Le
réglage des constantes fondamentales
Lorsque les
astrophysiciens étudient le Big Bang et la formation des structures de
l’Univers, de façon théorique ou à l’aide de simulations numériques, ils
doivent analyser l’influence de différents paramètres comme par exemple la
proportion de matière noire. Ils peuvent
aussi altérer certaines constantes fondamentales, par exemple la constante de
gravitation, ou bien changer des conditions initiales comme la densité moyenne
de matière, ce qui leur permet d’analyser comment l’Univers se serait développé
si ces paramètres avaient été différents.
Ce genre d’étude
comparative a conduit à une conclusion extrêmement surprenante. La plupart des
univers virtuels simulés en faisant varier les constantes fondamentales ou
les conditions initiales sont incapables d’aboutir à la vie, du moins à
une forme de vie similaire à la nôtre. Seuls les univers ayant des paramètres
très proches des valeurs réelles de notre Univers permettent à la vie de se
développer.
Nous pouvons
illustrer ceci simplement en passant en revue la façon dont quelques processus
astrophysiques seraient altérés si l’intensité des quatre forces fondamentales
était différente.
La force de
gravitation et l’interaction électromagnétique
Si la force de
gravitation était plus puissante, elle serait capable d’accumuler plus de gaz
lors la formation stellaire et seules des étoiles massives se formeraient. Or,
ces dernières ont une durée de vie beaucoup plus courte que notre Soleil. La
vie n’aurait donc pas à sa disposition les milliards d’années qui lui ont été nécessaires
pour se développer sur Terre. Au contraire, si la force de gravitation était
plus faible, seules des étoiles peu massives se formeraient. Il n’y aurait pas
d’explosion de supernova et peu d’éléments plus lourd que l’hydrogène ou
l’hélium n’apparaîtrait. Or, une vie uniquement fondée sur ces deux éléments
est très difficile à imaginer.
Si l’interaction
électromagnétique était plus forte, les liens entre noyaux et électrons à
l’intérieur des atomes seraient plus solides et plus difficiles à défaire. Or,
c’est en partageant certains de leurs électrons que les atomes créent des
liaisons chimiques et s’organisent en molécules. Si cela devenait trop
difficile, toute chimie serait impossible, ce qui empêcherait la vie de se
développer.
Si l’interaction électromagnétique était plus faible, les liens
entre électrons et noyaux seraient moins solides. Ceci rendrait les atomes très
fragiles et empêcherait probablement la chimie de la vie.
Les forces
nucléaires forte et faible
Si l’interaction
nucléaire forte était plus puissante, protons et neutrons seraient beaucoup
plus disposés à s’associer. Ils formeraient systématiquement des éléments
lourds. Il n’y aurait par exemple plus d’hydrogène, donc pas d’eau, ce qui
défavoriserait sérieusement la chimie de la vie. Si cette interaction était
moins intense, protons et neutrons seraient moins enclins à s’assembler. Il n’y
aurait pas d’élément plus lourd que l’hydrogène, donc pas de vie.
Enfin, dans le
cas de l’interaction nucléaire faible, le problème se poserait principalement
après le Big Bang, à l’époque où une partie des neutrons se
désintègrent en protons, juste avant la nucléosynthèse primordiale. Si
l’interaction faible était plus puissante, plus de neutrons seraient
transformés en protons et il y aurait par conséquent moins d’hélium dans
l’Univers. Ceci empêcherait plus tard la formation de certains éléments lourds
nécessaires à la vie. Au contraire, si l’interaction était plus faible, les
neutrons ne se désintégreraient pas et la nucléosynthèse primordiale conduirait
à un Univers rempli d’hélium. L’hydrogène, ingrédient indispensable à la vie,
serait absent.
La vie : but
de l’Univers ?
La liste ne
s’arrête pas là et d’autres coïncidences troublantes peuvent être mises en
évidence. Elles montrent toutes qu’un Univers avec des constantes fondamentales
ou des conditions initiales différentes du nôtre n’aurait pas abouti à la vie
telle que nous la connaissons.
Ce résultat
constitue une grande surprise. Tout au long de l’histoire de l’astronomie,
l’homme a peu à peu perdu sa place centrale dans l’Univers. Ni sa planète, ni
son étoile, ni sa galaxie n’avait une importance particulière. Mais il semble
soudain que l’Univers a exactement les propriétés requises pour que l’homme –
ou plus généralement la vie – puisse apparaître.
Que faut-il penser
de cette étonnante conclusion ? Certains auteurs y voient la preuve que
l’Univers devait au départ avoir les propriétés requises pour aboutir à la vie.
Pour eux, ce dernier possède les propriétés nécessaires à l’apparition de la
vie car telle est sa raison d’être, une hypothèse qui porte le nom de principe
anthropique.
Le principe
anthropique a pour défaut de ne pas expliquer grand-chose et de conduire à des
interprétations suspectes. Une autre explication est fournie par la théorie des univers parallèles. Cette théorie, née à la
fin des années 1950 fut introduite pour essayer d’expliquer un autre casse-tête
de la physique : l’expérience du chat de Schrödinger.
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