Atlantico, c'est qui, c'est quoi ?
Newsletter
Décryptages
Pépites
Dossiers
Rendez-vous
Atlantico-Light
Vidéos
Podcasts
Science
Crédits Photo: Reuters

Pathologie mathématique

Et si le Big Bang n’existait pas ? L’équation qui dit que l’univers n’a pas de commencement

La relativité générale, l'une des théories scientifiques les plus édifiantes du XXème siècle, demeure confrontée à plusieurs limites. Parmi elles, le Big Bang, que les mathématiques n'arrivent toujours pas à apprécier. Et des chercheurs ont récemment trouvé comment rendre nos modèles cohérents : imaginer que l'univers a toujours existé.

Aurélien Barrau

Aurélien Barrau

Aurélien Barrau est professeur à l’Université Joseph Fourier, membre de l’Institut Universitaire de France et chercheur au Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie du CNRS.

Il a publié en mars 2013 Big Bang et au-delà - Balade en cosmologie (Ed. Dunod) qui explique, dans un langage clair et accessible, les dernières découvertes en cosmologie, et des Univers multiples paru chez Dunod en 2014.

Voir la bio »

Atlantico : Deux équipes de chercheurs égyptiens ont récemment montré dans une publication (Physics Letters B) que la limite constituée par le Big Bang dans la relativité générale d'Einstein pouvait être dépassée grâce à une nouvelle équation quantique. En effet, pour certains scientifiques, les modèles mathématiques ne réussiraient pas à saisir le Big Bang en lui-même, mais uniquement les fractions de secondes qui ont suivi. Cette équation impliquerait également que le Big Bang ne soit pas l'origine de l'univers. En quoi consiste cette équation exactement ?

Aurélien Barrau : Il faut d’abord préciser que le fait que le Big Bang ne soit plus l’origine de l’Univers mais qu’il puisse exister une phase en amont de celui-ci est loin d’être une idée nouvelle.

C’est en effet une prédiction que l’on trouve dans pratiquement toutes les théories de gravitation quantique qui tentent de prolonger la relativité générale d'Eintsein. Et pour cause : au sens strict, le Big Bang est une "pathologie" mathématique, il correspond à une défaillance de la théorie classique. Dès lors que que le modèle est raffiné en tenant compte de la physique quantique, une des premières exigences consiste précisément à vérifier que le "problème" du Big Bang est résolu. Rien d’étonnant donc à ce que dans cette étude le Big Bang disparaisse, c’est un résultat attendu.

Dans l’approche de la gravitation quantique à boucles, par exemple, une théorie mature qui jouit maintenant de 25 années de travail acharné, le scénario cosmologique est aujourd’hui assez clair et très largement étudié. Le Big Bang, là aussi, est remplacé par un Big Bounce, un grand rebond. Il y aurait donc une phase de contraction qui aurait précédé l’actuel phase d’expansion.

Le travail auquel vous faites ici référence est une nouvelle pierre à cette édifice. Une autre approche, plus spéculative et plus incertaine, qui vient elle aussi remettre en cause l’idée de Big Bang. Il s’agit ici dans ce cas de se fonder sur une interprétation originale de la mécanique quantique, dite de Bohm, qui permet de calculer de nouvelles équations d’évolution de l’Univers.

Si les chercheurs ont pu dire que le Big Bang n'était pas le point de départ de l'univers, imaginent-ils ce à quoi il pouvait ressembler avant ?

Si le Big Bang, en tant qu’origine, disparait, il est en effet légitime de se poser la question de ce qui avait lieu "avant". Dans le cadre de la gravitation quantique à boucles, la réponse est donc claire pour ce qui concerne la dynamique de l’espace : il se contractait. Elle l’est nettement moins en ce qui concerne le contenu de l’espace : qu'y avait-il dans cette phase de condensation du Cosmos ? J’ai moi-même émis l’hypothèse que la constante cosmologique, un des termes des équations d’Einstein, puisse "remplir l’Univers" en rayonnant de la lumière à la manière des trous noirs.

Dans ce travail, les auteurs sont relativement peu loquaces sur ces aspects puisqu’il s’agit d’un modèle encore tout jeune. Je ne vois aucune raison de penser qu’il y aurait ici aussi une phase de contraction. Il s’agirait plutôt de quelques chose d’assez analogue au Big Bang mais celui-ci serait "rejeté" dans un passé infiniment lointain.

Si physiquement, l'idée d'un univers qui aurait toujours existé est une potentialité, celle-ci pourrait-elle remettre en cause le concept métaphysique selon lequelle tout à un début et une fin ?

Il faut se méfier des idées reçues et des "préceptes". L’Histoire des sciences nous a enseigné la plus extrême modestie. Je pense que pratiquement toutes les évidences ont à un moment ou à un autre été déconstruites. Par exemple "rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" n’est plus exact au sens naïf : l’équivalence E=mc2 permet justement de créer des particules à partir du mouvement de ces dernières (mais l’énergie, en effet demeure constante). Ce qui est vrai en chimie ne l’est plus en physique des particules ...

Il est évident que l’abandon du Big Bang serait une révolution dans l’histoire des idées. Mais si celle-ci devait advenir — ou ne pas advenir — ce ne pourrait être qu’une conséquence des calculs et des observations, certainement pas sa capacité à demeurer en adéquation avec le sens commun. L'intuition s’ajuste aux découverte et non pas l’inverse ! Le monde est presque toujours surprenant, c’est sa beauté ...

Finalement, est-il vraiment plausible d'imaginer que l'univers a été créé sans que rien ne lui préexiste ?

Il me semble clair que l’idée d’un Big Bang "créateur" est beaucoup plus complexe d’un point de vue métaphysique que l’idée d’un Univers ayant existé de toute éternité. La transition du "non être" à l’être est extrêmement difficile à penser. De plus, elle s’accompagne comme nous l’évoquions de problèmes mathématiques sévères. En ce sens, en effet, un Univers "éternel" est certainement plus satisfaisant.

Mais, une fois encore, il ne faut pas légiférer à priori : il faut étudier ce que nos modèles prédisent et en tirer les conséquences en demeurant toujours perméable au doute.

Je pense, pour ma part que ce que le modèle du Big Bang décrit est essentiellement correct entre un milliardième de milliardième de milliardième de seconde et aujourd’hui. En amont de cet instant, tout reste à comprendre mais je parie que la "singularité" originelle disparaitra.

Que reste-t-il à prouver pour renforcer cette théorie ?

Presque tout ! A mon sens l’attrait principal de cette théorie est de tenter de rendre compte également de ce qu’on nomme "l’énergie noire", c’est à dire du fait que l’Univers actuel est non seulement en expansion mais qu’il est de plus en expansion accélérée. Cette accélération est assez mystérieuse. Il est intéressant que cette théorie, permettant — comme la plupart des approches de ce style — de se passer du Big Bang, permette aussi d’expliquer cette accélération. C’est à mes yeux le réel avantage de ce modèle.

Mais il est encore très embryonnaire. L’essentiel, bien sûr, c’est de calculer des observables, comme nous le faisons depuis près de dix ans en gravitation quantique à boucles, pour essayer de prédire des conséquences observables et donc testables. C’est extrêmement difficile. Mais c’est une nécessité si les auteurs veulent espérer un jour convaincre...

En raison de débordements, nous avons fait le choix de suspendre les commentaires des articles d'Atlantico.fr.

Mais n'hésitez pas à partager cet article avec vos proches par mail, messagerie, SMS ou sur les réseaux sociaux afin de continuer le débat !