L’origine de l’univers et la nature du temps comptent parmi les plus grands mystères de la science moderne. Lors d’une conférence captivante donnée à l’Université de Genève, le cosmologiste Thomas Hertog retrace deux décennies de travaux menés en étroite collaboration avec Stephen Hawking. Ensemble, ils ont élaboré une vision profondément renouvelée du Big Bang et des lois de la physique.
En remettant en cause la conception traditionnelle des lois de la nature, ils proposent un changement de paradigme majeur où la cosmologie rejoint les mécanismes de l’évolution biologique.
Ce qu’il faut retenir
L’univers présente un ajustement d’une précision extrême qui rend la vie possible. Cette propriété fondamentale, qualifiée de biophilique, pose la question de l’origine de cet équilibre parfait.
Pour expliquer cet ajustement, Thomas Hertog et Stephen Hawking abandonnent la vision d’un observateur extérieur. Ils adoptent une perspective quantique centrée sur l’observateur situé au sein même du cosmos.
Les lois de la physique ne sont pas immuables ni éternelles. Elles ont émergé et évolué au cours des premiers instants du Big Bang à la manière d’un arbre évolutif darwinien.
L’énigme d’un univers fait pour la vie
Le constat de départ est saisissant. Les propriétés fondamentales de notre univers semblent avoir été minutieusement réglées pour permettre l’émergence de la complexité et de la vie.
Si la force de la gravité, la masse des particules ou le nombre de dimensions spatiales variaient ne serait-ce que très légèrement, le cosmos demeurerait stérile. Les étoiles, les planètes et la chimie organique ne pourraient jamais voir le jour.
Face à cet ajustement biophilique, les scientifiques se sont longtemps interrogés. S’agit-il d’un pur hasard, d’un design cosmique ou de l’existence d’un grand architecte ? C’est cette question fondamentale qui a servi de fil conducteur aux recherches menées par Thomas Hertog et Stephen Hawking.
L’héritage d’Einstein et le concept de Big Bang
Depuis la révolution scientifique d’Isaac Newton, les physiciens ont considéré les lois de la nature comme des principes absolus. Ces lois étaient perçues comme des vérités mathématiques éternelles existant indépendamment du monde matériel.
Albert Einstein a renforcé cette approche avec sa théorie de la relativité générale. Cette théorie décrit la gravitation non pas comme une force distante, mais comme une courbure de la structure de l’espace-temps produite par la matière.
Cependant, l’application de la relativité générale à l’ensemble du cosmos a conduit à une découverte inattendue. Le chanoine et astronome belge Georges Lemaître a démontré que l’univers est en expansion et qu’il possède un commencement.
Ce début, baptisé plus tard le Big Bang, marque l’origine même de l’espace et du temps. Mais la théorie d’Einstein atteint là ses limites pures. Lorsqu’on remonte jusqu’à l’instant initial, ses équations s’effondrent et cessent de fonctionner.
Changer de perspective : la cosmologie de l’intérieur
Pendant plusieurs décennies, Stephen Hawking a cherché à formuler une loi ultime décrivant les conditions initiales du cosmos. Pourtant, ses premiers modèles aboutissaient systématiquement à des univers vides et inhabités.
Confrontés à cet impasse, Thomas Hertog et Stephen Hawking ont réalisé qu’une erreur de méthode fondamentale persistait. La physique classique tentait de décrire l’univers depuis un point de vue extérieur absolu, qualifié de point de vue d’Archimède.
Or, nous faisons partie intégrante du cosmos que nous observons. Il est impossible de s’en extraire pour l’étudier de manière totalement détachée.
Les deux chercheurs ont donc choisi de reconstruire la cosmologie de l’intérieur. Ils ont appliqué les principes de la mécanique quantique à l’échelle de l’univers tout entier.
La physique quantique et l’approche de haut en bas
En physique quantique, un phénomène ne possède pas d’état strictement défini avant d’être observé. La réalité se cristallise à travers l’interaction et l’observation.
En appliquant cette logique à la cosmologie, l’histoire passée de l’univers n’est plus perçue comme un chemin unique et préconçu. Elle s’apparente plutôt à une superposition de multiples histoires possibles.
C’est l’observation présente, réalisée par les particules, les champs physiques et les observateurs actuels, qui sélectionne en rétrospective l’histoire passée du cosmos. Cette méthodologie, appelée cosmologie « Top-Down » ou de haut en bas, remet en cause la causalité traditionnelle.
L’origine des lois : une évolution darwinienne de la physique
Lorsque l’on remonte le temps en direction du Big Bang, la séparation entre l’espace et le temps finit par s’estomper complètement. La notion même de temps perd sa signification habituelle.
À cet instant primordial, ce ne sont pas seulement la matière et l’espace qui se simplifient, mais les lois de la physique elles-mêmes. Les différentes forces fondamentales s’unifient et s’évaporent progressivement.
Au lieu de reposer sur des vérités platoniciennes immuables, la physique moderne révèle un processus de diversification. Les lois de la nature ont émergé au cours d’une phase de transition très précoce.
Cette émergence s’apparente à un véritable arbre évolutif darwinien. Tout comme les espèces biologiques se diversifient au fil du temps, les lois physiques se sont cristallisées dans les tout premiers instants de l’univers pour donner naissance aux règles du jeu que nous observons aujourd’hui.
Tester l’hypothèse grâce aux ondes gravitationnelles
Valider une telle théorie représente un défi scientifique exceptionnel. Les 400 000 premières années de l’univers demeurent opacifiées pour l’astronomie optique traditionnelle.
Heureusement, une nouvelle fenêtre d’observation s’est ouverte récemment. Les ondes gravitationnelles, ces vibrations du tissu même de l’espace-temps, traversent la matière sans être bloquées.
Chaque grande transition lors du Big Bang a engendré des explosions d’ondes gravitationnelles. Ces oscillations constituent de véritables fossiles cosmiques de la naissance du temps.
De futurs projets scientifiques d’envergure, tels que l’observatoire spatial LISA ou le télescope terrestre Einstein, ambitionnent de capter ces signaux primordiaux. Ils permettront d’explorer ces phases d’évolution profondes et d’apporter une preuve expérimentale à cette nouvelle vision de l’origine du temps.
