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Notre Univers a-t-il été réglé de façon incroyablement précise ?



Selon la doctrine officielle des cosmologistes les paramètres de notre Univers auraient été ajustés de façon incroyablement précise au big bang et seules ces conditions tout à fait exceptionnelles auraient permis à la vie d'apparaître.
Mais cette thèse, qu'aucun scientifique n'ose contester, est-elle établie ?


Christian Magnan
Collège de France, Paris
Université de Montpellier II

paru dans le numéro spécial hors-série de Ciel et Espace (2006)
« L'Univers a-t-il besoin de Dieu »

Depuis quelques années, la cosmologie annonce des résultats à sensation : l’Univers serait infini dans le temps et dans l’espace et la plus grande partie de son contenu, encore non détectée, serait de nature mystérieuse. Il subirait une expansion accélérée, se délitant ainsi de plus en plus rapidement à un rythme qui nous a été précisément fourni. Quant à l’espace, il serait tout simplement plat. En effet, soutiennent les cosmologistes, qui en ont fait un résultat-phare de leur discipline, la quantité de matière-énergie susceptible de le façonner tombe pile pour le doter de la géométrie la plus simple, enseignée à l’école : celle d’Euclide où deux rayons de lumière parallèles ne se rejoignent pas et où la somme des angles d’un triangle fait 180°... C’est un Univers jugé par eux aussi particulier qui a porté les astres qui nous entourent, les galaxies et leurs étoiles, les planètes comme notre Terre, avec les ingrédients qui ont permis à la vie d'apparaître.

Hasard magnifique, comme le clament beaucoup de cosmologistes ? Ajustement intentionnel des paramètres de l’Univers dans le but de faire éclore la vie, comme le défendent les quelques tenants du principe anthropique fort ? On comprend que les deux positions soient intimement liées car, hélas !, la seconde s’appuie sur la première, dans la mesure où il est facile de soutenir que l’extrême finesse du choix des conditions initiales est impossible à attribuer au hasard. Il faut prendre conscience de ce qu’ainsi la cosmologie officielle supporte le principe anthropique. Mais, voilà, le « réglage fin » de l’Univers (fine-tuning en anglais) est-il réel ? Je montrerai ici que malgré son apparence hautement scientifique (puisque ce sont des chercheurs attitrés qui l’ont introduit), l’ajustement fin des paramètres universels, notamment celui du contenu en matière-énergie de l’Univers (sa « densité »), est scientifiquement infondé et surtout que la platitude de l’espace qui est censée en découler n’a en vérité rien d’exceptionnel.

Pour appuyer ce raisonnement, commençons par examiner le fonctionnement de la science. Comment fait-elle avancer la connaissance ? Pour de grands scientifiques comme Henri Poincaré (1854-1912) ou John Archibald Wheeler (né en 1911) la caractéristique première du cheminement de la physique est qu’il lui est impossible de définir les termes d’une discussion avant de s’y engager. « Définissez vos termes avant de les utiliser » est une injonction à laquelle il est impossible à la science de se plier. Le propre des lois et théories physiques est de procéder à la fois à la définition des concepts et à leur maniement. Le génie de la physique réside en ce que théorie, loi, concept et mesure expérimentale jaillissent d’un même élan créateur. Il est donc exclu de pouvoir définir ou utiliser un concept en l’absence du corpus théorique convenable. Sans cadre théorique sous-jacent, toute discussion prétendument scientifique tourne à la farce.

À la lumière de cette exigence, examinons les résultats de la cosmologie moderne  : possède-t-on aujourd’hui ce cadre théorique requis ? Je soutiens que non ! La première chose à dire est que la science ne dispose pas de théorie de création des univers. Dans ces conditions il est impossible de tenir un discours scientifique sur l’instant de naissance de notre Univers. Aucune règle n’indique la latitude du choix – hypothétique – dans la valeur des paramètres initiaux traçant le destin du cosmos. Le caractère d’unicité absolue de notre monde interdit de parler d’autres univers. Pourtant aujourd’hui nombreux sont les physiciens théoriciens qui en arrivent à envisager des univers multiples. Ces « plurivers » ou « multivers » représenteraient un panel d’univers possibles. Chacun d’entre eux serait caractérisé par d’autres valeurs de constantes physiques que celles du nôtre. Hélas ! cette démarche est illégitime, car malgré les efforts des théoriciens, la physique du monde subatomique reste incompatible avec la théorie d’Einstein. De ce fait nous ne disposons pas d’un cadre qui nous permettrait de théoriser la conception des univers. L’affirmation anthropique, selon laquelle notre monde a été fabriqué en vue de porter la vie, entre très évidemment dans la catégorie des égarements des cosmologistes puisqu’elle se permet de faire une intervention relative à l’origine de notre Univers et, hypothèse farfelue, à l’existence d’une infinité d’univers.

Alors de quel arsenal théorique dispose la cosmologie ? Encore et toujours de la théorie de la gravitation d’Einstein ! Oui, nous possédons bien dans notre boîte à outils théoriques un ensemble de modèles abstraits d’univers. Comment la cosmologie peut-elle utiliser un de ces modèles ?

La démarche courante est de désigner comme « libre » un paramètre dont la valeur est censée déterminer la forme (la courbure) de l’espace et par là même le destin de l’Univers : ce paramètre est la « densité de matière-énergie» , grandeur représentant le contenu de l’Univers par unité de volume. Reste encore à déterminer sa valeur. Miracle : les investigations des cosmologistes indiquent qu’elle tombe pile pour désigner un espace plat ! Si elle était plus forte, on pourrait déclarer notre Univers fermé. Plus faible, il serait ouvert.

Que signifie réellement ce résultat ? Quelles en sont les conséquences ? Cette valeur obtenue pour la densité actuelle de l’Univers suppose aussi une certaine densité primordiale, puisque la totalité de la matière a été créée lors du Big Bang. Voici ce que montrent les équations : pour que la densité actuelle soit proche de la valeur critique (nécessaire pour un Univers plat) à dix pour cent près, il a fallu qu'à l'âge d'une seconde l'Univers soit proche de la densité critique avec une précision relative de 10-15. Et lorsque l'on remonte plus loin dans le temps, les nombres deviennent incroyables. Ainsi, la précision requise pour le réglage de la densité à la fin de l'ère de Planck était de 10-60 (nous verrons plus loin l’origine exacte de ce nombre) ! Un réglage on ne peut plus diabolique, difficile à attribuer au seul fait du hasard. Une justification du principe anthropique, en quelque sorte ? D’aucuns l’affirment sans vergogne, mais la situation n’est-elle pas troublante en effet ?

Pour ma part, je pense déjà qu’il y a erreur de la part de cette cosmologie officielle sur le choix du paramètre considéré comme « libre », à savoir la densité. Pourquoi ? Pour au moins trois raisons.

D’abord comme quantité de matière-énergie par unité de volume la densité diminue au cours de l’expansion puisque un même contenu universel est dilué dans un volume total en augmentation. Résultat : déterminer une densité de « matière-énergie » n’a de sens que si l’on indique l’époque à laquelle on se situe. Si nous nous placions au moment du big bang, la densité prendrait une valeur mathématiquement infinie... ce qui n’a pas de signification physique. L’usage canonique est de se placer au temps de Planck, le temps le plus petit que la physique puisse imaginer, lequel se trouve pris ainsi comme époque la plus lointaine pour laquelle les résultats de la cosmologie d’aujourd’hui sont supposés pouvoir être extrapolés. Sauf que l’ère de Planck relève de la physique subatomique, et que nous avons dit combien, faute d’avoir pu concilier la mécanique quantique avec la théorie de la gravitation, les équations d’un univers réduit à une taille subatomique étaient inconsistantes.

Deuxièmement, la densité n’est pas un paramètre libre car dès lors que l’univers a été choisi, l’évolution de ses grandeurs physiques (température, rayon de courbure, densité, taux d’expansion) est entièrement déterminée par les équations d’Einstein. Cela veut dire que si un univers a atteint un certain âge avec une certaine densité, il est rigoureusement impossible de changer à cet instant la valeur de ce dernier paramètre. Pour illustrer cette situation, on conçoit bien qu’il serait absurde de penser pouvoir passer d’un univers fermé à un univers ouvert rien qu’en diminuant la densité…

Enfin, dans les équations, ce n’est pas directement la densité qui compte mais le rapport de cette densité à une quantité appelée la « densité critique » (laquelle mesure en fait le taux d’expansion de l’Univers). Tout est lié : on ne peut pas jouer sur le paramètre « densité » sans préciser aussi l’état d’expansion. De toutes les façons, densité et densité critique ne varient pas dans les mêmes proportions, de sorte que leur rapport n’est pas constant au cours du temps. Mais considérer ce rapport au temps de Planck pose de nouveau le problème de l’absence de cadre théorique englobant la théorie d’Einstein et le monde subatomique.

Par quelle quantité physique alors remplacer la densité de matière-énergie, cette densité qui nous entraîne vers « la nécessité d’un réglage fin de l’Univers en vue de l’apparition de l’homme » ? Quel est « le » paramètre définissant un univers courbe à la Einstein ? Eh bien, c’est son « âge de maturité ». Et que nous tenions là le « bon » paramètre d’un univers se traduit de la façon suivante. Alors que nous ne pouvions pas dire « considérons un univers de telle densité » (pour les raisons exposées ci-dessus), nous allons maintenant pouvoir dire sans aucune ambiguïté « considérons un univers fini (ou infini) de tel âge de maturité ». Point final.

Que représente cette quantité ? Si je lui ai donné ce nom d'âge de maturité (le paramètre n’a pas reçu de dénomination officielle car son importance n’a pas été reconnue, à tort) c’est parce que, exprimée en années, la grandeur mesure l’échelle temporelle d’évolution de l’univers en expansion considéré. Comme un être humain acquiert à la puberté les traits qui le caractérisent, en particulier dans son identité sexuelle, l’univers doit atteindre un âge de maturité pour que sa forme (sa courbure géométrique) se révèle. Comment déterminer l’âge de maturité de notre Univers ? Compte tenu des incertitudes pesant sur l’adéquation des modèles à la réalité il me paraît difficile de faire confiance aux estimations canoniques sur la structure de l’Univers et de donner des chiffres précis. Je me contenterai donc d’un calcul seulement illustratif en me basant sur le modèle d’univers le plus simple (simpliste si l’on veut !) issu de la théorie de la relativité générale.

Revenons donc aux fondamentaux. Les formules d’Einstein décrivent de façon très simple, pour un univers donné, l’évolution de son « rayon de courbure » et de son âge, en fonction d’un certain angle variant entre 0, au big bang, et 2π, au big crunch. (Le « rayon de courbure » donne l'échelle de distance minimum sur laquelle le caractère plat ou courbe de l'espace est mesurable.) Un univers courbe fermé atteint sa taille maximale lorsque ce paramètre angulaire vaut π. Puis il retombe sur lui-même jusqu’à son annihilation au big crunch pour la valeur 2π. (Donner la signification physique de cet angle nous entraînerait trop loin dans la théorie, mais peu importe ici.)

Un simple calcul permet alors de fixer les ordres de grandeur attendus. Pour le mener j’ai adopté l’hypothèse en quelque sorte copernicienne que notre monde se situe actuellement à un âge « moyen », non particulier. Autrement dit qu’il n’est ni très jeune ni très vieux. Numériquement parlant, je définirai cet âge assez quelconque comme celui où le paramètre angulaire vaut l’unité. Cette hypothèse raisonnable est compatible avec le fait avéré que notre Univers est encore relativement jeune, mais pas non plus tout jeune. « Jeune » car son expansion continue, n’ayant pas encore ralenti au point de se muer en contraction pour s’acheminer vers un big crunch, et il continue à former des étoiles. « Plus tout jeune » car il a déjà passablement évolué. Comme aujourd’hui l’Univers a environ 14 milliards d’années, et en admettant donc que cette valeur corresponde à un paramètre angulaire unité, les équations montrent que son âge adulte se situerait dans les 175 milliards d’années, fixant du même coup sa durée de vie totale à quelque 500 milliards d’années du big bang au big crunch. J’insiste à nouveau sur le fait que ces estimations ne prétendent pas à l’exactitude. Elles ne visent qu’à illustrer les choses numériquement, démarche à mon sens indispensable en physique.

Examinons alors sous cet angle nouveau la question du réglage fin de l’Univers. Grâce au changement de paramètre et au concept d’« âge de maturité » qui remplace la « densité », nous allons montrer que notre Univers n’a rien de particulier : que sa platitude est inhérente à son âge et que ses constantes n’ont pas eu besoin d’être ajustées de manière exacte pour permettre l’éclosion de la vie.

En effet, il a fallu le temps nécessaire pour que les nuages de gaz s’effondrent et forment des étoiles, que plusieurs générations d’étoiles explosent et ensemencent le milieu en éléments « lourds » (dont le précieux carbone), que des planètes se constituent et que les molécules complexes indispensables à la vie puissent s’associer. Or, tout cet enchaînement est possible en quatorze milliards d’années. La preuve est apportée par notre Univers. Pour dire les choses de façon « anthropique », il est normal, compréhensible, que notre Univers ait quatorze milliards d’années. Il est exclu par exemple qu’il n’ait qu’un milliard d’années. Or le calcul fait ci-dessus montre que ce « quatorze milliards d’années » correspond pour l’Univers à un âge de maturité de 175 milliards d’années. Si son âge de maturité était beaucoup plus faible, il n’aurait pas pu porter la vie : son évolution aurait été beaucoup trop rapide pour permettre la formation des étoiles.

En prime, le choix du paramètre « âge de maturité » apporte un nouvel éclairage sur la taille de l’Univers. Il permet d’expliquer pourquoi notre Univers est si grand, alors que d’un point de vue naïf un bon Soleil nous suffirait ! Là aussi les équations de la relativité générale sont précieuses car elles indiquent une équivalence entre l’âge de maturité de l’univers et sa masse totale (ce dernier concept n’ayant de sens, évidemment, que pour un univers fini). En choisissant des unités appropriées, l’âge de maturité d’un univers fermé est égal à sa masse totale. Autrement dit, si vous connaissez l’un, vous aurez directement l’autre. L’âge de maturité donne le contenu de matière et ainsi le nombre de galaxies (voir Note 1). Voici les nombres : un univers comme le nôtre, caractérisé par un âge de maturité de 175 milliards d’années, contient nécessairement une masse équivalente à un millier de milliards de galaxies possédant chacune un millier de milliards de soleils. Voilà pourquoi notre Univers est si grand !

Revenons au réglage des paramètres de notre Univers. Nous avons abouti à la conclusion suivante : pour qu’un univers soit susceptible d’abriter la vie, il est nécessaire que son âge de maturité soit supérieur à environ cent milliards d’années (j’assimile cent à cent soixante-quinze) car pour des durées plus courtes les atomes du vivant n’auraient pas le temps de se former. À l’évidence cette condition laisse une grande latitude de choix et n’exige pas une grande précision. La question se pose alors : comment se fait-il que les cosmologistes jugent au contraire les conditions d’apparition de la vie extrêmement contraignantes, réclamant un ajustement diaboliquement précis des paramètres physiques ?

La réponse est qu’ils se placent au temps de Planck (10-43 seconde) et que en comparaison l’âge cosmique (de l’ordre, nous venons de le voir, de la centaine de milliards d’années, soit plus de 1017 secondes) est inimaginablement grand. À l’échelle de Planck, cent milliards d’années est un nombre aberrant. L’échelle universelle est sans commune mesure avec l’échelle atomique. C’est pourquoi le raisonnement qui mène à cette exigence de précision diabolique invoquée par les tenants du principe anthropique, et en amont par les cosmologistes dont ils se réclament, ne tient pas la route...

Nous arrivons à la conclusion de notre histoire. Quelle que soit la façon dont on le tourne et le retourne, le problème de l’ajustement des conditions initiales de notre Univers se ramène au suivant : comment se fait-il qu’il existe un si grand intervalle, de soixante ordres de grandeur (soixante : c’est ici que nous retrouvons notre fameux 10-60 de tout à l’heure) entre monde atomique et monde cosmique ? La « réponse anthropique », selon laquelle l’origine de cet écart réside dans un choix délibéré (et en effet totalement inattendu parce que faisant intervenir des nombres immensément grands, ou immensément petits, selon le point de vue) est intellectuellement faible et sans aucune pertinence théorique. Mais surtout, comme je l’ai montré ici, ne s’appuyant sur aucune théorie établie, le « réglage fin » n’a aucune valeur scientifique, contrairement à ce que les cosmologistes voudraient nous faire croire.

La vraie réponse est... que nous ne savons pas. En réalité, nous ne savons pas poser le problème. D’ailleurs, comme le remarquait John Archibald Wheeler, nommé plus haut, si nous savions le poser, c’est que nous aurions la théorie pour ce faire et nous trouverions alors sans doute près de trouver la solution. Non, nous ne savons pas. Ou plutôt : nous savons que nous ne pouvons pas savoir.

Puisque donc aujourd’hui nous ne disposons pas d’une théorie capable de traiter la question du big bang la transgression du cadre théorique de la part des tenants d’un ajustement des conditions initiales est flagrante. Nous comprenons localement la courbure de l’espace grâce à la relativité générale d’Einstein. Mais cette physique ne peut s’appliquer aux premiers instants de l’Univers, où le cadre théorique qui donne sens aux termes « temps », « espace », « énergie »... s’effondre totalement. Ainsi nous ne disposons pas de théorie globale pour modéliser à la fois l’échelle subatomique et astronomique. Dès lors n’est-il pas aberrant que les cosmologistes continuent à mélanger ces deux physiques tout en reconnaissant unanimement qu’il y a entre elles une profonde incompatibilité ?

Que l’on me permette de terminer par quelques remarques sur les dangers d’intrusion d’un spiritualisme sournois dans la pensée cosmologique moderne... J’estime que les savants ont une fâcheuse tendance à surestimer le pouvoir de leur théorie, comme si cette théorie était supérieure à la matière. Tout tourne autour de l’idée finalement préconçue (mais si répétée que tout le monde en est imprégné et que personne ne songe à la remettre en cause) que la nature serait soumise à des lois. Or ces « lois » que la science invente pour comprendre le monde et en découvrir la réalité ne sont dans ma perspective que des produits de l’esprit humain, donc en définitive issus de la matière elle-même. Ce ne sont pas des lois préexistantes, auxquelles la nature devrait obéir. Le monde a jadis existé sans nous, sans notre secours, et continuera d’exister sans nous quand notre espèce aura disparu et que la Terre aura été désintégrée. Rien ne justifie à mon sens de soutenir qu’une « Raison Supérieure » gouverne le monde. Lorsque le cosmologiste prétend que le monde est régi par des équations, donc finalement « piloté » par l’esprit, n’entretient-il pas l’idée que cet esprit est au-dessus de toute chose, ce qui n’est pas loin de l’idée d’une transcendance supérieure ? Pour moi un scientifique n’a pas vocation à énoncer que le monde est « soumis à des lois » car alors surgissent la question de savoir d’où (de qui) émanent ces lois et l’inclination d’en appeler à une autorité supérieure. L’hypothèse de l’existence de lois transcendantes n’est en rien nécessaire à la découverte du monde et n’est pas anodine. Il faut s’en dégager le plus possible afin d’assurer la neutralité de la réflexion cosmologique. L’affaire du principe anthropique montre que la contamination de la science par le spirituel est un danger toujours tenace.

Enfin, vous l’aurez compris, je suis le premier à dire que la science ne connaît pas tout, n’explique pas tout. Cependant il faudrait absolument se débarrasser une bonne fois pour toutes (mais ici ce ne sont pas les scientifiques qui sont en cause, mais plutôt ceux ou celles qui « croient en Dieu ») de cette pensée que la religion serait capable d’expliquer ce que la science ne peut pas comprendre (par exemple le big bang !). La religion pourrait prendre le relais de la science là où cette dernière déclare forfait ? Je m’élève contre la vacuité et le caractère arbitraire et irrationnel de l’argument. Sur le plan de la connaissance de la réalité, la science continuera à avancer. Et la religion, à reculer. Comme hier, comme aujourd’hui et comme demain.


Note 1 : Qui veut s’amuser à faire les calculs saura que c’est le facteur (c3/G), égal au rapport du cube de la vitesse de la lumière c à la constante de la gravitation G, qui, s’exprimant en gramme par seconde, permet de transformer des secondes en grammes. Résultat des courses : numériquement, une seconde vaut deux cent mille soleils !  retour au texte


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Dernière modification : 7 octobre 2008




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