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La question obsède tous ceux qui s’intéressent à la cosmologie. Aujourd’hui, du fait des observations et des réflexions qui se sont déroulées depuis un siècle, elle se pose à l’intérieur de contraintes nouvelles.
Nous savons maintenant que notre univers est apparu il y a 13,8 milliards d’années. On peut le définir au « début » comme une graine porteuse de tout le potentiel qui s’est développé ensuite, aussi bien en termes de matière visible ou de matière noire, que de force d’expansion, de force d’accélération de cette expansion (l’énergie sombre ?), et de force de gravité.
Au début cette graine n’était qu’un point (l’« atome primitif » de Georges Lemaître), et d’après ce qu’on peut en déduire de son histoire ultérieure en partant de maintenant (c’est en remontant le temps qu’on a pu le concevoir et le déduire par le calcul), ce point était extrêmement dense et porteur d’une énergie extrêmement élevée puisqu’aujourd’hui encore il n’a pas épuisé, et de loin, son potentiel.
Y avait-il quelque chose avant ou y a-t-il quelque chose en dehors ? C’est en fait les deux mêmes sous-questions à la première (Pourquoi y a-t-il quelque chose…), tant, nous le savons aujourd’hui, le temps et l’espace sont étroitement liés.
Les cosmologues ou les théoriciens du temps, comme le physicien Carlo Rovelli, qui ont compris que le temps était lié à la matière, répondent qu’il ne pouvait y avoir de temps sans matière, donc qu’il n’y avait pas de temps « avant ».
Ceux qui pensent qu’il n’y a rien en dehors de l’Univers, comme la plupart des cosmologues, pensent que son espace est illimité, même s’il est fini avec un début et une fin, et donc qu’il n’a pas d’extérieur. Ce qui ne serait pas dans l’Univers ne pourrait exister, ni dans le temps ni dans l’espace, et donc se poser la question d’une masse, d’un espace ou d’un temps qui s’écoule hors de l’Univers n’a pas de sens.
L’Univers est une bulle sans bord qui gonfle depuis un moment précis (il y a 13,8 milliards d’années) à partir de ce Point et dont l’expansion s’accélère sans cesse pour un jour lointain conduire le tout, irrémédiablement, par dispersion intégrale, à une mort thermique universelle.
Mais cette position ne peut résoudre totalement l’énigme de l’Origine. Car s’il y a eu « quelque-chose » à un certain moment c’est que ce quelque-chose avait une cause. Or la relation de causalité suppose une succession dans le temps, un « avant » précédant la « conséquence ».
Alors que pouvait-il bien y avoir « avant », pour que ce Point surgisse ?
Certains disent que l’Univers serait sorti d’une fluctuation quantique, selon le même principe que le vide spatial n’est pas vraiment vide mais animé de ces fluctuations faisant surgir à tout moment une multitude de paires de particules et d’antiparticules s’annihilant quasi-immédiatement.
Une démonstration théorique crédible déroulée par Stephen Hawking est celle du rayonnement des trous noirs qui résulterait des conditions gravitaires extraordinaires de l’environnement proche de leur « horizon des événements ». Selon cette théorie, la force de marée énorme générée à cette distance (rayon de Scwarzschild) par le champ gravitationnel d’un trou noir, permettrait d’éloigner suffisamment les antiparticules de leurs jumelles virtuelles, les particules positives, avant leur annihilation réciproque, libérant ainsi ces dernières à une vitesse suffisante (leur masse ayant été réduite de moitié) pour qu’elles puissent s’échapper de l’attraction du trou noir et rayonner.
On pourrait donc imaginer qu’il aurait pu exister des champs de bosons, constituant la trame du futur Univers et lui préexistant, qui auraient pu être utilisés par un phénomène du même type. Mais attention cependant ! le champ de bosons dans lequel circulent « nos » bosons est sans doute un produit de notre univers, celui qui existe à partir du Big-Bang et dans lequel nous sommes aujourd’hui. Pour qu’il y ait eu une Origine par manifestation d’un phénomène quantique, il aurait donc fallu qu’un mécanisme quantique équivalent à ce champ de bosons qui nous est propre se produise avant le Big-Bang.
On entre ici dans l’hypothèse des multivers, ces univers en nombres infinis qui naissent et meurent et coexistent en parallèle au nôtre. Pourquoi pas ? L’existence d’un espace dans lequel ce phénomène pourrait se produire serait une des explications possibles de l’apparition de notre propre Univers. Une alternative serait la re-formation d’un nouvel éon après l’épuisement du précédent et réutilisant sa structure évanouie, selon la théorie de la Cosmologie Cyclique Conforme de Roger Penrose.
Certains cosmologues recherchent à la surface du Fond-diffus-cosmologique, cette image qui nous provient du moment où, 380.000 ans après le Big-Bang, la lumière s’est libérée de la matière, une dissymétrie qui au-delà des anisotropies, pourrait indiquer un frottement avec une autre bulle d’univers, ou la trace d’un éon précédent. Il y a bien un « point froid » ou un « super-vide » sur ce Fond, une zone assez large, deux milliards d’années-lumière, vingt fois la surface du disque lunaire, où les photons apparaissent nettement plus froids ou plus rares qu’ailleurs. Mais jusqu’à présent rien ne peut permettre de l’interpréter dans le sens d’un autre univers extérieur ou précédent.
De toute façon cela ne ferait que reporter le problème car cet espace antérieur à notre Univers ou l’englobant, ou encore l’éon antérieur au nôtre et, au-delà, l’éon primitif ou mieux encore, l’atome primitif de l’éon primitif, d’où viendrait-il ? Quelle en serait l’origine ?
On voit bien que l’on ne peut trouver de réponse scientifique satisfaisante à l’apparition de l’Univers. Soit le milieu dans lequel il apparait existe de toute éternité mais nous n’avons pas le moindre indice qu’un autre univers existe, soit il résulte d’une Création…mais d’où proviendrait le Créateur-incréé ?
Je vous laisse sur cette réflexion.
Illustration de titre : le Grand-architecte de William Blake, British Museum.
Lectures :
Jean-Pierre Luminet : De l’infini par JP Luminet et Marc Lachièze Rey, chez EKHO, 2019.
Carlo Rovelli : L’ordre du Temps, chez Flammarion, Champs Science, 2019.
Michel Cassé :Du vide et de la Création, chez Odile Jacob, 2001.
Istvan Szapudi : Detection of a supervoid aligned with the cold spot of the cosmic microwave background, par I. Szapudi et al., MNRAS, vol. 450, n° 1, pp. 288-294, 2015.
Michel-Yves Bolloré/Olivier Bonnassies : « Dieu, La Science, les preuves » chez Guy Trédaniel (2021).
17 réponses à “Pourquoi y a-t-il quelque chose plutôt que rien ?”
S’il n’y a rien, nous ne serions pas là non plus, pour le constater !
Si l’univers a débuté, c’est qu’il n’est pas infini. Ce qui est infini doit l’être dans l’espace et dans le temps (donc un temps infini dans le passé aussi, or ce n’est pas ce qu’on observe.
J’ai posé la question à Jean-Pierre Luminet lors d’une conférence sur zoom: quelle est la vitesse maximale dans l’espace-temps (pas l’espace, donc, mais l’espace-temps)? Il a répondu la vitesse de la lumière.
Ca m’a fait sourire parce qu’il y a un gros problème: l’inflation cosmique juste après le big bang. Ca bafoue allègrement les lois de la physique.
Personne ne dit que l’espace-temps est “infini” puisqu’on sait qu’il a commencé et probablement qu’il aura une fin. Ce qu’on dit c’est qu’il est “illimité”, c’est différent!
Par ailleurs, dans les conditions actuelles la vitesse indépassable est celle de la lumière mais dans les premières fractions de seconde (celle de l’inflation) les conditions étaient totalement différentes et ces conditions particulières ne se sont pas reproduites ensuite pour la simple raison qu’il y a eu dilatation de l’espace-temps.
Que pensez-vous de l’état des recherches sur l’univers ?
https://mobile.twitter.com/skdh/status/1494937030207365121?cxt=HHwWgoCz8d7Tir8pAAAA
“I wrote a research proposal about inflation (in the early universe, not in your supermarket) and it bounced back because I didn’t explain its relevance to “sex, gender, and diversity”. I need to add a paragraph on this. Anyone has an idea what to write?”
Question vraiment trop générale. Ce qu’on peut dire c’est que grâce aux développement des technologies et de la réflexion coordonnée dans le monde entier, les progrès sont extraordinaires, on pourrait dire “en phase inflationniste”.
Quant aux considérations de “sex, gender and diversity”, elles sont totalement “irrelevant” dans ce domaine. Je dirais même qu’elles sont devenues une obsession totalement ridicule.
C’est plus une question philosophique que cosmologique !
La nature a horreur du vide (Aristote) …
Mais depuis les mesures du “rayonnement fossile” ou “fond diffus cosmologique”, nous savons que l’univers est plat du point de vue topologique et qu’il s’étend vers l’infini , mais nous ne savons pas pour combien de temps , des centaines, peut-être des milliers de milliards d’années…
Et puisqu’il y a quelque chose plutôt que rien , rien ne se perd et rien ne se crée , selon Lavoisier, donc , il y avait quelque chose avant le BigBang et il y aura quelque chose après notre univers observable actuel …
Les trous noirs pourraient avaler toutes les galaxies … et n’en former qu’un seul à la fin pour rejaillir dans un nouveau BigBang …
L’humanité ou une espèce intelligente future développera-t-elle les moyens de contrôler le processus pour perdurer sans fin … ?
Encore beaucoup d’hypothèses ouvertes pour l’éternité. …
Oui mais les trous noirs eux-mêmes s’évaporent…alors l’hypothèse est plutôt d’une grande dispersion, la gravité ne réussissant plus à “tenir” la matière. C’est dans cet esprit que Roger Penrose a imaginé (pour ne pas dire théorisé) la Cosmologie Cyclique Conforme, l’Univers se ressaisissant, en quelques sorte, selon les règles structurées par les constantes universelles, pour repartir au travers d’un nouveau big bang.
Pierre, une question m’intrigue beaucoup, avons-nous une idée pourquoi les galaxies les plus lointaines semblent augmenter leur vitesse “de fuite”.
Ce phénomène est-il vérifié dans toutes les directions?
Des pistes sont-elles avancées pour expliquer?
Réponse: l’accélération de l’expansion de l’Univers. Phénomène constaté et qui pourrait être dû à l’énergie noire…dont on ne sait rien sauf ce résultat.
L’accélération semble avoir commencé il y a environ 7 milliards d’années. L’énergie noire devait jusque là être plus fortement contrée par la force de gravité. Elle l’est toujours mais moins qu’auparavant compte tenu de la dilution de l’Univers, du fait de son expansion.
Quid de la “temperature” de l’espace, voit on une diminution due à l’expansion?
Bien sûr Serge qu’il y a diminution de la température de l’Univers. C’est une conséquence naturelle de l’expansion. Le même phénomène que celui que l’on constate dans la décompression ou la détente d’un gaz. Nous sommes actuellement à 2.73 K et nous tendons asymptotiquement vers 0.
Je suis d’accord avec l’affirmation qu’expliquer l’origine de l’univers actuelle “ne ferait que reporter le problème” posé par la question-titre, “Pourquoi y a-t-il quelque chose plutôt que rien ?”.
On devrait en effet normalement s’attendre à ce qu’il n’y ait rien. Ni maintenant et ici, ni en dehors, ni avant. Il ne devrait même pas y avoir des lois de la physique (éventuellement fluctuantes). Le fait qu’il y ait pourtant “quelque chose”, a fortiori avec des lois (plutôt que d’autres) ayant présidé à son éclosion et le régissant aujourd’hui, ne peut s’expliquer par ces même lois : ce serait une tautologie, un pléonasme. L’explication ne peut donc autre qu’autre, c.à.d. philosophique, ou même plutôt religieuse. Comme pour la 3ème question, celle qui conclut le propos de Pierre Brisson, “d’où proviendrait le Créateur ?” : dans la “logique” non physique qui serait la sienne, ce Créateur, s’il “est”, n’aurait nul besoin d’une provenance,
En ce sens, “y avait-il quelque chose avant ou y a-t-il quelque chose en dehors ?” ne me paraît donc pas être une sous-question à la question-titre. La première interrogation est du domaine de la physique. La seconde non.
Cette question de l’origine physique de l’univers actuel fait un peu penser à celle de l’oeuf et de la poule : qui était le premier ? La réponse à cette question est, comme chacun sait, qu’à un certain point en remontant le temps, il n’y a plus de sens à distinguer entre oeuf et poule (ou leurs ancêtres). De même, la quête des origines de l’univers pose la question de la permanence du principe de causalité, selon lequel tout effet a une cause. Ce principe n’a (à ma connaissance) jamais été remis en cause, et à juste titre car tout le formalisme du monde repose sur lui et il a jusqu’ici toujours été vérifié. Mais il n’en est pas moins un principe physique et seulement physique. On peut par exemple imaginer un monde du divin où il ne s’applique pas. Plus près de nous, on peut aussi se demander si, à l’instar de la distinction entre poule et oeuf, il était déjà valide dans les conditions très particulières de la genèse de notre univers. S’il ne l’était pas, il n’y a peut-être plus besoin de cause physique au big-bang (ce qui n’enlève rien à l’interrogation religieuse). Simple question, évidemment, mais dont il me semble qu’on ne peut pas faire l’économie.
J’ai beaucoup de mal à imaginer un monde où le principe de causalité ne s’applique pas.
Votre article m’a rappelé que j’avais lu il y a une dizaine d’années le petit livre d’Etienne Klein “Discours sur l’origine de l’univers”. Très curieusement, alors que le livre est littéralement bourré de réflexions ontologiques de haut vol, le premier souvenir qui m’est revenu en tête, avant d’avoir réexhumé l’ouvrage de son rayon, est tout à fait anecdotique. Etienne Klein rapporte dans les premières pages que le pape Jean-Paul II, recevant Stephen Hawking au Vatican, lui aurait déclaré: “Nous sommes bien d’accord, monsieur l’astrophysicien: ce qu’il y a après le big bang c’est pour vous; et ce qu’il y a avant, c’est pour nous …“.
Grâce à vous, je vais relire ce texte attentivement, par morceaux mais en entier. Une relecture a toujours quelque chose de très émouvant.
Quelque chose ou rien, ce n’est pas opposer la matière au vide mais au néant. Par définition le néant n’existe pas. Par contre le vide n’est pas le néant et existe même s’il n’est pas totalement vide, plein de particules virtuelles apparaissant brièvement et s’annihilant aussitôt.
Depuis que, avec Einstein, on connaît l’équivallence entre matière et énergie (E = mc^2), on peut résoudre ce paradoxe : notre expérience nous dit tous les jours qu’il existe quelque chose, mais au niveau global de tout l’Univers, il est fort probable que toute l’énergie que représente la matière, via E = mc^2, soit très exactement compensée par l’énergie gravitationnelle entre toutes les masses, qui est négative. Au total, finalement, il n’y a rien, le total des deux énergies est exactement zéro. L’Univers ne serait qu’une instabilité du vide qui à tout instant pourrait retourner à un état stable du vide. L’Univers matériel est siplement en sursis depuis un certain temps et pour une durée inconnue.
Il faut encore bien distinguer la géométrie tridimensionelle spatiale qui peut être « plate », euclidienne, sans courbure, de la géométrie quadridimensionnelle de l’espace-temps qui est une géométrie dite « elliptique » (dont un cas particuier est la géométrie sphérique), une géométrie avec une courbure. D’autre part, il faut aussi distinguer entre un Univers ouvert ou fermé, dans le premier cas, qui semble correspondre à la réalité, la densité énergético-massique est toujors plus petite que la densité critique qui est fixée par le paramètre de Hubble, un paramètre qui n’est pas une constante, comme on le lit ici ou là, mais qui diminue avec le temps qui passe. Cette densité critique décroît donc avec le temps qui passe et la densité effective décroît aussi tout en restant plus faible que la densité critique. L’expansion est inéluctable, maintenant que l’on sait qu’elle est non pas en décélération mais en accélération. C’est là la flèche du temps et la croissance inéluctable de l’entropie totale de l‘Univers qui croît asymptotiquement, indéfiniment, mais pas vers l‘infini, comme le paramètre de Hubble qui décroît asymptotiquement vers une valeur minimale, mais non nulle. Paramètre de Hubble minimal « final » et entrope maximale « finale » sont fixés par la valeur de la constante cosmologique que l’on traduit, mais de façon maladroite, en une énergie sombre, mais qui est plutôt une antigravitation, une sorte de cinquième type d’interaction encore inexpliquée, mais liée certainement à une description quantique profonde qui devra compléter la relativité générale valable à grande échelle..
Cher Monsieur de Reyff, je comprends bien la différence entre le vide et le néant. Je le mentionnais d’ailleurs dans mon article.
Je constate que vous pensez, comme je l’évoquais également, à la possibilité de fluctuations quantiques du vide antérieur au Big-bang et que notre Univers serait le résultat d’une anomalie de ces fluctuations, c’est à dire la non-annihilation d’un univers virtuel (le nôtre) par son anti-univers.
Pour moi il est clair que ce vide quantique antérieur au big-bang serait différent du vide de l’Univers post Big-bang puisqu’il ne contiendrait pas les mêmes particules virtuelles (il n’y a eu aucun nouvel univers qui soit apparu dans le nôtre depuis qu’il existe).
Cela me semble impliquer un continuum de vide pré-Big-bang, à l’extérieur de notre univers. Mais alors, on se retrouve inévitablement dans la théorie des multivers (possibilité d’autre(s) anomalie(s) surgissant en dehors de notre univers pour en donner un autre avec peut-être d’autres valeurs pour les “constantes universelles”).
Pourquoi pas (encore une fois)? Mais nous n’avons évidemment encore aucune preuve de l’existence de ce vide en dehors de notre univers.
Autre conséquence du raisonnement, on ne sait pas si le vide extérieur à notre univers et par définition lui préexistant, est éternel où s’il a pu être créé. Nous restons donc avec la même interrogation fondamentale : Pourquoi y a-t-il quelque chose plutôt que rien? Ce “quelque chose” étant le “vide”, riche de virtualités et qui n’est donc pas le “néant”.
Je crois pas qu’il y ait « d’extérieur » à l’Univers, ni d’univers parallèles, ni de multivers. L’Univers n’est pas en expansion dans un extérieur, comme un ballon que l’on gonfle dans notre atmosphère. C’est le tissu lui-même de l’espace-temps qui se dilate, même à des vitesses super-luminiques, comme lors de la phase d’inflation cosmique primitive et comme aussi actuellement au-delà de la distance de Hubble. L’Univers se dilue inéluctablement pour rejoindre asymptotiquement l’état d’un vide, comme il y a pu en avoir avant le Big bang. Il se pourrait ensuite qu’une nouvelle fluctuation (dont la probabilité est purement spéculative) fasse recommencer un Big bang. L’Univers ne serait donc pas cyclique au sens où on l’a cru avec des séries de « big bangs » et « big crunches » successifs, mais pourrait (éventuellement) « renaître » tel un phénix !
Je voudrais citer ici l’astrophysicienne Katie Mack (« The End of Everything – Astrophysically Speaking » — « Comment tout finira (astrophysiquement parlant) », traduction française parue aux Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne, 2021), aux pages 126-128 : « À mesure que l’expansion s’accélère, l’espace se vide et l’énergie noire prolifère, ce qui crée davantage d’expansion, indéfiniment. À la fin, une fois que les étoiles se sont consumées, que les particules se sont décomposées et que les trous noirs se sont évaporés, l’Univers n’est plus que de l’espace vide, seulement habité de la constante cosmologique, qui croît exponentiellement. C’est ce qu’on appelle l’espace de de Sitter, et son évolution est semblable à celle qu’on attribue au cosmos des tout premiers temps, lors de l’inflation, sauf que l’inflation a fini par cesser. Si l’énergie noire est vraiment une constante cosmologique, l’expansion ne peut plus s’arrêter et le cosmos continuera de se dilater, exponentiellement, à jamais …. Lorsque l’Univers atteint ce pur état de de Sitter, on parle d’ ‘’univers d’entropie maximale’’. À partir de là, il n’y a plus de possibilité que l’entropie totale de l’Univers augmente, ce qui signifie, en un sens très concret, que la flèche du temps n’est plus. ».
Ainsi le « quelque chose » qui a une durée aura fait place au « rien » sans plus de durée. Mais les réflexions peuvent se poursuivre.
Petite précision pour les amateurs de géométrie cosmique, à la suite d’une discussion avec un lecteur : l’espace-temps (quadridimensionnel) est beaucoup plus courbé dans le temps que dans l’espace (tridimensionnel) ; ce dernier est bien plus “rigide”, ce qui lui donne une apparence locale de platitude.
Quand on dit que l’Univers est quasiment plat, on entend que son rayon de courbure n’est pas infini, mais est plus grand que le rayon de l’Univers observable, la distance à laquelle “seraient” aujourd’hui, s’ils existent encore, les objets les plus lointains que l’on observe actuellement comme ils étaient il y a au plus 13 milliards d’années, disons à 13 milliards d’années-lumière (AL) d’ici, une distance qui est devenue maintenant au moins 46,5 milliards AL, du fait de l’expansion de l’Univers. Donc le rayon de courbure est encore plus grand que cela. Le rayon de Hubble étant de 14,4 milliards AL, on estime que le rayon de courbure (positive !) de l’Univers serait 19 fois plus grand, donc de l’ordre de 274 milliards AL.
Selon les meilleures mesures réalisées par le satellite PLANCK (résultats “Planck 2018” publiés en 2020), on aurait le paramètre de courbure donné par cette valeur numérique : Ωκ = +0,0007+/- 0,0019 ; ce qui ne permet pas de trancher entre une courbure légèrement négative, nulle, ou légèrement positive, cette dernière ayant un faible avantage ! Mais d’autres résultats donnent plutôt une courbure légèrement négative. La question n’est donc encore pas définitivement tranchée.