Soit nous avons une chance inouïe, soit il existe vraiment de nombreux Univers

Il est facile d’envisager d’autres univers, régis par des lois physiques légèrement différentes, dans lesquels aucune vie intelligente, ni d’ailleurs aucun type de système complexe organisé, ne pourrait voir le jour. Devrions-nous donc nous étonner de l’existence d’un univers dans lequel nous avons pu émerger ?

C’est une question à laquelle des physiciens, dont je fais partie, tentent de répondre depuis des décennies. Mais cela s’avère difficile.

Bien que nous puissions retracer avec certitude l’histoire cosmique jusqu’à une seconde après le Big Bang, ce qui s’est passé avant est plus difficile à évaluer. Nos accélérateurs ne peuvent tout simplement pas produire suffisamment d’énergie pour reproduire les conditions extrêmes qui prévalaient lors de la première nanoseconde.

Mais nous pensons que c’est au cours de cette première fraction de seconde que les principales caractéristiques de notre univers ont été imprimées.

Les conditions de l’Univers peuvent être décrites par ses “constantes fondamentales” – des quantités fixes dans la nature, telles que la constante gravitationnelle (appelée G) ou la vitesse de la lumière (appelée C). Il en existe une trentaine qui représentent la taille et l’intensité de paramètres tels que la masse des particules, les forces ou l’expansion de l’Univers.

Mais nos théories n’expliquent pas quelles valeurs devraient avoir ces constantes. Au lieu de cela, nous devons les mesurer et introduire leurs valeurs dans nos équations pour décrire la nature avec précision.

Les valeurs des constantes se situent dans la fourchette qui permet l’évolution de systèmes complexes tels que les étoiles, les planètes, le carbone et, en fin de compte, les êtres humains. Les physiciens ont découvert que si l’on modifiait certains de ces paramètres de quelques pourcents seulement, notre univers deviendrait inanimé.

L’existence de la vie demande donc quelques explications.

Certains affirment qu’il s’agit simplement d’une heureuse coïncidence. Une autre explication est que nous vivons dans un multivers, contenant des domaines avec des lois physiques et des valeurs de constantes fondamentales différentes.

La plupart d’entre eux pourraient être totalement inadaptés à la vie. Mais quelques-uns devraient, statistiquement parlant, être propices à la vie.

Une révolution imminente ?

Quelle est l’étendue de la réalité physique ? Nous sommes convaincus qu’elle est plus vaste que le domaine que les astronomes peuvent observer, même en principe.

Ce domaine est définitivement fini. C’est essentiellement parce que, comme sur l’océan, il y a un horizon que nous ne pouvons pas voir au-delà. Et tout comme nous ne pensons pas que l’océan s’arrête juste au-delà de notre horizon, nous nous attendons à voir des galaxies au-delà de la limite de notre univers observable.

Dans notre Univers qui s’accélère, nos lointains descendants ne seront jamais en mesure de les observer.

La plupart des physiciens s’accordent à dire qu’il existe des galaxies que nous ne pourrons jamais voir, et qu’elles sont plus nombreuses que celles que nous pouvons observer. Si elles s’étendaient suffisamment loin, tout ce que nous pourrions imaginer pourrait se répéter à l’infini. Bien au-delà de l’horizon, nous pourrions tous avoir des avatars.

Ce vaste domaine (principalement inobservable) serait l’aboutissement de “notre” Big Bang et serait probablement régi par les mêmes lois physiques que celles qui prévalent dans les parties de l’univers que nous pouvons observer. Mais notre Big Bang a-t-il été le seul ?

La théorie de l’inflation, qui suggère que l’Univers primitif a connu une période au cours de laquelle sa taille a doublé tous les trillionièmes de trillionièmes de trillionièmes de secondes, est véritablement étayée par les observations. Elle explique pourquoi l’Univers est si grand et si lisse, à l’exception des fluctuations et des ondulations qui sont les “germes” de la formation des galaxies.

Mais des physiciens, dont Andrei Linde, ont montré que, sous certaines hypothèses spécifiques mais plausibles concernant la physique incertaine à cette époque ancienne, il y aurait une production “éternelle” de Big Bangs – chacun donnant naissance à un nouvel univers.

La théorie des cordes, qui tente d’unifier la gravité avec les lois de la microphysique, suppose que tout dans l’univers est constitué de minuscules cordes vibrantes. Mais elle part du principe qu’il existe d’autres dimensions que celles que nous connaissons.

Elle suggère que ces dimensions supplémentaires sont si étroitement comprimées que nous ne les remarquons pas toutes. Et chaque type de compactage pourrait créer un univers doté d’une microphysique différente, de sorte que d’autres Big Bang, une fois refroidis, pourraient être régis par des lois différentes.

Les “lois de la nature” pourraient donc, dans cette perspective encore plus large, être des règlements locaux régissant notre propre parcelle cosmique.

Si la réalité physique est ainsi, il y a une réelle motivation à explorer des univers “contrefactuels” – des lieux avec une gravité différente, une physique différente, et ainsi de suite – pour explorer quelle gamme ou quels paramètres permettraient à la complexité d’émerger, et lesquels conduiraient à des cosmos stériles ou “mort-nés”.

Il est intéressant de noter que ces recherches se poursuivent et que des études récentes suggèrent qu’il est possible d’imaginer des univers encore plus favorables à la vie que le nôtre. Cependant, la plupart des “ajustements” des constantes physiques rendraient un univers mort-né.

Cela dit, certains n’aiment pas le concept de multivers. Ils craignent que l’espoir d’une théorie fondamentale pour expliquer les constantes devienne aussi vain que la quête numérologique de Kepler pour relier les orbites planétaires à des solides platoniques emboîtés.

Mais nos préférences n’ont rien à voir avec la réalité physique, et nous devrions donc être ouverts à la possibilité d’une grande révolution cosmologique imminente.

Nous avons d’abord pris conscience, à la manière de Copernic, que la Terre n’était pas le centre du système solaire et qu’elle tournait autour du Soleil. Ensuite, nous avons réalisé qu’il y a des zillions de systèmes planétaires dans notre galaxie, et qu’il y a des zillions de galaxies dans l’univers observable.

Se pourrait-il donc que notre domaine observable – et même notre Big Bang – ne soit qu’une infime partie d’un ensemble beaucoup plus vaste et peut-être plus diversifié ?

Physique ou métaphysique ?

Comment savoir à quel point notre univers est atypique ? Pour répondre à cette question, nous devons calculer les probabilités de chaque combinaison de constantes. Et c’est une boîte de Pandore que nous ne pouvons pas encore ouvrir – il faudra attendre d’énormes progrès théoriques.

En définitive, nous ne savons pas s’il existe d’autres Big Bang. Mais il ne s’agit pas seulement de métaphysique. Nous pourrions un jour avoir des raisons de croire qu’ils existent.

Plus précisément, si nous disposions d’une théorie décrivant la physique dans les conditions extrêmes du Big Bang ultra-précoce – et si cette théorie était corroborée par d’autres moyens, par exemple en dérivant certains paramètres inexpliqués du modèle standard de la physique des particules -, alors si elle prédisait de multiples Big Bang, nous devrions la prendre au sérieux.

Les critiques affirment parfois que le multivers n’est pas scientifique parce que nous ne pourrons jamais observer d’autres univers. Je ne suis pas d’accord. Nous ne pouvons pas observer l’intérieur des trous noirs, mais nous croyons ce que dit le physicien Roger Penrose sur ce qui s’y passe – sa théorie a gagné en crédibilité en s’accordant avec de nombreux éléments que nous pouvons observer.

Il y a une quinzaine d’années, j’ai participé à une table ronde à Stanford où l’on nous a demandé dans quelle mesure nous prenions au sérieux le concept de multivers – sur l’échelle suivante : “Parieriez-vous votre poisson rouge, votre chien ou votre vie ?”

J’ai répondu que j’étais presque au niveau du chien. Linde a répondu qu’il parierait presque sa vie. Plus tard, le physicien Steven Weinberg a déclaré qu’il “parierait volontiers le chien de Martin Rees et la vie d’Andrei Linde”.

Malheureusement, je soupçonne que Linde, mon chien et moi-même serons tous morts avant d’avoir une réponse.

En effet, nous ne pouvons même pas être sûrs de comprendre la réponse, tout comme la théorie quantique est trop difficile pour les singes. Il est concevable qu’une machine intelligente puisse explorer les complexités géométriques de certaines théories des cordes et produire, par exemple, certaines caractéristiques génériques du modèle standard. Nous aurions alors confiance dans la théorie et prendrions ses autres prédictions au sérieux.

Mais nous n’aurions jamais l’illumination “aha” qui est la plus grande satisfaction d’un théoricien. La réalité physique à son niveau le plus profond pourrait être si profonde que son élucidation devrait attendre les espèces post-humaines – aussi déprimant ou exaltant que cela puisse être, selon les goûts.

Mais ce n’est pas une raison pour rejeter le multivers comme non scientifique.

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Source : The Conversation – Traduit par Anguille sous roche