Notre Univers est-il unique ? - LPSC - IN2P3

• savoirs de nouvelles conceptions du monde
Notre Univers
est-il unique ?
La physique et l’astronomie ont montré que la Terre, le Soleil et même
notre Galaxie appartiennent à de vastes ensembles d’objets identiques.
Aujourd’hui, c’est au tour de l’Univers de perdre sa singularité.
Etonnamment, les lois
de la physique semblent
« miraculeusement
» adaptées à
l’existence de la vie.
Alors que l’immense majorité
des lois possibles conduirait à un
Univers morne et uniforme, nous
observons, tout au contraire, un
cosmos polychrome et largement
diversifié. L’état « réel » de notre
Univers semble donc très atypique
et comme explicitement « sélectionné
» dans l’infinité des possibles
pour favoriser notre existence
(lire l’encadré).
Prendre cette impression au
sérieux est le pas que franchit
l’hypothèse du dessein intelligent.
Selon cette approche, l’évolution
de l’Univers aurait été orientée
par une intelligence supérieure et
extérieure (autrement dit, Dieu) de
façon à permettre la vie humaine.
C’est une proposition anthropocentrique,
puisque le cosmos tout
entier se trouve assujetti, dans
son déploiement, à notre propre
espèce. C’est une proposition
L’essentiel
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théologique, puisqu’elle recourt
explicitement à l’intervention
divine pour rendre compte du
monde observé. Et c’est une proposition
téléologique puisqu’elle
se fonde sur une vision finaliste :
le système n’évolue pas conformément
à des lois qui le gouvernent
mais de façon à atteindre un but
préalablement choisi.
Quelles alternatives à ce schéma ?
La première piste consiste à supposer
que lors du « coup de dés »
initial, sélectionnant un type de
lois particulier, nous avons joui
d’une chance extraordinaire. Au
sein de la gigantesque diversité des
potentialités, nous sommes tombés,
par hasard, sur celle – très spécifique
et très particulière – permettant
l’émergence d’un Univers
complexe. C’est une explication
possible. Mais guère convaincante
et artificielle. S’il s’agissait
de la seule alternative à la proposition
du dessein intelligent, cette
dernière serait peut-être la seule
véritable interprétation cosmique
dont nous disposerions.
> Le dessein intelligent affirme qu’une intelligence supérieure
guide l’évolution de l’Univers.
> À l’inverse, une hypothèse fondée sur une démarche
scientifique propose que notre monde ne serait qu’un univers
parmi une infinité d’autres.
> Cette hypothèse des multivers est confortée par des
modèles physiques récents qui décrivent le cosmos.
Aurélien
Barrau est
professeur à
l’université Joseph-
Fourier, chercheur
au laboratoire
de physique
subatomique
et de cosmologie
de Grenoble (CNRS-
IN2P3), membre
de l’Institut
universitaire
de France.
Mais il existe une seconde piste
permettant de demeurer dans le
cadre d’une explication strictement
physico-mathématique de
l’évolution cosmologique sans
recourir à un phénomène extraordinairement
improbable. C’est
très exactement ce que permet le
modèle des univers multiples ou
multivers. Imaginons que les dés
ont été tirés une infinité de fois.
lE dévEloppEmEnt dE
structurEs complExEs
La « séquence » particulière correspondant
à l’émergence d’un
Univers abritant des galaxies, des
étoiles et des planètes va alors
nécessairement se produire. Aussi
improbable soit-elle, elle se réalisera
immanquablement ! Il est
peu probable de gagner à la loterie
si l’on joue une fois. Mais c’est tout
à fait inévitable si l’on joue une
infinité de fois ! Le cadre est donc
le suivant : considérons une multitude
– peut-être une infinité –
d’univers emplis par des lois différentes.
Parmi ceux-ci, certains
seront naturellement hospitaliers
et permettront le développement
de structures complexes.
Le schème d’ensemble est cohérent.
Il permet de rendre compte
de la spécificité de notre Univers.
Celui-ci est particulièrement
adapté à l’existence d’objets fragiles
et composés de multiples
sous-structures : les êtres vivants
étant de tels objets, ils se trouvent
naturellement dans l’un des uni-
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cosmologique standard*. Cette que celles ou elle s’arrête, donc le
vers permettant l’existence de ces
inflation est presque indispen- processus global ne s’achève fina-
structures.
sable pour résoudre beaucoup de lement jamais. Il existe donc un
Néanmoins, pour devenir
paradoxes et, surtout, pour géné- mécanisme fiable, élaboré hors de
convaincante, la proposition ne
doit évidemment pas être inven-
* le facteur
d’échelle est une
rer les petites fluctuations qui sont
ensuite devenues les galaxies que
tout désir de constituer un multivers
de manière ad hoc, et qui
tée de toutes pièces. Elle n’est
scientifiquement fondée que s’il
existe des mécanismes permet-
grandeur décrivant
l’évolution de la
distance relative
entre deux points
nous observons aujourd’hui.
De plus, la physique des particules
élémentaires a montré
permet de créer des mondes. Mais
peut-on emplir ces univers avec
des lois physiques différentes ?
tant de générer ces univers multiples
et de les structurer avec
des lois physiques différentes.
de l’Univers n’ayant
pas de mouvement
autre que celui
de « l’Univers lui-
qu’il était relativement aisé de
produire, sur des bases bien comprises,
une telle inflation. Elle est
C’est exactement ce que permet
aujourd’hui la théorie des cordes.
Ce modèle, très spéculatif, tente
Autrement dit, le multivers ne doit même ».
donc à la fois nécessaire – du point de décrire les particules connues
pas être seulement une hypothèse * l’inflation de vue cosmologique – et assez comme différents modes de vibra-
qui serait alors très artificielle,
mais une conséquence de modè-
cosmique est
l’augmentation
considérable de la
naturelle – du point de vue de
la physique des particules. Or,
tion de cordes élémentaires. À
l’instar d’une corde d’instrument
les élaborés pour de toutes autres taille de l’Univers quand on la regarde de près, cette de musique qui peut générer tou-
raisons. C’est, dans une certaine
mesure, le cas aujourd’hui.
Comment générer des univers ?
dans ses premiers
instants.
* le modèle
cosmologique
inflation semble créer non pas un
Univers mais une structure arborescente
d’univers, autrement dit
tes les notes de la gamme, les cordes
fondamentales pourraient
engendrer les particules identi-
Ce n’est pas si difficile ! Depuis
longtemps, une phase d’expansion
considérable du facteur d’échelle*
standard décrit
la dynamique de
l’Univers dans le
cadre de la relativité
une infinité d’univers-bulles indépendants
les uns des autres !
La raison fondamentale est la
fiées en vibrant de différentes
manières. Pour que cette théorie
soit cohérente, six dimensions spa-
dans les premiers instants suivant
le Big Bang – que l’on nomme l’inflation*
– fait partie du modèle
générale à partir
d’une phase très
dense et très chaude
(Big Bang).
suivante : les zones de l’espace où
l’inflation se poursuit sont exponentiellement
plus « nombreuses »
tiales supplémentaires recourbées
sur elles-mêmes doivent exister.
La théorie a connu plusieurs >>>
Des univers-bulles : selon la théorie de l’inflation éternelle, la phase d’expansion considérable qui a suivi le Big Bang se poursuit dans de multiples
zones de l’espace, donnant naissance à une structure arborescente d’univers-bulles indépendants les uns des autres.
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Notre Univers
est-il unique ?
>>> évolutions significatives. La
dernière d’entre elles, celle qui
importe pour le multivers, est la
découverte, dans les années 2000,
du « paysage », c’est-à-dire de la
diversité des manières de « compactifier
» ces six dimensions supplémentaires.
Cette diversité est
si considérable qu’il s’ensuit une
quasi infinité de lois physiques
effectives différentes !
L’inflation crée donc des univers
et la théorie des cordes les structure
avec des lois différentes. Ces
ingrédients sont exactement ceux
qui permettent de façonner un
multivers. Mais, de façon intéressante,
le multivers apparaît aussi,
en un sens plus restreint, dans des
modèles physiques moins spéculatifs
et mieux contrôlés que la
théorie des cordes.
La relativité générale, notre
théorie de la gravitation, prédit
un espace strictement infini dans
deux des trois géométries compatibles
avec la cosmologie – les
géométries plane et hyperbolique.
Auquel cas les univers, c’est-à-dire
les zones en mesure d’échanger
des informations, y sont nécessairement
en nombre infini ! Dans
ce cadre, les lois ne changent pas
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d’un univers à l’autre, mais les
phénomènes peuvent changer.
Tout ce qui est compatible avec les
lois connues doit effectivement se
produire. Et même se produire une
infinité de fois ! En particulier, il
doit par exemple exister une infinité
de copies à l’identique de chacun
d’entre nous. Copies qui peuvent
avoir des futurs différents :
toutes les éventualités envisageables
doivent se produire dans
le multivers.
L’autre grande théorie du XX e siècle,
la mécanique quantique,
conduit, elle aussi, à une forme
le principe anthropique, formulé notamment par le théoricien
Brandon Carter, actuellement à l’observatoire de Meudon,
souligne que la position particulière de l’observateur humain dans
l’Univers doit être prise en compte dans toute observation. Beaucoup
de physiciens y voient un retour aux vieux démons anthropocentriques
précoperniciens. C’est exactement de l’inverse qu’il s’agit.
Ce principe énonce en fait une banalité qu’aucun scientifique ne
conteste : il rappelle, par exemple, que notre planète, la Terre, n’est
pas représentative de l’ensemble de l’Univers. Ce qui est incontestablement
exact !
si l’on souhaite se forger une image globale de l’Univers
à partir des observations locales, il est important de tenir compte de
ce que notre position est « biaisée » : nous sommes évidemment en
terrain hospitalier. La même précaution doit être prise dans le multivers.
Notre univers n’a aucune raison d’être représentatif du mul-
Des univers répétés à l’infini :