L’ère
de Planck
Notre description
de la naissance de l’Univers ne va pas commencer exactement au temps zéro. Si
nous repassons le film du Big Bang à l’envers, plus nous nous rapprochons de la
naissance de l’Univers, plus sa température et sa densité sont élevées. Ainsi,
les conditions deviennent de plus en plus extrêmes et les lois de la physique
doivent être extrapolées dans des domaines que nos accélérateurs de particules
ne sont pas capables de reproduire.
L’ère de Planck
Les physiciens
ont développé à la fin du siècle dernier des théories d’unification des forces qui
permettent de tenter ces extrapolations. Cependant, il n’y a pas de théorie
confirmé d’unification de la gravitation avec les autres forces, seulement
quelques tentatives de réponses comme par exemple la théorie des supercordes. Ainsi, il n’est pas
envisageable de décrire les tout premiers instants de l’Univers, lorsque la
densité et la température étaient telles que la gravitation et les autres
forces ne formaient probablement qu’une interaction unique.
L’extrapolation
de la physique connue montre que ces conditions extrêmes ont régné lorsque
l’Univers était âgé de moins de 10-43 seconde. Toute la période qui
précède, baptisée l’ère de Planck, nous est donc inaccessible.
Max Planck : Kiel,
1858 – Göttingen , 1947. Découvreur de l’une des constantes fondamentales de la
nature, la constante de Planck, qui détermine la durée de l’ère du même nom.
L’espace-temps
pendant l’ère de Planck
L’absence de
théorie confirmée ne nous empêche pas d’avoir quelques idées d’ordre général
sur la physique de l’Univers à cette époque. Il est ainsi clair que pendant
l’ère de Planck notre conception habituelle de l’espace-temps est
complètement dépassée.
Puisque la
gravité doit se comporter comme les trois autres forces, elle est elle aussi
associée à un boson porteur de l’interaction :
le graviton. L’ère de Planck est ainsi animée d’un incessant va-et-vient de
gravitons échangés par les diverses particules virtuelles qui peuplent alors
l’Univers. Cependant, le graviton n’est pas une particule comme les autres. Il
est en quelque sorte un concentré de courbure de l’espace-temps. Les
successions frénétiques de créations et de disparitions de gravitons se
traduisent donc en chaque point par d’importantes fluctuations de la courbure
de l’espace-temps.
En conséquence,
il nous faut rejeter l’image habituelle de l’espace comme tissu élastique bien
lisse. Pendant l’ère de Planck, l’espace-temps est plutôt une surface très
tourmentée et constamment en changement, une sorte de mousse quantique dans
laquelle des liens se font et se défont sans arrêt entre des régions proches ou
très éloignées.
Ajoutons à ce
tableau déjà un peu difficile à visualiser le fait qu’à cette époque les dimensions d’espace supplémentaires requises
par exemple par la théorie des supercordes ne sont pas cachées. Toutes les
dimensions sont développées de la même manière et les particules évoluent dans
un espace à plus de trois dimensions.
L’instant zéro
Qu’en est-il de
l’instant zéro lui-même ? Là aussi, plusieurs possibilités existent et la
situation est loin d’être claire. Dans la vision traditionnelle des choses,
lorsque l’on se rapproche du temps zéro, l’Univers voit sa température et sa
densité moyenne augmenter jusqu’à finalement aboutir à un état de singularité
où elles atteignent une valeur infinie.
Mais selon une
autre vision développée par l’anglais Stephen Hawking et l’américain James
Hartle, une telle singularité n’est pas nécessaire. D’après eux, lorsque l’on
remonte vers l’époque initiale, le temps perd peu à peu le caractère que nous
lui connaissons et se transforme en une dimension d’espace. Ainsi, lorsque nous
nous rapprochons du temps zéro, la notion de temps elle-même disparaît, ce qui
élimine la nécessité d’une singularité initiale.
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