on appelle une brisure de symétrie en ce sens qu’une propriété qui était invariante sous une certaine transformation avant la brisure ne l’est plus après: par exemple la transformation de l’eau en glace brise la symétrie de la phase liquide sous une transformation par rotation. À 10-35seconde et 1028 °K , se produit la brisure de la grande unification, entraînant la séparation de la force nucléaire forte. Le dégagement d’énergie correspondant provoque un phénomène d’expansion très brutal auquel on a donné le nom d’inflation qui dure de 10-35seconde à 10-33seconde : pendant cette courte période, le taux d’expansion de l’Univers se met à doubler toutes les 10-35seconde, ce qui conduit, in fine, à une augmentation gigantesque de sa taille d’un facteur 1043, l’expansion reprenant ensuite son rythme normal. Ce phénomène, qui n’est encore qu’une hypothèse proposée par l’américain Alan Guth en 1980 et reprise par le soviétique Andreï Linde en 1984, permet d’apporter des solutions élégantes à plusieurs énigmes :

* l’isothermie (10-5) du rayonnement fossile : la sphère causale ou horizon, c’est à dire l’ensemble des points de l’espace qui, à un moment donné, peuvent avoir été influencés par un événement sachant que les effets physiques ne se déplacent pas plus vite que la lumière, est considérablement augmentée durant l’épisode inflationnaire, ce qui permet de lisser toutes les inhomogénéités.

 

LindeAndreï Linde

     * la planéité de l’Univers: en augmentant toutes les distances, y compris le rayon de courbure, l’inflation aplanit l’espace.

    * l’existence de perturbations de densité d’amplitude suffisante pour constituer les germes primordiaux qui vont évoluer vers les grandes condensations galactiques constitutives de la structure de l’Univers.

3.3. À cette époque, l’Univers est constitué d’un plasma de photons et d’une multitude de paires de particules-antiparticules, certaines bien connues comme les quarks-antiquarks, les électrons-positrons, les neutrinos-antineutrinos, et d’autres plus exotiques non encore identifiées en laboratoire. Ce monde particulaire est régi par une loi d’équilibre entre création de paires par des photons et annihilation de ces mêmes paires avec émission de photons. Cet équilibre est rompu au détriment d’une certaine catégorie de paires dès que l’énergie des photons créateurs devient inférieure à l’énergie au repos de la paire (E=mc² d’après la célèbre formule d’Einstein.) Faute de création, c’est le processus d’annihilation qui domine et cette catégorie disparaît en générant des photons dont le nombre s’accroît. À 10-35seconde, au moment de la désunification de la force nucléaire forte, outre l’inflation, un événement capital se produit qui a été décrit par le physicien russe Andreï Sakharov en 1967 : une légère asymétrie entre matière et antimatière apparaît telle que pour 1 milliard d’antiparticules, il y a maintenant 1 milliard + 1 particules. Cet événement est à l’origine de la disparition de l’antimatière. 

sakharovAndreï Sakharov 1921-1989

3.4. Les choses restent en l’état jusqu’à ce que la température s’abaisse à 2.1012°K (2 mille milliards) atteinte au temps 20.10-6seconde (20 microsecondes). La distance entre quarks a augmenté jusqu’à 1 fermi (10-13cm), distance au delà de laquelle la force nucléaire forte lie les quarks entre eux en leur interdisant d’exister librement (c’est le confinement des quarks). Une transition associe alors ces quarks en nucléons (3 quarks) et mésons (2 quarks) de matière et d’antimatière. Les mésons se désintègrent rapidement de même que les nucléons et les antinucléons s’annihilent massivement. Les particules en surnombre forment les nucléons du monde actuel. On a donné à cette transition le nom de transition quarks-hadrons ou transition de confinement. 

3.5. A l’issue de cette hécatombe, le plasma comporte donc 1 nucléon et 0 antinucléon pour 3 milliards de photons, 3 milliards + 1 électrons pour 3 milliards de positrons, différentes sortes de neutrinos et d’antineutrinos (particules presque sans masse sensibles à la force faible et responsables de la désintégration des neutrons en protons et vice versa). A 1010°K, soit au temps 1 seconde, les réactions mettant en jeu les neutrinos ne sont plus en équilibre. Ils se découplent, quittent le plasma et envahissent l’Univers qui baigne donc aujourd’hui dans une mer de neutrinos fossiles dont la température calculée est de 2 °K, légèrement plus faible que le rayonnement photonique fossile. Cet événement a reçu le nom de découplage faible. 

3.6. Presque immédiatement après, à 0,5.1010°K (5 milliards), soit à 4 secondes, les photons n’ont plus assez d’énergie pour maintenir l’équilibre avec les électrons, ce qui entraîne l’hécatombe électrons-positrons. Il reste donc 3 milliards de photons  pour  1 nucléon et 0 antinucléon, ainsi que 1 électron et 0 positron pour 1 proton, ce qui assure la neutralité électrique de l’Univers. Ces proportions relatives se conservent par la suite. 

3.7. Vers le milliard de degrés (109 °K), au sein de la soupe de nucléons (ou des baryons comme on dit aussi), les neutrons survivants se combinent aux protons pour former successivement des noyaux de deutérium, d’hélium 3, d’hélium 4, et en proportion infime de lithium 7. Ces éléments se forment progressivement, l’activité étant maximale autour de 1,5 minutes. Après 3 minutes, tout est terminé. Les abondances calculées sont en bon accord avec l’observation. 

penziasArno Penzias


3.8. Poursuivant le déroulement des événements dans le fluide en refroidissement, nous notons au passage de la 30 000ème année, la fin de la domination de l’Univers par le rayonnement (qui diminue comme R) et sa domination par la matière (qui varie comme R).

À la 300 000ème année, la température est tombée à 3000 °K, les photons n’ont plus l’énergie suffisante pour maintenir le plasma en état d’ionisation. Grâce à la force électromagnétique, un électron s’associe à 1 proton pour former 1 atome d’hydrogène neutre. Sans autre interaction possible, les photons quittent le plasma qui devient ainsi transparent, et se répandent dans l’Univers pour former le rayonnement fossile observé par Arno Penzias et Robert W. Wilson. On appelle cet événement découplage photonique ou  époque de recombinaison.

wilsonRobert W. Wilson


 3.9. Les éléments constitutifs de l’Univers sont en place. La gravitation va maintenant pouvoir jouer entièrement son rôle de force structurante de l’Univers en galaxies, nébuleuses, étoiles.... Le scénario le plus vraisemblable est le suivant : admettant l’existence de minuscules fluctuations locales de densité (des surdensités), ces régions surdenses attirent la matière environnante par l’action de leur champ gravitationnel ; les surdensités s’accroissent, augmentant en conséquence leur pouvoir attractif par effet boule de neige. Mais une force s’oppose à l’accumulation de matière, c’est la pression de rayonnement in situ. La concentration ne peut se poursuivre que si une certaine quantité de matière est en jeu: on l’appelle la masse de Jeans, du nom du physicien anglais qui a étudié ce mécanisme d’instabilité gravitationnelle. En outre, une difficulté majeure apparaît: c’est qu’il faut beaucoup de temps pour transformer une surdensité infime en galaxie. Sachant que la pression antagoniste chute brutalement au moment de la fuite des photons à  3000 °K, le calcul montre alors que depuis cette époque, une surdensité ne s’est pas développée de plus d’un facteur 1000 alors que les surdensités relevées dans le rayonnement fossile ne dépassent pas 10-5.

Qu’est ce qui a accéléré le processus ? La plupart des astrophysiciens font appel à la fameuse matière sombre qui nous est inconnue. Sans entrer dans les détails, disons que cette masse sombre pourrait être constituée, outre les astres morts, les trous noirs, les neutrinos, de particules exotiques désignées sous le nom générique de WIMPS (Weakly Inteactive Massive ParticuleS ) qui, du fait qu’elles interagissent très faiblement avec les photons, pourraient avoir commencé leur action de génération des galaxies très tôt, en fait dès l’égalité rayonnement- matière.

Reste à élucider l’origine des fluctuations primordiales. Des explications existent, mais force est de constater que nous ne disposons pas encore d’une théorie incontestée de la formation des galaxies. 

3.10. En revanche, la formation des étoiles et leur évolution sont bien maîtrisées. Le même mécanisme d’instabilité gravitationnelle est à l’oeuvre. Dès que la température du gaz de la protoétoile est suffisante, les réactions thermonucléaires s’allument et la pression radiative qui en résulte stabilise la masse en contraction. Après épuisement du combustible nucléaire, la gravitation reprend le dessus, l’étoile entame son agonie et son destin dépendra de sa masse:

    * moins de 1,4 masse solaire (limite dite de Chandrasekar, physicien indien 1930), elle deviendra une naine blanche qui se refroidira lentement. C’est le sort qui attend notre soleil d’ici 5 milliards d’années.

    * entre 1,4 et 5 masses solaires, la fin est cataclysmique sous forme d’une supernovae : l’effondrement quasi instantané de l’étoile provoque une fulgurante explosion qui projette dans l’espace ses couches externes contenant les matériaux lourds qu’elle a synthétisés, lesquels entreront dans la formation de futures étoiles. Le coeur résiduel, d’une dizaine de kilomètres de rayon, est d’une densité telle que protons et électrons se touchent, formant des neutrons : c’est une étoile à neutrons.

     * au dessus de 5 masses solaires, la même déflagration en supernovae se produit. Mais cette fois, le coeur est tellement dense que rien ne s’en échappe, même pas la lumière : c’est un trou noir.   

3.11. Au sein de la nébuleuse protostellaire, constituée de matières gazeuses et poussiéreuses, les poussières se disposent autour des premiers embryons d’étoiles et s’agglutinent les uns, les autres. Des petits corps en résultent, gravitant autour de l’embryon d’étoile, entrent en collision en se croisant. Les plus gros objets voient leur masse s’accroître et sous l’effet de la gravité, le système se dépeuple au profit de quelques uns: ce sont les planètes dont les plus massives conserveront une atmosphère qui, associée dans certains cas à la présence d’eau, pourront offrir des conditions favorables au long processus de complexification aboutissant à la vie comme sur la Terre. 

4. AUX DEUX EXTRÉMITÉS DE LA FLÈCHE DU TEMPS . INCURSIONS EN TERRA INCOGNITA

4.1. Pour ouvrir une fenêtre sur le domaine de Planck, il faut créer un nouvel outil d’investigation. En effet, la densité et la dimension géométrique y sont extrémales et les piliers de la physique moderne que sont la relativité et la mécanique quantique, doivent y être unifiés. Or, ces théories sont fondamentalement incompatibles : la relativité qui décrit l’Univers à grande échelle, est déterministe et ne prend en compte que la force de gravité ; la mécanique quantique, qui régit le monde subatomique, est elle, indéterministe et ignore la force de gravité. Les physiciens font des efforts prodigieux pour aboutir à cette unification, pensant parvenir à la théorie ultime d’où tout découlerait. Parmi les diverses pistes, une théorie émerge : on l’appelle la théorie des supercordes, car les objets fondamentaux qu’elle considère sont des objets monodimensionnels (des cordes) de longueur de l’ordre de la longueur de Planck (10-33cm). Toute particule élémentaire apparaît alors comme le résultat d’une vibration particulière d’une telle corde. De plus, la théorie fait intervenir un nombre de dimensions supérieur à ce qui nous est familier (9 spatiales et 1 de temps dans une certaine version).

Trois se seraient développées après le temps de Planck, les 6 autres se repliant sur elles mêmes. Aujourd’hui, la théorie des supecordes bien que très élégante par la puissance de ses concepts est encore loin d’être achevée. Le domaine de Planck reste une énigme où règne un flou quantique perpétuellement changeant. 

4.2. Tournons nous vers l’autre extrémité de la flèche du temps. Quel est le devenir de l’Univers ? Trois paramètres gouvernent son évolution : le paramètre de Hubble, le paramètre de décélération et la densité de matière, ces deux derniers traduisant l’influence gravitationnelle de toute la matière visible et invisible de l’Univers. Comme nous ne les connaissons pas encore avec une précision suffisante, nous ne sommes pas en mesure de connaître son destin : ouvert ou fermé ? Mais en revanche, dans un cas comme dans l’autre, nous savons ce qui se passera : 

    * La densité est supérieure à la densité critique. L’Univers, après une phase d’expansion, se recontractera. Les galaxies commenceront à tomber les unes sur les autres, puis à fusionner. Le rayonnement fossile s’échauffera et la nuit disparaîtra. Puis les atmosphères des étoiles s’évaporeront, les molécules se dissocieront et l’Univers deviendra opaque comme dans ses 300.000 premières années d’existence. Les étoiles exploseront ensuite, leurs cadavres deviendront des trous noirs, l’Univers redeviendra la soupe originelle dont il est issu, mais en plus hétérogène. A 1032 °K, le barrage de Planck se dressera de nouveau devant nous de sorte que nous ne pouvons pas accompagner l’Univers jusqu’à sa fin ultime à laquelle, par symétrie, on donne le nom de big crunch.

Un nouveau big bang peut-il succéder au big crunch, à l’instar des traditions hindouistes ? Ce n’est pas impossible mais on peut montrer que la durée de chaque cycle augmente et que le nombre de cycles ne saurait être infini, limitant donc dans le temps ce genre d’Univers à répétition

Il va sans dire que cette alternative ne laisse aucun espoir de survie à l’Humanité. 

     * La densité de matière est inférieure ou égale à la densité critique. L’Univers continue à se dilater et à se refroidir au rythme de son expansion. Dans 3 milliards d’années, le grand nuage de Magellan, une galaxie naine voisine, sera absorbée par la Voie Lactée, et dans 3,7 milliards, ce sera la galaxie d’Andromède qui fonce sur nous à 90 km/sec, qui nous heurtera. Dans 5 milliards d’années, le soleil, ayant brûlé son hydrogène, deviendra une géante rouge envahissant notre ciel et chauffant notre planète jusqu’à 1200 °K, ce qui entraînera l’évaporation de son atmosphère, avant de s’éteindre laissant pour cadavre une naine blanche qui se refroidira pour devenir une naine noire. Pour survivre, l’Humanité aura dû s’expatrier hors du système solaire. À plus long terme, 1012 années (1000 milliards), ce sont les étoiles qui s’éteindront, puis à 1027 années, galaxies et amas de galaxies deviendront des trous noirs qui se seront évaporés à 10100 années, selon le mécanisme décrit par l’anglais Stephen Hawking en 1974.

 

hawkingStephen Hawking (1942-2018 )

L’Univers sera glacial, 10-60°K, et continuera à se refroidir jusqu’au voisinage du zéro absolu. Il ne sera constitué que de photons, neutrinos, quelques grains microscopiques de poussière éparpillés dans l’obscurité glaciale et emportés par l’expansion universelle.

Les chances de survie de l’Humanité dépendront de sa capacité à accéder aux sources d’énergie qui lui sont nécessaires: ce seront d’abord les étoiles et à la fin de l’ère thermonucléaire de celles-ci, c’est vers les trous noirs qu’il faudra se tourner. Et après, a-t-on tendance à demander ? Mystère, mais de quelles prouesses la Vie n’est elle pas capable quand elle a l’éternité devant elle ?

5. QUELLE PLACE POUR L’HOMME ?

L’histoire qui vient d’être contée, met en exergue à notre avis, deux points essentiels :

    * La place de l’Homme dans l’immensité du cosmos, est physiquement insignifiante: quelques amas de cellules parmi des milliards et des milliards de corps célestes. En revanche, de par son intelligence et sa capacité de penser, il prend une dimension cosmique car il est capable de reconstituer sa propre histoire et celle de l’Univers.

    * À partir d’une situation chaotique initiale, l’Univers s’est organisé en devenant de plus en plus complexe, jusqu’à l’éclosion de la vie. Des lois supposées universelles permettent de reconstituer le puzzle, mais le résultat dépend essentiellement des conditions initiales. Ces lois qui comportent des constantes fondamentales, pour l’instant déterminées empiriquement (ex. la constante de gravitation universelle ou la charge de l’électron....il y en a en tout une quinzaine), et des conditions initiales (ex. la densité, le taux d’expansion.....), apparaissent avoir été réglées avec une extrême précision, parfois époustouflante ( jusqu’au 60ème chiffre après la virgule dans certains cas). Modifier un tant soit peu une de ces données initiales, conduit à un univers complètement différent dans lequel l’Homme ne pourrait exister (univers stérile). L’existence de la vie telle que nous la connaissons, dépend ainsi d’un concours de circonstances extraordinaires. Ce constat a même été érigé en principe par l’astrophysicien anglais B. Carter , sous le nom de principe anthropique en 1974.

Que penser de ce stupéfiant concours de circonstances? Deux attitudes sont à priori possibles :

    * Ou bien, il n’est que le fruit du hasard pur. L’Univers, dans ce cas, est purement accidentel et le fait qu’une combinaison particulière de données parmi une infinité de combinaisons possibles, ait été à même d’engendrer la vie consciente, n’est qu’une coïncidence sans intérêt. La pensée mathématique, la beauté, la morale, le bien, l’amour...., le tableau de la Joconde, la Flûte enchantée de MOZART, la Piéta de Michel-Ange, ou la Légende des siècles de Victor Gugo, n’ont aucun sens. « L’Homme est perdu dans l’immensité indifférente de l’Univers d’où il a émergé par hasard » (J. Monod). Cette attitude engendre le désespoir.

    * Ou bien, il n’est pas accidentel, il a une signification et si l’Univers existe en tant que tel, c’est bien pour faire émerger la conscience et l’intelligence. Autrement dit, il existait à l’origine un projet, et un projet intelligent comme en témoigne l’extraordinaire aptitude des mathématiques à expliquer le monde physique. Parler d’un projet, revient à parler d’un créateur suprême, de Dieu. Nous entrons là dans le domaine des mythologies et des religions et nous savons que leurs rapports avec la science furent souvent conflictuels. Il est hors de doute que la démarche scientifique fondée sur la pensée rationnelle, continuera à bâtir un schéma logique d’explication de l’Univers. Mais, sauf à admettre une régression à l’infini de la relation cause-effet, ce dont la raison ne saurait se satisfaire, la démarche scientifique n’a d’autre issue que de parvenir à une explication ultime qui soit auto-consistante, c’est à dire qui se suffise à elle même sans intervention extérieure. Or nous savons, depuis que K. Godel, logicien autrichien, a énoncé en 1931 un célèbre théorème, que la méthode axiomatique de construction de déductions logiques, ne peut aboutir à un système de propositions complet et consistant (il y aura toujours des propositions indécidables, c’est à dire qu’ on ne peut déclarer ni vraies ni fausses). Une explication auto consistante de tout est donc vouée à l’échec et il subsistera toujours un mystère au bout de la chaîne de raisonnement. Il se peut alors que d’autres formes de compréhension, non rationnelles celles-là, puissent satisfaire cette enquête de notre esprit. C’est précisément ce qui constitue l’autre grand volet du savoir humain, formé par la culture religieuse et mystique. Le scientifique et le théologien se retrouvent ainsi côte à côte dans la quête ultime de ce qu’Ibn Gabirol nommait au 11ème siècle « la substance première », moteur de l’univers, et que l’astrophysicien contemporain Trinh Xuan Thuan appelle plus joliment « la mélodie secrète ».

Face à cette perspective et face au choix qui lui est proposé, entre espoir et désespoir, tout homme doit « parier » comme Pascal. À chacun de le faire selon sa foi et ses convictions.

Décembre 2001