Au commencement, il y avait une minuscule boule de matière infiniment dense. Puis, tout a fait boum, donnant naissance aux atomes, aux molécules, aux étoiles et aux galaxies que nous voyons aujourd’hui.

Ou du moins, c’est ce que nous ont dit les physiciens au cours des dernières décennies.

Mais de nouvelles recherches en physique théorique ont récemment révélé une fenêtre possible sur l’univers très ancien, montrant qu’il pourrait ne pas être « très ancien » après tout. Au lieu de cela, il pourrait n’être que la dernière itération d’un cycle bang-bounce qui dure depuis… eh bien, au moins une fois, et peut-être depuis toujours.

Bien sûr, avant que les physiciens ne décident de jeter le Big Bang en faveur d’un cycle bang-bounce, ces prédictions théoriques devront survivre à un assaut de tests d’observation.

Cosmologies rebondissantes

Les scientifiques ont une très bonne image de l’univers très précoce, quelque chose que nous connaissons et aimons comme la théorie du Big Bang. Dans ce modèle, il y a très longtemps, l’univers était beaucoup plus petit, beaucoup plus chaud et beaucoup plus dense qu’aujourd’hui. Dans ce brasier primitif, il y a 13,8 milliards d’années, tous les éléments qui font de nous ce que nous sommes se sont formés en l’espace d’une douzaine de minutes.

Encore plus tôt, selon cette pensée, à un moment donné, notre univers tout entier – toutes les étoiles, toutes les galaxies, tout le reste – avait la taille d’une pêche et avait une température de plus d’un quadrillion de degrés.

Attrangement, cette histoire fantastique tient la route face à toutes les observations actuelles. Les astronomes ont tout fait, de l’observation des restes de rayonnement électromagnétique du jeune univers à la mesure de l’abondance des éléments les plus légers, et ont constaté qu’ils correspondent tous à ce que prédit le Big Bang. Pour autant que nous puissions le dire, il s’agit d’un portrait précis de notre univers primitif.

Mais aussi bon soit-il, nous savons que l’image du Big Bang n’est pas complète – il manque une pièce de puzzle, et cette pièce est les premiers moments de l’univers lui-même.

C’est une pièce assez importante.

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La conflagration

Le problème est que la physique que nous utilisons pour comprendre les débuts de l’univers (un méli-mélo merveilleusement compliqué de relativité générale et de physique des particules à haute énergie) ne peut nous mener qu’à un certain point avant de s’effondrer. Alors que nous essayons de nous enfoncer de plus en plus profondément dans les premiers instants de notre cosmos, les mathématiques deviennent de plus en plus difficiles à résoudre, jusqu’au point où elles s’arrêtent tout simplement….

Le principal signe que nous avons un terrain encore à explorer est la présence d’une « singularité », ou un point de densité infinie, au début du Big Bang. Pris au pied de la lettre, cela nous dit qu’à un moment donné, l’univers était entassé dans un point infiniment petit et infiniment dense. C’est évidemment absurde, et ce que cela nous dit vraiment, c’est que nous avons besoin d’une nouvelle physique pour résoudre ce problème – notre boîte à outils actuelle n’est tout simplement pas assez bonne.

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Pour sauver la journée, nous avons besoin d’une nouvelle physique, quelque chose qui est capable de gérer la gravité et les autres forces, combinées, à des énergies ultra-hautes. Et c’est exactement ce que la théorie des cordes prétend être : un modèle de physique qui est capable de gérer la gravité et les autres forces, combinées, à des énergies ultra-hautes. Ce qui signifie que la théorie des cordes prétend pouvoir expliquer les premiers instants de l’univers.

L’une des premières notions de la théorie des cordes est l’univers « ekpyrotique », qui vient du mot grec pour « conflagration », ou feu. Dans ce scénario, ce que nous connaissons comme le Big Bang a été déclenché par quelque chose d’autre se produisant avant lui – le Big Bang n’était pas un commencement, mais une partie d’un processus plus large.

L’extension du concept ekpyrotique a conduit à une théorie, encore une fois motivée par la théorie des cordes, appelée cosmologie cyclique. Je suppose que, techniquement, l’idée que l’univers se répète continuellement est vieille de milliers d’années et est antérieure à la physique, mais la théorie des cordes a donné à l’idée une base mathématique solide. L’univers cyclique se déroule à peu près comme on peut l’imaginer, rebondissant continuellement entre big bangs et big crunches, potentiellement pour l’éternité dans le passé et pour l’éternité dans le futur.

Avant le commencement

Aussi cool que cela puisse paraître, les premières versions du modèle cyclique avaient du mal à correspondre aux observations – ce qui est un problème majeur quand on essaie de faire de la science et pas seulement de raconter des histoires autour du feu de camp.

Le principal obstacle était de s’accorder avec nos observations du fond diffus cosmologique, la lumière fossile restante de l’époque où l’univers n’avait que 380 000 ans. Bien que nous ne puissions pas voir directement au-delà de ce mur de lumière, si vous commencez à bricoler théoriquement la physique du cosmos naissant, vous affectez ce modèle de lumière rémanente.

Et donc, il semblait qu’un univers cyclique était une idée soignée mais incorrecte.

Mais la torche ekpyrotique est restée allumée au fil des ans, et un article publié en janvier sur la base de données arXiv a exploré les rides dans les mathématiques et découvert certaines opportunités précédemment manquées. Les physiciens, Robert Brandenberger et Ziwei Wang de l’Université McGill au Canada, ont découvert qu’au moment du « rebond », lorsque notre univers se réduit à un point incroyablement petit et revient à un état de Big Bang, il est possible de tout aligner pour obtenir le bon résultat testé par l’observation.

En d’autres termes, la physique compliquée (et, il faut bien l’admettre, mal comprise) de cette époque critique pourrait en effet permettre une vision radicalement révisée de notre époque et de notre place dans le cosmos.

Mais pour tester pleinement ce modèle, il faudra attendre une nouvelle génération d’expériences de cosmologie, alors attendons pour sabrer le champagne ekpyrotique.

Paul M. Sutter est astrophysicien à SUNY Stony Brook et au Flatiron Institute, animateur de Ask a Spaceman et Space Radio, et auteur de Your Place in the Universe.

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Originally published on Live Science.

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