Big Bang et au-delà

Au commencement de l’univers, « il n’y avait ni temps, ni espace, ni aucune des particules aujourd’hui identifiées », précise Aurélien Barrau (p.9). N’était présente qu’une sorte de mousse, qui s’est alors mise à enfler et s’est complexifiée : en ont émergé l’espace, le temps et la gravitation. L’univers s’est mis à croître de manière démesurée.

Des fluctuations microscopiques, à l’origine des galaxies et des étoiles, y apparurent ; puis naquirent toutes les forces et les corpuscules connus. L’univers poursuivit son expansion, plus lentement. « Matière et antimatière se sont en grande partie annihilées, seul un infime reliquat demeure, auquel nous devons pourtant toute de ce qui nous compose aujourd’hui » (p.10), écrit aussi l’astrophysicien. Se formèrent alors les premiers noyaux, et apparurent les étoiles, qui se structurèrent en galaxies. Les plus massives de ces étoiles explosèrent, formant des trous noirs. Les constituants les plus lourds de la matière, indispensables à l’apparition de la vie, naquirent également. Et des planètes se formèrent autour des étoiles.

C’est une autre des leçons de l’astrophysique : les images du cosmos sont extrêmement diverses. Et la quasi-totalité des ondes lumineuses qui s’y propagent sont invisibles à nos yeux : des ondes radio, à la longueur d’onde élevée, aux rayons gamma, dont la longueur d’onde est bien plus faible, nos yeux ne perçoivent qu’une infime fenêtre d’ondes lumineuses.

De fait, la sélection naturelle a conduit les êtres vivants à se doter de détecteurs (les yeux) adaptés à leurs besoins : c’est donc la lumière émise par le soleil, notre étoile, que, seule, nous voyons et qui nous permet de distinguer tous les objets autour de nous. Mais il existe quantité d’autres ondes émises dans l’univers.

À très basse énergie, ces ondes lumineuses sont appelées ondes radio : elles seules sont capables de traverser la couche d’air entourant notre planète. Elles témoignent de la présence de particules très rapides dans des champs magnétiques – révélant ce qu’on nomme un rayonnement synchrotron. À une énergie légèrement plus haute s’ouvre le domaine des micro-ondes : il signe le rayonnement fossile de l’univers , qui s’est produit 380 000 ans environ après le Big Bang et baignait l’univers à ce moment-là. Également appelé fond diffus cosmologique, il qui a notamment été mesuré par le satellite COBE, puis plus récemment par la mission Planck. Quant au domaine des infrarouges, il est révélateur des zones de formation des étoiles.

Le Big Bang trouve ses fondements théoriques dans la théorie de la relativité restreinte et dans la théorie généralisée de la relativité. « La relativité générale montre que l’espace est dynamique et que l’expansion de l’Univers est précisément ce mouvement de dilatation de la trame géométrique » (p. 123).

Le cœur de la théorie d’Einstein est « le fait qu’il n’existe aucune structure “figée” dans l’Univers, le fait que tout est dynamique et en interaction, le fait que l’espace-temps est un champ comme un autre régi par des lois d’évolution » (p. 99). Cette théorie a une traduction mathématique que les spécialistes nomment l’invariance par difféomorphisme. Deux problèmes majeurs, pourtant, questionnent ce magnifique ensemble : la matière noire et l’énergie noire.

Presque toute la masse visible de l’univers existe sous forme d’étoiles. Or il est aujourd’hui admis que les étoiles ne contribuent que très peu à la masse totale de l’univers : l’essentiel en est donc invisible ! Il s’agit du mystère de la matière noire. La matière noire standard serait constituée d’étoiles « ratées », et composée de gaz réparti entre les amas. Il existe également de la matière noire dite non standard, qui n’est même pas faite des entités élémentaires que nous connaissons dans le cadre de la physique des particules.

Le Big Bang en tant qu’instant primitif et originel constitue un problème majeur en cosmologie : en mathématiques, c’est ce qu’on nomme une singularité, c’est-à-dire un lieu ou un temps où les grandeurs physiques tendent vers l’infini. « Au moment du Big Bang, comme au centre des trous noirs, la relativité générale ne fonctionne plus. Cette situation n’est pas anodine : le Big Bang est une prédiction inévitable de la théorie là où, précisément, la théorie cesse d’être valide ! » (p.162).

Et ainsi, « notre modèle cosmologique se bâtit à partir d’un état qui n’est pas physiquement défini ». Le recours à une description quantique serait alors intéressant. Ce sont les effets quantiques qui empêchent l’atome d’hydrogène de développer une singularité. Mais il s’avère extrêmement complexe de construire une théorie de la relativité générale quantique. Deux voies s’avèrent pourtant prometteuses : celle de la gravitation quantique à boucles et celle de la théorie des cordes.

D’après la théorie des cordes, on aurait donc affaire à un véritable « paysage de lois » (p. 173). Pour Aurélien Barrau, « ce qui se joue ici est plus qu’une simple controverse scientifique, c’est une réflexion sur la nature même de la science » (p.174).

Et d’ajouter : « J’ai beaucoup de mal à penser, surtout quand on aborde ces spéculations théoriques sur la gravitation quantique, une pratique scientifique qui ne s’accompagne pas d’une réflexion philosophique. » (p. 175). Pour une raison simple : « La philosophie, celle que j’aime – celle d’Héraclite, de Spinoza, de Nietzsche, de Derrida, de Deleuze, de Nancy, pour n’en citer que quelques-unes – est un outil redoutable pour fissurer les systèmes » (p. 176).

Les élaborations scientifiques sont socialement déterminées. Aurélien Barrau le souligne, « notre modèle cosmologique n’est évidemment pas insensible au contexte sociétal dans lequel il se dessine » (p. 58).

Le sociologue et philosophe des sciences Bruno Latour l’a notamment prouvé : le premier rôle de la science est de « créer des êtres nouveaux », davantage que de montrer le monde en tant que tel. Une manière louable de souligner la contingence des mécanismes de production du savoir, bien que ce genre d’entreprise soit souvent décrié au sein de la communauté des scientifiques. Aurélien Barrau souhaite par ailleurs, ardemment, qu’à tous les niveaux de la société, y compris dans la recherche, il soit enfin possible « de jouer le libertaire contre le libéral » (p. 119).

Notre modèle du cosmos est loin d’être achevé. « Chaque avancée, chaque compréhension du monde, chaque découverte est accompagnée de son lot d’interrogations » (p. 137). Allant plus loin encore que la description de l’univers, Aurélien Barrau pousse aussi les chercheurs à emprunter une voie qui les ferait sortir de leur tour d’ivoire. Finalement, l’astrophysicien estime que, si l’on ne sait exactement ni ce que fut l’origine de notre univers, ni ce que sera l’avenir des recherches, « ce chemin vaut la peine d’être parcouru » (p. 195).

Aurélien Barrau dresse ici un portrait de l’univers sans jamais cesser de questionner le processus humain à l’œuvre. Il ne dissocie jamais la recherche de l’homme lui-même en train de questionner le réel. Il déplore que les philosophes connaissent si peu les découvertes de l’astrophysique et que, inversement, les astrophysiciens s’emparent si peu de la philosophie et des champs de pensée qu’elle pourrait lui ouvrir.

Ouvrage recensé – Big Bang et au-delà, Paris, Dunod, 2019.

Du même auteur – Des univers multiples à l’aube d’une nouvelle cosmologie, Paris, Dunod, collection « Quai des sciences », 2014. – Avec Daniel Parrochia, Julien Lescourges, Jean-Pierre Luminet, Sylvie Vauclair et al, Forme et origine de l’univers : regards philosophiques sur la cosmologie, Paris, Dunod, collection « UniverSciences », 2010. – De la vérité dans les sciences, Paris, Dunod, 2016.