Big bang et gravité : la recette de l'univers

Malgré quelques incertitudes sur la composition de l’univers (Qu’est-ce que l’énergie noire ? Quelle est la liste complète des ingrédients fondamentaux ?) les scientifiques sont relativement confiants sur le fait que, si nous pouvions peser tout ce que renferme notre horizon cosmique, nous arriverions a quelque dix milliards de milliards de milliards de milliards de milliards de milliards de grammes.

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Mais la valeur précise du poids de l’univers observable est secondaire : ce que je cherche à dire, c’est qu’il est énorme. Si énorme que l’idée que nous autres humains puissions créer un autre royaume comme celui-ci semble complètement absurde.

Si nous utilisons la cosmologie du big bang comme plan de montage pour notre fabrication d’univers, rien ne nous indique comment surmonter cela.

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Si nous voulons un univers comme celui que nous observons aujourd’hui, nous devons partir des matériaux bruts que sont la masse et l’énergie que nous observons aujourd’hui. La théorie du big bang considère ces matériaux comme une donnée de départ inexpliquee1.

Dans les grandes lignes, les instructions du big bang pour créer un univers comme le nôtre nécessitent que nous réunissions une quantité considérable de masse, et que nous la comprimions jusqu’à une taille extrêmement petite. Aussi improbable que ce soit, après avoir fait cela, nous rencontrerions un nouveau défi. Comment enclencher le big bang ? C’est un obstacle qui ne fait que devenir plus décourageant si nous nous souvenons que le bang du big bang n’est pas une explosion qui a lieu dans une région fixée de l’espace ; le big bang propulse l’expansion de l’espace lui-même.

Si la théorie du big bang était le summum de la pensée cosmologique, la quête scientifique de la création d’un univers s’arrêterait là. Mais ce n’est pas le cas. Nous avons vu que la théorie du big bang a ouvert la voie d’une cosmologie inflationnaire, plus solide, et que l’inflation offre une stratégie pour aller plus loin. Avec comme marque de fabrique un sursaut d’expansion spatiale extrêmement violent, la théorie de l’inflation met un bang dans le big bang, et un gros ; si l’on en croit l’inflation, ce serait une salve d’anti-gravité qui aurait enclenche l’expansion de l’espace. Comme nous allons le voir, l’inflation stipule que de grandes quantités de matière peuvent être créées à partir de la plus modeste des semences.

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Dans l’approche inflationnaire, un univers comme le notre – un trou dans le gruyère cosmique – se forme lorsque la valeur de l’inflaton roule tout en bas de sa courbe d’énergie potentielle, produisant une énorme salve d’expansion dans le voisinage. Lorsque la valeur de l’inflaton chute, l’énergie qu’il contenait se transforme en un bain de particules remplissant uniformément la bulle. C’est de la que vient la matière que nous voyons. Certes, c’est déjà un progrès en soi, mais cela soulève aussitôt la question suivante : Quelle est la source de l’énergie de l’inflaton ?

Elle provient de la gravitation. Souvenons-nous que l’expansion inflationnaire s’apparente à la diffusion d’un virus : un champ d’inflaton de haute valeur provoque un accroissement rapide de toute la région qu’il occupe, et ce faisant crée un volume d’espace de plus en plus vaste, lui-même imprègne d’une valeur élevée de l’inflaton. Et parce qu’un inflaton uniforme contribue à l’énergie par une valeur constante par unité de volume, plus le volume qu’il remplit grandit, plus il renferme d’énergie. La force sous-jacente à l’expansion est la gravitation – sous sa forme répulsive – et c’est donc elle qui est la source de l’énergie sans cesse croissante que contient la région.

La cosmologie inflationnaire peut donc être envisagée comme produisant un flot d’énergie continu entre le champ gravitationnel et le champ d’inflaton.

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Extrait de "La réalité cachée : Les univers parallèles et les lois du cosmos", Editions Robert Laffont (octobre 2012)