Illustration à l’échelle logarithmique de l’univers observable avec le système solaire au centre, les planètes intérieures, la ceinture d’astéroïdes, les planètes extérieures, la ceinture de Kuiper, le nuage de Oort, Alpha du Centaure, le bras de Persée, la Voie lactée, Andromède et les galaxies voisines, le réseau cosmique des amas galactiques, le rayonnement de fond des micro-ondes et le plasma invisible du Big Bang à la périphérie. [1]
Maintenant, nous savons enfin d’où nous venons après avoir tâtonné depuis les origines les plus lointaines. Tout a commencé avec le Big Bang il y a 13,8 milliards d’années [2], à partir d’un point de singularité où l’espace et le temps émergent à mesure que nous les vivons – rien de nouveau – mais c’est une théorie jeune, avec de nombreuses nuances cachées et énigmatiques. Au cours des 100 dernières années, la physique est entrée dans le monde subatomique et de grands projets technologiques ont été développés qui pourraient faire la lumière sur l’origine de ce qui existe. Pour construire la nouvelle narration, il faudra aussi s’inspirer philosophiquement des mythes ancestraux, aucun champ de la pensée n’est étranger à l’ampleur du sujet.
La théorie du Big Bang a été proposée à l’origine par George Gamow, Ralph Alpher et Robert Herman en 1948. Plus tard, dans les années 1960, plusieurs astrophysiciens ont repris leurs recherches. Arno Penzias et Robert Wilson ont reçu le prix Nobel de physique en 1978 pour leur découverte sur le rayonnement de fond de micro-ondes cosmiques. Après avoir agrandi l’image qu’ils avaient obtenue un million de fois, il était clair qu’une structure de densité de la matière en transformation était en train d’émerger.
L’image correspond à un Univers presque nouveau-né, quand il n’avait que 380 000 ans.
Le signal du fond de micro-ondes enveloppe notre planète ; les antennes de télévision captent encore 5% du rayonnement lumineux de l’heure d’origine lorsqu’elles sont réglées sur un canal.
Dans les premières fractions de seconde du Big Bang, une dimension spatio-temporelle s’est créée de nulle part. Le premier temps est connu sous le nom de temps de Planck (une unité de temps, considéré comme le plus petit intervalle de temps qui peut être mesuré) – plus tard – à ~10-43 secondes l’Univers entier était de 10-33 cm (100 billions de fois plus petit qu’un atome) [3]. A ~10-35 secondes, un changement de phase a provoqué une expansion exponentielle de l’Univers pendant une période appelée inflation cosmique. Les fluctuations quantiques ont continué et après 300 000 ans, les électrons et les noyaux se sont combinés pour former des atomes (principalement de l’hydrogène). Le rayonnement s’est découplé des atomes et a continué à travers l’espace pratiquement sans entrave. Il s’agit du rayonnement de fond de micro-ondes de ce passé lointain que nous pouvons capter parce que les ondes ont mis des millions d’années à atteindre notre époque actuelle.
Afin de faire progresser la compréhension de ce qui existe, la science doit fonder les lois de la physique quantique. Quelle est la nature de la plus petite chose ?
Les scientifiques du XXe siècle ont établi l’idée de champ, comme le constituant le plus fondamental, par opposition à la précédente physique des particules. Ainsi, les particules, au fil du temps, sont devenues des fluctuations quantiques des champs. Cependant, la physique n’a pas banni les particules, mais leur a donné une forme vibratoire dans différentes dimensions.
Nous avons été mis au défi de reconsidérer la réalité avec une représentation dans laquelle l’espace vide joue un rôle essentiel. Selon la science actuelle, une pierre, une chaise, une personne est essentiellement une fluctuation de champs, qui se retrouvent dans les dimensions du vide.
Ne vous déconnectez pas encore de la lecture… nous allons essayer de mettre des métaphores.
« Supposons que nous mettions des murs en plomb dans une pièce pour qu’aucun rayonnement ne pénètre de l’extérieur, que nous mettions un système de refroidissement jusqu’à ce qu’il atteigne -273º K, que nous imaginions une pompe à vide capable d’extraire tout l’air… Nous arrivons à être complètement dans l’obscurité, le froid et sans aucun rayonnement. Même ainsi, ce vide a une structure ou un certain niveau d’énergie latente ».[4]
Imaginons que dans le vide il y ait des champs, qui sont comme une piscine d’eau où les particules sont de petites vagues qui se propagent. Supposons maintenant que, dans l’un de ces champs, le champ électronique, deux électrons (deux paquets d’ondes) semblent entrer en collision. Les électrons ne peuvent pas entrer en collision parce qu’ils ont la même charge et se repoussent, mais comment le font-ils ? Ce qui se passe, c’est qu’ils échangent des informations par l’intermédiaire d’un photon (la plus petite particule d’énergie lumineuse) dans le champ électromagnétique. Il s’agit d’une onde qui se déplace entre les deux électrons et, en raison de ce signal, la répulsion des deux électrons est produite. L’échange d’informations se fait par la lumière sans que les électrons n’entrent en contact physique.
Nous l’avons entendu des centaines de fois : « nous sommes lumière » et cette idée poétique a une cohérence scientifique. Les électrons tournent autour des protons et c’est précisément grâce à ce principe d’échange de photons. La matière – d’un être humain, par exemple – est tenue ensemble par cet échange de lumière.
Les nouveaux paradigmes nous ont conduit à un monde de grande abstraction qui ne pouvait être que partiellement résolu en concevant des dimensions parallèles.
Entre autres conséquences, la deuxième loi de la thermodynamique a commencé à être remise en question ; peut-être la flèche du temps était-elle en effet réversible.
Selon le concept de champ, proposé à l’origine par Paul Dirac en 1930, les électrons sont des ondes provoquées par le champ électronique. De là découle l’idée suggestive que les photons sont les porteurs de la force électromagnétique, ils ont cette tâche.
C’est le point fondamental sur lequel repose la théorie quantique des champs qui a finalement été établie par Richard Feynman dans les années 1980. Pour ce scientifique ingénieux, un électron qui remonte dans le temps est un positon (électron chargé positivement). C’est une possibilité réelle (expérimentalement) à la suite de la collision de nos deux électrons après avoir émis un photon.
Selon la thermodynamique, il est normal que l’univers évolue vers le désordre, et notre idée du temps absolu est basée sur cette perception. Cependant, cette loi n’est pas inviolable, le processus inverse est également possible, même si nous, les néophytes, allons devoir y croire, étant donné la complexité mathématique du calcul du processus. [5]
Toute la physique quantique se résume à l’idée de Feynman sur la communication entre les particules et les forces (qui sont un autre type de particules). Les premiers sont des fermions et les seconds des bosons. La communication entre eux se fait par un sommet dans la ligne du temps.
Voici le tableau de toutes les particules essentielles que nous connaissons.
Dans le groupe des fermions, on trouve les leptons et les quarks qui sont ceux qui composent la matière que l’on voit et, à droite, dans le groupe des bosons (photon, gluon, boson W et Z, graviton et Higgs) les porteurs de forces: fortes, électromagnétiques, faibles et gravitationnelles.
Le champ de Higgs serait une sorte de continuum qui s’étend dans l’espace. Tout comme le photon est le composant fondamental de la lumière, le champ de Higgs requiert l’existence d’une particule qui le compose : le boson de Higgs.
Pour expliquer pourquoi certaines particules ont une masse et d’autres pas, le mécanisme du champ de Higgs a été postulé dans les années 1960. Le boson de Higgs est une propagation dans le champ de Higgs et dans la friction avec ce champ on obtient la masse des particules, donc les particules qui ont une plus grande friction avec ce champ ont une plus grande masse. Leur rôle est donc essentiel ; si l’électron n’avait pas de masse, il n’y aurait pas d’atomes, donc pas de matière telle que nous la connaissons. C’est la dernière pièce qui manquait au modèle standard de la physique des particules.
Le boson de Higgs ne peut être détecté directement, car une fois produit, il se désintègre presque instantanément pour donner naissance à d’autres particules élémentaires plus courantes. Ce que vous pouvez voir sont ses traces, ces autres particules qui sont détectées dans l’accélérateur de particules LHC (Voir Machines à voyager dans le temps III : L’incertitude).
Avec ces caractéristiques, il s’avère être une particule à la carte, offrant exactement ce dont le modèle standard a besoin pour se maintenir. Pourquoi pas ? Dans le monde étrange de la physique quantique, vous trouverez précisément ce que vous cherchez. Une autre de ses propriétés est qu’il peut rester congelé.
Cela ouvre la possibilité d’avoir un aperçu du Big Bang avant qu’il ne se produise. Cette idée est celle que soulève Alan Guth, un Univers qui était statique et qui se manifeste à partir d’une fluctuation quantique. L’ensemble de l’Univers suivant hérite de la structure des fluctuations quantiques.
Selon cette théorie, le précédent Big Bang s’appelle l’inflaton, de là naît une multitude d’univers comme le nôtre, mais pas nécessairement avec les mêmes lois physiques.
Ce n’est pas la seule explication ; une autre possibilité est que lorsqu’une étoile suffisamment grande s’effondre, une supernova se forme et, après cela, un trou noir est généré. A l’intérieur, une singularité se produit, un point où les solutions aux équations de la théorie de la relativité d’Einstein et toutes les lois de la physique cessent d’avoir un sens. La densité de la matière devient infinie et le temps s’arrête (la flèche du temps n’est plus unidirectionnelle). Un nouvel Univers pourrait être créé en son sein, qui se produirait dans une autre dimension de l’espace-temps.
Il existe de nombreuses autres approches. Le problème ici est que l’imagination est en avance sur la découverte. La mécanique quantique est inévitable, mais elle est inconfortable car le résultat d’une expérience ne peut être prédit, mais seulement sa probabilité.
Feynman lui-même a déclaré : « Si vous pensez avoir compris la mécanique quantique, vous ne l’avez pas fait« . Einstein n’aimait pas ça non plus. Gerardus ‘t Hooft, lauréat du prix Nobel de physique 1999, exprime le problème ainsi : « Il se pourrait bien que la mécanique quantique ne soit qu’un outil et non une théorie décrivant la nature fondamentale de la réalité. Lorsque nous parlons de particules présentant un comportement quantique étonnant, nous parlons de concepts créés par l’esprit humain. Il se peut que le concept de particule ne corresponde pas à la nature ultime du monde« . Selon cette interprétation, proche de la vision d’Einstein, la théorie quantique représenterait une vision incomplète du monde, dont les mystérieuses conséquences seraient le produit de notre manque de connaissance de la véritable nature fondamentale de la réalité.
Alors, comme pour saisir ce à quoi nous avons affaire en termes de connaissance de l’existant, après ce rapide coup d’œil sur la physique quantique…
D’une part, il est impressionnant d’avoir pu saisir une origine de l’Univers – soi-disant – connue, mais d’autre part, l’explication de ce qui existe ressemble encore au mythe de Gilgamesh, dans lequel après divers exploits, le héros retourne dans son monde quotidien avec des enseignements éthiques profonds, mais sans la fleur de l’immortalité dans ses mains.
Peut-être devrions-nous évoquer ces mythes primitifs et, à partir de ces inspirations profondes des premiers temps, continuer à développer la fin inachevée du sens du monde ; à partir de dogmes et de fondations obsolètes, loin du fatras de confusion auquel on est parvenu plus tard. Au moins, l’histoire n’aura plus à traiter avec les milieux religieux, plongés dans un niveau intellectuel et éthique déplorable.
Notes
[2] Selon les données de la sonde Planck de l’Agence spatiale européenne (ESA), le Cosmos a 13,82 milliards d’années. Ces données sont basées sur l’observation du rayonnement de fond de micro-ondes cosmiques et sur les mouvements des galaxies. En 2017, cette datation a été recalculée à partir d’une onde gravitationnelle, ce qui a donné le résultat de 11,9 à 15,7 milliards d’années, une estimation qui coïncide avec la moyenne arithmétique de la datation de l’ESA.
[3] Les atomes sont minuscules, avec un diamètre d’environ un dix-millionième de centimètre. Pour avoir une idée de la taille d’un atome, dans 3 gouttes d’eau il y en aurait un nombre équivalent au nombre d’étoiles dans l’Univers et, comme le dit la célèbre phrase de Carl Sagan, « Le nombre d’étoiles dans l’Univers est plus grand que tous les grains de sable de toutes les plages et de tous les déserts de la planète Terre ».
[4] Extrait d’une conférence de Benjamin Montesinos, chercheur au Centre d’Astrobiologie du CSIC.
[5] Lesovik, G.B., Sadovskyy, I.A., Suslov, M.V. et al. Arrow of time and its reversal on the IBM quantum computer. Sci Rep 9, 4396 (2019).
Série Machines à voyager dans le temps
Machines à voyager dans le temps IV : Décalages dans le temps
Machines à voyager dans le temps V : la cosmovision définitive
