À la recherche de l’origine de l’univers - David Bensoussan

Les théories scientifiques tentent d’identifier une démarche qui pourrait offrir une tentative d’explication quant à l’origine ou à la finalité de l’univers.
Or, les hypothèses relatives à la causalité première sont régulièrement remises en question.

De l’origine de l’univers

La question de l’origine ultime de l’univers est incontournable. Tout esprit curieux ne manque pas de se poser la question : que sait-on de l’origine ultime de l’univers ? S’il y a un créateur de l’univers, il est impossible de ne pas se demander ce qu’il faisait ou ce qui existait avant sa création ou encore s‘il est à l’extérieur de l’univers.
L’évolution de l’univers semble suivre une flèche temporelle, souvent explicable par des chaînes de causalité, mais l’origine première reste énigmatique.
Newton s’interrogeait sur la raison pour laquelle la gravitation universelle n’entraînerait pas, à terme, l’attraction mutuelle de tous les astres. Toutefois, il a été démontré que l’univers est en expansion, ou plus précisément que la matière s’éloigne dans l’espace, tendant vers une entropie maximale et une température uniforme et plus basse dans l’univers. Le fait que les galaxies s’écartent les unes des autres à une vitesse croissante laisse suggérer que l’univers a commencé à partir d’un point unique, une singularité souvent désignée sous le nom de Big Bang. Einstein également a proposé l’existence d’une force répulsive universelle qui garantirait la stabilité cosmique.
Une théorie est un ensemble d'hypothèses interconnectées et cohérentes, testées et validées par l'expérience ou l'observation. La théorie du Big Bang, soutenue par l’observation que l’univers est en expansion, suggère que tout a commencé par un point unique il y a environ 13,8 milliards d’années. Avant cette singularité, ni espace ni temps n’existaient, rendant inapplicables les lois de la physique. En se fondant sur la relativité élargie tout en omettant les forces non gravitationnelles, il est possible de déduire que la masse, l’énergie et la température auraient été infinies. Le Big Bang délimiterait tout ce qui s’est produit à partir de cet instant et au-delà. À cette époque initiale, l’espace était extrêmement comprimé, au point de quasiment disparaître, tout comme le temps. Dans ce cadre de non-existence de l’espace-temps, les lois de la physique ne pourraient s’appliquer. Le temps serait-il né avec le Big bang ?

Le mur de Planck

Dans la vie quotidienne, nous n’avons aucune difficulté à distinguer le temps de l’espace. Pourtant, ils sont confondus dans la théorie de la relativité. Leur distinction est « ultérieure » au Big Bang et les chercheurs s’accordent pour dater cette distinction au temps de Planck soit 10-43 secondes après le Big bang alors que la dimension de l’univers était la distance de Planck soit 10-33 centimètres. Ce mur de Planck marque la frontière où nos modèles cessent d’expliquer l'univers. Cette transition qui survient au mur de Planck soulève d’autres questions : le temps aurait-il émergé graduellement ou subitement ?  L’univers a été créé ou autocréé ? Selon quelle loi physique ou selon quel bleu de travail cela aurait-il pu se concrétiser ?

L’horizon des évènements

Un trou noir est une région de l’espace où la gravité est si intense qu’elle absorbe toute matière et empêche même la lumière de s’échapper. Einstein a prédit leur existence en 1915 dans le cadre de sa théorie de la relativité générale. Depuis 1971, des preuves indirectes de l’existence des trous noirs ont été identifiées, et la première image directe d’un trou noir a été obtenue en 2019.
L’horizon des événements est la limite d’une sphère imaginaire entourant un trou noir. On peut le représenter par l’image d’un torrent irrésistible emportant un canot vers une chute d’eau : une fois cette frontière franchie, tout retour devient impossible. Le rayon de cette sphère, qui dépend de la masse du trou noir, est appelé rayon de Schwarzschild, en hommage au scientifique qui en a décrit les propriétés. Au-delà de l’horizon des événements, aucune information, pas même la lumière, ne peut s’échapper.
Du trou noir au Big Bang
Certaines similarités entre le trou noir et le Big Bang ont poussé d’éminents chercheurs  à envisager des hypothèses audacieuses. Les deux phénomènes impliquent un point central ou singularité et la gravité y joue un rôle clef. Le trou noir a une dimension « locale » dans l’espace tandis que le Big Bang amorce l’expansion de l’espace-temps lui-même au sein de l’univers.

Les ondes gravitationnelles

Les ondes gravitationnelles, dont l’existence a également été prédite par Einstein en 1915, sont des ondulations de l’espace-temps causées par l’accélération intense d’objets massifs, comme la fusion de deux trous noirs. Ces ondes précèdent la fusion et se propagent à la vitesse de la lumière, transportant de l’énergie à travers l’espace-temps sans nécessiter de support matériel. Elles existent à l’extérieur des horizons des événements.
Une fois que deux trous noirs ont fusionné, le trou noir résultant est entouré de son propre horizon des événements. À partir de ce moment, aucune information concernant son contenu interne ne peut être transmise, car rien ne peut franchir l’horizon des événements vers l’extérieur.

Le rayonnement de Hawking

Hawking a néanmoins démontré que les trous noirs absorbent la matière, mais émettent également des ondes thermiques dénommées rayonnement de Hawking. Ultimement, ce rayonnement provoquera une perte de masse du trou noir, qui finira par s'évaporer complètement.
Il y a aussi un paradoxe de l’information : d’une part, selon la théorie de la relativité générale, l’information qui passe au travers de l’horizon des évènements disparait ; tout ce qui franchit l'horizon des événements d'un trou noir, l’information incluse, devient inaccessible à l'univers extérieur ; de l’autre, selon la physique quantique, l’information quantique ne peut disparaître. Cette contradiction est désignée par paradoxe de l’information.
Se pourrait-il que l’information absorbée à l’intérieur de l’horizon des évènements soit codée dans le rayonnement de Hawking ?
Bien que des progrès aient été réalisés pour intégrer la mécanique quantique et la relativité générale, la question de savoir si l’information absorbée par un trou noir est codée dans son rayonnement de Hawking reste partiellement résolue. Cela touche aux fondements mêmes de la compréhension humaine de l’univers et du lien entre les approches contradictoires de la gravité et de la mécanique quantique. Des expériences futures ou des avancées théoriques (comme une théorie complète de la gravitation quantique) pourraient éclairer ce mystère.
La remarque ironique du physicien Richard Feyman exprime la frustration des scientifiques devant les contradictions et les inconsistances des théories impliquant la physique quantique : « N'essayez pas de comprendre la mécanique quantique, ou vous tomberez dans un trou noir et on n'entendra plus jamais parler de vous. »
Néanmoins, il est intéressant de se pencher sur certaines hypothèses avancées à ce jour pour mieux comprendre l’origine de l’univers.

Hypothèses

L'idée d'un univers cyclique, qui alternerait entre contraction et expansion, a séduit plusieurs théoriciens. Alexandre Friedman a démontré que cette hypothèse était une des solutions mathématiques de la théorie de la relativité générale, tout comme celle d’une expansion infinie. Cependant, Thomas Gold a montré qu’accepter l’idée d’un univers se contractant impliquerait un voyage dans le passé, où l’on se souviendrait du futur. Bien que l’expansion de l’univers soit l’hypothèse actuelle dominante, d’autres théories, comme celle de la création continue de matière, explorent d’autres explications possibles.
Parmi les hypothèses avancées, le Big Bang serait un trou noir inversé qui implique une expansion rapide et explosive plutôt qu’une contraction gravitationnelle.
Le télescope James Webb qui étudie les signaux émis dans l’univers il y a de cela 13,5 milliards d’années a fait une découverte inattendue : celle des galaxies « prématurées » qui auraient existé alors que la densité de la matière était insuffisante. Cela vient bouleverser toutes les théories existantes. Y aurait-il eu plusieurs univers  et plus d’un big bang ? Serait-ce le signe que notre univers est en train de fusionner avec un autre univers plus ancien ?

Expliquer le monde réel

Dans cette quête visant à comprendre l’origine et le destin de l’univers, nous touchons aux limites de la connaissance humaine. Bien qu’extraordinairement puissantes, les théories actuelles laissent encore des zones d’ombre et ne parviennent pas à éclaircir certaines questions existentielles. Les déistes croient en un Créateur initial qui aurait joué le rôle de pyrotechnicien ; les théistes admettent l’existence d’un Dieu qui intervient à tout moment ;  certains spéculent même que le Créateur évolue avec l’univers.  Pour les matérialistes, la réalité se limite à ce qui est matériel et physique et la conscience ne serait que le produit d’interactions entre des éléments matériels, n’admettant aucune réalité spirituelle ou immatérielle.
Chaque découverte suscite de nouvelles questions, témoignant de la capacité de la pensée humaine à appréhender une partie de l'ordre cosmique à travers des concepts et des lois mathématiques. Cette idée illustre l'intuition d'Einstein selon laquelle « la pensée pure peut saisir la réalité ». Pourtant, chaque réponse scientifique laisse subsister une zone d'ombre, rappelant que si notre compréhension du monde s'élargit, elle ne parvient jamais à dissiper complètement le mystère de l'existence.
Les physiciens ont la conviction qu’il existe un ordre sous-jacent du monde qui peut être exprimé sous forme mathématique. Le physicien Eugene Wigner a parlé de l'efficacité déraisonnable des mathématiques dans les sciences naturelles. La recherche d’une « théorie de tout » qui expliquerait tous les phénomènes physiques devrait en principe pouvoir exprimer la complexité quasi infinie de l’univers au moyen d’une formule réductrice qui tiendrait également compte des phénomènes aléatoires. Si la dimension de cette complexité est infinie, il n’est pas dit qu’il sera possible de la décrire par une dimension moindre...
Il est légitime de se demander s’il y a une signification profonde et essentielle dissimulée derrière l'apparence mathématique de la nature ou si les êtres humains ont simplement inventé les mathématiques pour correspondre aux faits de l'expérience observable. En d’autres mots, revient-il à l’être humain de comprendre les lois de la nature ou est-ce que cette compréhension n’est qu’une projection humaine du monde réel ?
Les physiciens visent à comprendre le monde en recherchant une explication rationnelle à un niveau toujours plus fondamental. En règle générale, les lois de la nature semblent être en symbiose avec l’interprétation rationnelle que peut en faire l’esprit humain. D’une part, les lois de physique obéissent à des lois mathématisables qui sont décodables par la pensée analytique. De l’autre, les mathématiques abstraites trouvent des applications fructueuses dans les processus physiques, fût-ce au niveau subatomique. Faut-il convenir que l’ensemble des lois de la nature sont à la portée de la pensée rationnelle qui peut être mise à contribution pour décoder l’univers à partir de sa complexité ?
Par ailleurs, la science n’a pas encore amorcé l’explication d’autres dimensions telle que les expériences paranormales ou mystiques...

Avant le Big bang

Des théories ont été avancées pour explorer ce qui se trouve au-delà du mur de Planck et tenter d’expliquer le Big bang.
La théorie des cordes et celle de la gravité quantique à boucle tentent de proposer un formalisme théorique qui explique la gravité et les phénomènes à grande échelle comme les planètes et les galaxies d’une part, et la physique quantique qui décrit le monde des particules minuscules de l’autre. Mais, jusqu’ici, elles restent hypothétiques et impossibles à tester directement.
La théorie des cordes imagine que les particules élémentaires, comme les électrons ou les quarks, ne sont pas des points, mais des petites cordes qui vibrent à différentes fréquences, un peu comme les cordes d’un instrument de musique. Elle suggère aussi que notre univers à quatre dimensions observables (longueur, largeur, hauteur et temps) fait partie d’un espace-temps plus grand, avec dix ou onze dimensions. La gravité émerge naturellement dans ce cadre. Le Big bang pourrait être vu comme une expansion au sein des trois dimensions spatiales observables et comme l’émergence à partir d’une multi dimensionnalité qui existait d’une manière comprimée. Cette théorie reste difficile à prouver car elle repose sur des concepts très abstraits et impossibles à tester directement pour l’instant.
De son côté, la gravité quantique à boucles s’intéresse exclusivement à la gravité dans le monde des particules. Elle propose que l’espace et le temps ne sont pas continus, mais faits de minuscules « grains », comme des pixels, connectés entre eux. Dans cette vision, le Big Bang ne serait pas le début de l’univers, mais un rebond : un univers qui se contracte avant de s’étendre à nouveau. Cette théorie donne une nouvelle façon de penser la gravité à très petite échelle, mais elle ne parvient pas encore à expliquer toutes les autres forces de la nature. De plus, ses idées, comme le rebond cosmique, restent à confirmer par des observations ou des expériences.
La théorie du multivers est fascinante : elle s’inspire du phénomène de superposition quantique selon lequel il est possible pour une particule quantique de se trouver à plus d’un endroit à la fois et c’est seulement l’observation qui définit sa position ou son état particuliers. Ainsi, chaque observation définit un futur parmi une infinité d’autres. Or, cette hypothèse est platonique et non vérifiable, car il n’est guère possible de concevoir une expérience de communication avec un univers parallèle qui soit en dehors de l’univers de départ.
Faut-il également envisager la possibilité que cette infinité d’univers ait été générée par un univers-mère ?
Le mathématicien John Russel illustre ainsi les limites de la science et la nécessité d’une force créatrice : la science peut expliquer par des relations causales comment la chaleur agit sur l'agitation des molécules d'eau dans une cafetière, mais elle ignore que c'est la décision de faire chauffer l'eau qui a conduit à obtenir de l'eau chaude. Relativement à la causalité première qui a conduit à la création de l’univers, il ajoute : « Soit l'intelligence humaine trouve finalement son origine dans une matière dénuée d'esprit, soit il existe un Créateur. Il est étrange que certaines personnes affirment que c'est leur intelligence qui les conduit à préférer la première hypothèse à la seconde. »

Questionnements métaphysiques

La science fait toujours reculer les frontières de la connaissance, mais sans jamais atteindre l’ultime frontière. Le mystère de l’origine première, tout comme celui de la fin ultime de l’univers, demeure hors de portée des capacités d’investigation de l’esprit humain. C’est dans ces espaces d’incertitude que la métaphysique et la spiritualité prennent le relais, en tentant de répondre aux interrogations qui échappent à la rigueur scientifique.
La métaphysique s’intéresse aux grandes questions que la physique ne peut résoudre : la finalité de l’univers, la relation entre l’esprit et la matière, ou encore la question du libre arbitre. Indépendamment des découvertes scientifiques, ces interrogations fondamentales persistent, ce qui montre que la métaphysique continue de nous interpeller.
Ces questionnements métaphysiques prennent une acuité particulière lorsque l’on prend conscience du fait que l’apparition de la vie sur Terre repose sur une improbable série de circonstances. Peut-on attribuer à la simple contingence la complexité du monde avec ses organismes vivants et leurs innombrables cellules différenciées rendant la vie possible?  L’alignement précis de leurs millions de paramètres semble si bien organisé qu’il fait penser à une gigantesque machine ou un superordinateur ; cela peut pousser à évoquer un dessein intelligent ou une coïncidence quasi miraculeuse ou encore d’envisager la possibilité que la vie et la conscience soient l’aboutissement d’un darwinisme cosmique planifié ou non.
Max Planck qui fut l’un des pères de la physique quantique, s’inscrivait dans cette réflexion en déclarant : «Toute matière provient d'une force et n'existe que par celle-ci... Nous devons présumer l'existence, sous cette force, d'un esprit conscient et intelligent. Cet esprit est la matrice de toute matière.»

Perspectives humaines : empirisme et structures mentales innées

Il n’en demeure pas moins qu’à l’échelle humaine, la relation entre l’esprit et le monde réel ne fait pas l’unanimité. Ainsi et à titre d’exemple, le philosophe David Hume, chef de file de l’empirisme, rejetait les notions de substance et d’esprit en affirmant que seule était réelle l’expérience sensible ou ce qui pouvait être déduit par un raisonnement logique rigoureux. Pour Hume, nos idées ne sont que des copies affaiblies de nos impressions sensorielles, et tout ce qui ne peut être vérifié empiriquement relève de la spéculation. À l’opposé, Emmanuel Kant avançait que l’esprit humain n’est pas une simple table rase, mais qu’il possède des structures innées, un cadre a priori. Ces catégories et formes de l’entendement, telles que l’espace, le temps et la causalité, permettent à l’esprit de donner un sens à l’expérience et de procéder à une pensée analytique. Pour Kant, si la connaissance commence avec l’expérience, elle ne s’y réduit pas : elle dépend aussi de ces structures mentales qui organisent la réalité. Ainsi, là où Hume réduit la connaissance à l’empirique, Kant affirme que l’esprit joue un rôle actif et nécessaire dans la constitution même de notre compréhension du monde.

Déterminisme cosmique, contingence et chaos

Quelle lecture peut être faite des phénomènes physiques à l’échelle de l’univers cosmique ?
La lecture déterministe des phénomènes physiques mène à la conclusion que, dans une vision « strictement » déterministe, le Créateur premier pourrait ne plus avoir de liberté pour intervenir dans l’univers sinon celle de créer d’autres univers.
Si le Créateur est l’initiateur d’un monde contingent – la contingence prenant  le sens de ce qui pourrait être autrement, par opposition à ce qui est nécessaire - il se doit de laisser le libre arbitre aux créatures.  
Entre ces deux approches, une troisième peut être formulée et mener à une vision mixte de la création en s’inspirant des systèmes chaotiques. Ces  derniers ont des comportements imprédictibles et présentent une grande sensibilité à des influences externes. Toutefois et à la grande surprise des chercheurs, les systèmes chaotiques, bien qu'indéterministes, peuvent afficher un comportement ordonné et régulier, tout en étant à la merci de perturbations extérieures apparemment aléatoires.
La météo, par exemple, illustre un système chaotique qui, bien qu’il suive des lois physiques, est sensible à des variations minimes de pression ou de température, lesquelles peuvent entraîner des changements majeurs à long terme. Il est possible d’envisager que le comportement des phénomènes dans l’univers serait un amalgame de déterminisme et de hasard conservant malgré tout des vecteurs évolutifs spécifiques laissant la place à des destinées auxquelles contribuent la conscience, le libre arbitre... ou une intervention externe.

La condition humaine et la dimension spirituelle

L’être humain intègre en un seul tout les dimensions physiques, intellectuelles, affectives et spirituelles. Les sciences physiques sont existentialistes pour l’essentiel ; elles ne retiennent que la première d’entre elles et désincarnent le corps de l’âme qu’il héberge et qui l’héberge, tout comme l’exprime Theilard de Chardin : « Nous ne sommes pas des êtres humains vivant une expérience spirituelle mais des êtres spirituels vivant une expérience humaine.»
La  quête de connaissance de l’origine de l’univers fait intervenir des considérations scientifiques, philosophiques et spirituelles menant à l’élaboration d’hypothèses originales. Ainsi, et à titre d’exemple, un évènement quantique appartenant à un ensemble d’évènements probables pourrait générer une réalité quasi déterministe à l’échelle non quantique.
Cet espace d’évènements incertains est l’un des domaines qui intrigue ceux qui tentent d’identifier la causalité des causalités.  Il est possible d’imaginer que la nature probabiliste de la physique quantique est telle une perturbation intentionnelle, intégrée dans un modèle global partiellement observable grâce à des jugements intuitifs et déductifs...
La dualité entre ce qui est temporel et ce qui est extratemporel est magnifiquement illustrée par Angelus Silesius, théologien et mystique allemand du XVIIe siècle, qui écrivait :
« L'homme a deux yeux : l'un ne voit que ce qui bouge dans le temps qui fuit, l'autre ce qui est éternel et divin.»