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La théorie de l'univers la plus solide actuellement, celle qui résiste à toutes les vérifications les plus fines, c'est la théorie de la relativité générale d'Einstein. Or cette théorie, en réalité une théorie de la gravitation qui complète, corrige, remplace - comme on voudra - la théorie de Newton, ne dit rien sur la forme de l'univers, si l'on excepte des indications sur la courbure de l'espace-temps, courbure locale d'ailleurs, qui varie comme varie le champ de gravitation. On peut simplement, si l'on a une idée de la quantité d'énergie et de matière distribuées dans l'univers, en calculer la courbure moyenne.
Univers fini ? Univers infini ? Univers presque plat (donc certainement infini) ou bien univers si courbé qu'il se referme sur lui-même (donc univers fini) ?
Et encore : l'univers que nous habitons, est-il à quatre dimensions (notre univers familier avec ses trois dimensions d'espace et une de temps), ou bien est-ce un univers à dimensions multiples dont seules trois d'espace et une de temps sont visibles pour nos faibles sens et nos faibles capacités ?
Délire, ces dimensions multiples ? Que non pas ! La topologie, cette science aussi jeune qu'étrange et complexe, nous en apporte des preuves concrètes. La topologie, c'est une branche des mathématiques qui étudie la géométrie de situation et les propriétés de l'espace. C'est elle qui a analysé sous toutes les coutures la bien connue bande de Moebius, prouvant que cet objet géométrique n'avait qu'une face. C'est elle qui montre que certains objets que l'on croit appartenir aux trois dimensions sont seulement de la géométrie plane courbée dans une troisième dimension. Par exemple le cylindre se ramène à un carré ou un rectangle. En effet, pour l'obtenir, il suffit de prendre un rectangle et d'en coller bord à bord deux côtés qui se font face. Pour obtenir un tore (une chambre à air) il suffit de coller les quatre côtés d'un rectangle deux par deux se faisant face. En revanche, essayez de réduire une sphère à une surface connue à deux dimensions, c'est impossible. La preuve ? Si vous voulez envelopper soigneusement une boule avec une feuille de papier, la feuille de papier sera bourrée de plis et de chevauchements. La sphère appartient bien de manière essentielle à un univers à trois dimensions.
A partir de là, la topologie sait dessiner un cube doté de quatre dimensions spatiales. Pour qui a vu de tels dessins, l'effet en est très étrange. Et plus étranges encore les réflexions associées des topologistes et des cosmologistes sur les formes possibles de l'univers.
Mais d'abord, qu'est-ce que ça change, la multiplicité des dimensions ? Tout ! Et notamment notre interprétation de certains événements ou expériences. Pour le comprendre, reprenons le fameux exemple de l'astrophysicien Carl Sagan qui, pour d'autres raisons que celles qui nous occupent, proposait d'imaginer un « Flatland », un monde plat à deux dimensions. Imaginons donc qu'à la surface de notre planète vivent des êtres intelligents qui aient la forme de triangles et se déplacent sur le sol sans avoir aucune idée de l'existence d'une troisième dimension, la verticale. Imaginons que ces triangles ont acquis un savoir qui leur permet d'accélérer des objets, par exemple des carrés. Lorsque les carrés atteignent la vitesse de onze kilomètres par seconde, les savants triangles voient avec stupéfaction leurs carrés... disparaître ou s'annihiler. Ils en tirent une loi : tout objet qui atteint la vitesse de onze kilomètres par seconde se détruit. Mais nous, humains, nous savons bien que le carré est simplement parti dans une dimension verticale. Nous savons d'une part que la Terre est une sphère, et qu'il existe trois dimensions d'espace (condition sine qua non de l'existence des sphères), nous savons bien, d'autre part, que onze kilomètres par seconde est la vitesse de libération qui permet de s'échapper de la gravitation terrestre, de « monter » vers le ciel, la troisième dimension.
Il est donc tout à fait probable que nous sommes dans la même situation que nos triangles intelligents installés dans leur « Flatland ». Certains phénomènes étranges devraient pouvoir mieux s'expliquer, notamment dans le domaine de la physique quantique ou dans celui de l'astrophysique et de la cosmologie, si nous supposions l'existence de dimensions supplémentaires qui ne nous sont pas directement accessibles.
C'est à partir de cette idée de base que se développent, lentement, des théories pour l'instant purement mathématiques, qui avancent l'hypothèse de dimensions et d'univers multiples.
A partir de cette idée, et aussi à partir d'une autre, pas moins fantastique : nous savons que notre univers s'est constitué grâce à un ensemble de paramètres dont la combinatoire est extraordinairement précise et permanente : la masse des particules, mais aussi les constantes universelles, notamment la force des quatre forces fondamentales. La force d'une force (que l'on appelle « constante de couplage »), définit la proportion dans laquelle est modifié un système lorsque cette force s'exerce sur lui. Alors que la force électromagnétique modifie le système de un cent trente-septième, la force de la gravitation, inconcevablement plus faible, ne le modifie que de cent milliardièmes de milliardième de milliardième de milliardième (10 puissance moins 38 exactement). Une disparité si vertigineuse, outre qu'elle rend, pour l'instant, impossible le rêve de réunification complète des quatre forces de l'univers, est ajustée de telle sorte qu'elle permet (comme la masse des particules) l'existence de notre monde tel qu'il est : les galaxies, les étoiles, les planètes... et la vie. Par exemple, comme le montrent Jenkins et Perez dans un récent article de « Pour la science », il eût suffi que le proton soit 0,2 pour cent plus lourd, et aucun atome ne se serait jamais formé !
Devant une si incroyable précision de l'ajustement des paramètres de... la création, la seule qui puisse permettre l'existence de notre univers, on peut avoir deux réactions. La première est de se dire qu'il s'agit du seul univers possible, et qu'il y a un Dieu qui a ajusté tout cela, tout cela qui a abouti à nous, à nous hommes qui aujourd'hui avons l'ambition de penser et d'expliquer notre univers, en retrouvant le chemin parcouru depuis le big-bang.
Et puis il y a une deuxième réaction, beaucoup plus humble, plus objective... et plus riche ! C'est de se dire qu'à l'origine, lorsque l'univers était incroyablement dense et chaud juste après le big-bang, et que les forces fondamentales n'étaient pas encore quatre mais une seule, eh bien l'évolution a fort bien pu prendre plusieurs directions. L'une d'elles est notre univers. Mais il y a certainement d'autres univers, où, à cause d'ajustements paramétriques légèrement différents, les étoiles n'ont jamais pu se former, ou bien se sont formées et évoluent à grande vitesse, ou beaucoup plus lentement... La théorie s'appelle théorie des multivers. Elle stipule que du vide primordial d'autres univers-bulles ont jailli et continuent de se déployer. Univers aux lois physiques différentes et sans communication entre eux.
D'autres théories parlent de « bulles de Hubble », visions différentes d'observateurs différents, où l'on trouverait des « copies » de notre propre univers. D'autres encore parlent de formes d'univers en membranes pliées dans un certain nombre de dimensions (la théorie des cordes). Certaines formes étudiées par la topologie permettent l'hypothèse d'un univers beaucoup plus petit que l'on pense, où le dispositif topologique permet d'inférer que cette lointaine galaxie là-bas, à quelques milliards d'années-lumière, n'est en fait que notre Voie lactée « vue de dos » !
Pour débrouiller cet incroyable et fascinant écheveau d'hypothèses, la science est à la recherche d'un ou de quelques génies, capables d'embrasser avec audace la plus grande quantité possible d'observations et d'hypothèses... et de les relier entre elles.
C'est sans doute la définition du génie : à la fois une pure puissance créatrice, faite d'autant de savoir que d'intuition, et la capacité de relier entre eux des éléments qui semblent à première vue... et même à deuxième, totalement disparates. L'Histoire nous offre un certain nombre d'exemples de tels génies. Je ne veux en citer que trois, pour illustrer leur puissance créatrice.
C'est Leucippe, vers l'an 440 avant Jésus-Christ. Il est l'inventeur de la première théorie des atomes. Il se regarde coupant une pomme et il a cette intuition magnifique : on ne coupe jamais de la matière. La lame du couteau passe toujours dans le vide que contient la pomme. Conclusion : la pomme, et toute réalité avec elle, est composée de fragments de matière (les atomes, autrement dit « ce qui ne peut être coupé ») entre lesquels il y a du vide. Cela paraît banal aujourd'hui ? Réfléchissez : avoir eu cette idée que le couteau ne coupe pas, il passe seulement dans les interstices, c'est... génial.
C'est Aristote au bord de l'océan. Il observe un navire qui disparaît sur l'horizon. Non pas, dit-il, parce qu'il devient de plus en plus petit au fur et à mesure qu'il s'éloigne, mais parce qu'il baisse sur l'horizon : la coque disparaît avant le mat. Conclusion : la Terre est ronde. No comment !
Newton enfin, peut-être l'auteur de la plus grande généralisation qu'ait jamais accomplie l'esprit humain. Encore une histoire de pomme, comme chez Leucippe. La pomme tombe de l'arbre. Et là-bas, dans le ciel lointain, est-ce que les planètes ne tomberaient pas vers le soleil, selon les mêmes principes, la même loi qui met la pomme en mouvement vers le sol ? La même loi qui fait se courber la trajectoire d'une pierre lancée par une fronde et celle d'une planète lancée dans l'espace autour d'un soleil. Une même force à l'œuvre : la gravitation. Universelle !
Devant de pareils génies, mesdames et messieurs, chapeau bas !
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