La science peut-elle expliquer le début de l’Univers ?

L’origine de l’Univers – le début de tout – est une question où les récits scientifiques et religieux s’estompent parfois. Ce n’est pas parce qu’ils abordent le problème de la même manière ; il est clair qu’ils ne le font pas. C’est parce que la question posée aux deux est la même. Nous voulons savoir comment tout s’est passé. Nous voulons savoir, sinon notre histoire serait incomplète. Nous sommes des créations de cet Univers, et l’histoire de l’Univers est aussi fondamentalement notre histoire.

Il ne fait aucun doute que la cosmologie et l’astronomie modernes ont produit un récit remarquable de l’histoire des débuts de l’Univers. Mais la science peut-elle vraiment apporter une réponse ?

Comme vous et moi, l’Univers a un anniversaire. Nous savons qu’il a commencé il y a 13,8 milliards d’années, et nous pouvons décrire avec confiance comment le jeune Univers a évolué à partir d’un centième de seconde après le Big Bang, bien qu’il y ait quelques lacunes importantes dans l’histoire que nous devons encore combler.

Cette connaissance est une réalisation phénoménale. Mais la question qui persiste est de savoir jusqu’où la science peut s’approcher de la source.

L’histoire de la vie

Les choses se compliquent rapidement si l’on persiste dans l’analogie de l’anniversaire. Toi et moi avons des parents. Nos parents ont aussi des parents, et ainsi de suite. Nous pouvons retracer cette continuité jusqu’à la première entité vivante, ce que nous appelons notre dernier ancêtre commun – probablement une bactérie qui a vécu il y a plus de 3 milliards d’années.

Une fois que nous avons trouvé cet ancêtre, nous sommes confrontés à une autre question difficile : comment cette première entité vivante est-elle née s’il n’y avait rien de vivant pour lui donner naissance ? La seule explication scientifique acceptable est que la vie doit provenir de la non-vie. Il est né il y a au moins 3,5 milliards d’années de la complexité accrue des réactions chimiques entre les biomolécules présentes sur la Terre primordiale.

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Qu’en est-il de l’Univers ? Comment est-ce arrivé s’il n’y avait rien avant ?

Si l’origine de la vie est mystérieuse, l’origine de l’Univers l’est infiniment plus. Après tout, l’Univers, par définition, comprend tout ce qui existe. Comment tout peut venir de rien ?

Le travail de la science est de développer des explications sans recourir à l’intervention divine. Nous utilisons les lois de la nature comme modèle. Cette limitation en fait un énorme défi conceptuel pour la science pour décrire l’origine de l’Univers. Ce problème est connu en philosophie comme la première cause. Si l’Univers a émergé de lui-même, il a été causé par une cause sans cause. Il a vu le jour sans source pour le précéder. La science opère dans des limites conceptuelles claires. Pour expliquer l’origine de tout, la science aurait besoin de s’expliquer elle-même. Et pour cela, il faudrait un nouveau mode d’explication scientifique.

L’histoire de l’Univers ne peut pas commencer à la deuxième page

Les descriptions actuelles de l’origine de l’Univers reposent sur les deux piliers du 20e physique du siècle. Le premier pilier est la relativité générale – la théorie d’Einstein selon laquelle la gravité est due à la courbure de l’espace causée par la présence de masse. Le deuxième pilier est la physique quantique, qui décrit le monde des atomes et des particules subatomiques. Combiner les deux est tout à fait raisonnable, étant donné qu’à ses débuts, l’Univers entier était suffisamment petit pour que les effets quantiques soient importants. Les modèles actuels de l’origine de l’Univers — de théorie des cordes pour gravitation quantique en boucle pour cosmologie quantique à un Univers qui rebondit entre expansion et contraction — utiliser les effets bizarres décrits par la physique quantique pour expliquer ce qui semble inexplicable. La question est de savoir dans quelle mesure ils peuvent vraiment expliquer la cause première.

De la même manière qu’un noyau radioactif se désintègre spontanément, le cosmos tout entier pourrait avoir émergé d’une fluctuation d’énergie aléatoire – une bulle d’espace apparue à partir de “rien”, la quantité que les physiciens appellent habituellement le vide.

Ce qui est intéressant, c’est que cette bulle aurait pu être une fluctuation d’énergie nulle, due à une compensation intelligente entre l’énergie positive de la matière et l’énergie négative de la gravité. C’est pourquoi de nombreux physiciens écrivant pour le grand public affirment avec confiance que l’Univers est venu de “rien” – le vide quantique est ce rien – et déclarent fièrement que l’affaire est close. Malheureusement, les choses ne sont pas si simples.

Ce soi-disant rien, le vide quantique des physiciens, est loin de la notion métaphysique de vide complet. En fait, le vide est une entité remplie d’activité, où les particules émergent et disparaissent comme des bulles dans un chaudron en ébullition. Pour définir le vide, nous devons partir de nombreux concepts fondamentaux, tels que l’espace, le temps, la conservation de l’énergie, les champs gravitationnels et de matière. Les modèles que nous construisons reposent sur des lois naturelles qui n’ont été testées que pour des situations éloignées de l’environnement extrême de l’Univers primordial.

Le vide quantique est déjà une structure d’une énorme complexité. L’utiliser comme point de départ, c’est commencer l’histoire de l’Univers à la deuxième page du livre.

Nos tentatives pour comprendre comment l’Univers a commencé nous obligent à extrapoler ce que nous savons à des énergies 15 ordres de grandeur au-dessus de ce que nous pouvons tester (c’est-à-dire mille billions de fois). Nous espérons que les choses auront un sens, et actuellement nous ne pouvons pas prédire que ce ne sera pas le cas. Cependant, ces prédictions sur l’Univers primordial sont basées sur ce que nous pouvons mesurer avec nos machines et sur l’utilisation des modèles actuels de physique des hautes énergies. Ces modèles sont également basés sur ce que nous pouvons mesurer et sur ce que nous considérons comme une extrapolation raisonnable. C’est très bien, et c’est l’approche que nous devons adopter afin de repousser les frontières de la connaissance dans des domaines inconnus. Mais n’oublions pas sur quoi repose ce cadre théorique et affirmons que nous savons avec certitude comment conceptualiser l’origine de l’Univers. Mentionner le multivers, affirmer qu’il est éternel et conclure que notre Univers est une bulle qui en jaillit, ne nous rapproche pas d’une vraie réponse.

L’univers humiliera n’importe qui

Il ne me semble pas que la science telle qu’elle est formulée aujourd’hui puisse répondre à la question de l’origine de l’Univers. Ce qu’il peut faire, c’est fournir des modèles qui décrivent des scénarios possibles. Ces modèles sont d’excellents outils que nous pouvons utiliser pour repousser les limites de la connaissance à des temps de plus en plus anciens, dans l’espoir que les observations et les données nous guideront davantage.

Cependant, cela est très différent de l’explication de l’origine de la vie par une chimie complexe. Pour expliquer l’origine de tout, il faut une science capable de s’expliquer elle-même et l’origine de ses lois. Nous avons besoin d’une métathéorie qui explique l’origine des théories. Un multivers n’est pas une issue. Nous avons toujours besoin de l’appareil conceptuel de l’espace, du temps et des champs pour le décrire. Nous n’avons pas non plus la moindre idée de la façon dont les lois de la Nature peuvent varier entre les différentes branches de ce multivers.

L’infini et son contraire, le néant, sont des outils essentiels pour les mathématiques. Mais ils sont très dangereux en tant que concepts pour décrire la réalité physique. Ce sont des labyrinthes où il est trop facile de se perdre, comme nous le rappelle Jorge Luis Borges dans La Bibliothèque de Babel.

Identifier une difficulté scientifique conceptuelle revient souvent à adopter une position défaitiste. La question rhétorique qui suit est : « Devrions-nous alors abandonner ? Bien sûr, nous ne devrions pas. La connaissance ne progresse que si nous la faisons avancer et prenons des risques en le faisant. Il n’y a pas de faute dans notre volonté de donner un sens à un profond mystère par la raison et la méthodologie scientifique. C’est ce que nous faisons de mieux. Ce qui est une faute, c’est de prétendre que nous en savons beaucoup plus que nous ne savons, et que nous avons compris des choses qu’un instant de réflexion nous apprendra que nous sommes très loin de comprendre. Il existe de nombreuses questions qui appellent à l’humilité intellectuelle, et l’origine de l’Univers est au premier rang d’entre elles.

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