Nous savons que nous vivons dans un univers en expansion. Cela signifie que l’univers entier s’agrandit chaque jour qui passe. Cela signifie également que dans le passé, notre univers était plus petit qu’il ne l’est aujourd’hui. Rembobinez suffisamment cette bande, et la physique suggère que notre univers était autrefois un point infiniment petit et infiniment dense – une singularité.

La plupart des physiciens pensent que ce point s’est développé dans le Big Bangmais parce que toute la physique connue s’effondre dans les conditions extrêmes qui prévalaient dans l’enfance de notre univers, il est difficile de dire avec certitude ce qui s’est passé dans ces premiers instants de l’univers.

Remonter dans le temps

Pendant la majeure partie de l’histoire de l’univers, il était parsemé d’objets célestes similaires à ceux qui sont présents maintenant – ils étaient juste plus proches les uns des autres.

Par exemple, lorsque notre univers avait moins de 380 000 ans, le volume de l’univers était environ un million de fois plus petit qu’il ne l’est aujourd’hui, et sa température moyenne était d’environ 10 000 kelvins. Il faisait si chaud et si dense que c’était un plasma, un état de la matière où les atomes sont déchirés en protons, neutrons et électrons. Cependant, nous rencontrons des plasmas dans de nombreuses autres situations dans l’espace et sur Terre, nous avons donc une assez bonne compréhension de leur fonctionnement.

Mais plus on remonte loin, plus la physique devient complexe. Quand l’univers n’avait qu’une douzaine de minutes, c’était une soupe intense de protons, de neutrons et d’électrons, toujours régis par la même physique que nous utilisons pour comprendre les bombes nucléaires et les réacteurs nucléaires.

Si nous regardons en arrière encore plus tôt que cela, cependant, les choses deviennent vraiment sommaires.

Lorsque nous essayons de donner un sens à l’univers alors qu’il avait moins d’une seconde d’âge, nous n’avons aucune théorie physique capable de faire face aux températures et aux pressions incroyablement élevées que l’univers a subies. Toutes nos théories de la physique s’effondrent et nous ne comprenons pas comment les particules, les forces et les champs fonctionnent dans ces conditions.

Faire naître la singularité

Les physiciens peuvent tracer la croissance du cosmos en utilisant d’Einstein général théorie de la relativitéqui relie le contenu du cosmos à son histoire d’expansion.

Mais la théorie d’Einstein contient un défaut fatal. Si nous suivons la relativité générale jusqu’à sa conclusion ultime, alors à un temps fini dans le passé, notre univers entier était entassé en un seul point infiniment dense. C’est ce qu’on appelle la singularité du Big Bang.

La singularité est souvent présentée comme le « début » de l’univers : mais ce n’est pas du tout un début.

Mathématiquement, la singularité du Big Bang ne nous dit pas que l’univers a commencé là. Au lieu de cela, il nous dit que la relativité générale elle-même s’est effondrée et a perdu son pouvoir prédictif et explicatif.

Les physiciens savent depuis longtemps que la relativité générale est incomplète. Il ne peut pas expliquer la gravité à haute résistance ou à petite échelle, connue sous le nom de gravité quantique. En d’autres termes, pour bien comprendre les premiers instants de l’univers, nous avons besoin d’une nouvelle physique.

Une question pour les âges

Malheureusement, nous manquons actuellement d’une telle physique. Nous avons plusieurs candidats pour la gravité quantique, comme théorie des cordes et la gravité quantique en boucle, mais ces théories n’ont pas été entièrement développées, et encore moins testées.

Mais si l’une ou l’autre de ces théories est correcte, elles peuvent nous dire des choses intéressantes sur l’univers primitif.

Dans le cas de la gravitation quantique à boucles, la singularité est remplacée par un morceau d’espace-temps de taille finie. Dans la théorie des cordes, quant à elle, notre univers provient d’un « paysage » d’univers possibles. Il est également possible que notre Big Bang n’existe que comme l’un d’une série infinie d’univers, se multipliant sans fin dans un multivers. Seules de nouvelles avancées en physique théorique aideront à démêler l’obscurité de ces idées possibles.

Mais il y a un autre problème : nous pouvons jamais savoir ce qui a causé le Big Bang. Dans ses premiers instants, même nos conceptions mêmes du temps et de l’espace s’effondrent. À des échelles aussi extrêmes, des concepts normaux et quotidiens comme « début » et « avant » peuvent même ne pas avoir de sens.