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    La chasse aux univers cachés est ouverte  
    Emmanuel Monnier - Science & Vie, no. 1133 - 2012-02-01      
    Relativité, mécanique quantique et théorie des cordes s'accordent pour envisager l'existence de multiples univers.
Une nouvelle révolution ?
 
    Et si notre Univers n'en était qu'un parmi une infinité d'autres ? Après avoir accepté l'idée que la Terre n'était qu'une planète autour du Soleil et que celui-ci n'était qu'une étoile banale en banlieue d'une galaxie elle-même quelconque, sommes-nous à l'aube d'une nouvelle révolution copernicienne plus radicale encore ? Les cosmologistes sont nombreux à le penser. Et pour cause : les grandes théories sur lesquelles ils s'appuient, la relativité générale, la mécanique quantique et la théorie des cordes, conduisent à l'existence d'univers multiples, des "multivers".  
    La relativité, d'abord. Selon elle, nulle information ne se propage plus vite que la vitesse de la lumière. La sphère centrée sur nous et dont le rayon est égal au trajet qu'a parcouru la lumière depuis le big bang représente donc la limite absolue de ce qui peut avoir une influence sur nous. C'est cette sphère, dont le rayon s'agrandit à la vitesse de la lumière, qu'on appelle "notre univers". Au-delà, un autre commence, rigoureusement indépendant du nôtre.  
    Si notre espace-temps est infini, il existe même une infinité d'autres sphères, au-delà de la nôtre, constituant autant d'univers indépendants. Conséquence vertigineuse : comme il y a une infinité d'univers et que chacun d'eux possède sa propre configuration d'atomes, toutes les configurations possibles d'atomes sont forcément réalisées, quand bien même elles seraient peu probables, selon le principe que même s'il est improbable de gagner au loto, il suffit de jouer une infinité de fois pour être sûr de gagner (et même de gagner une infinité de fois).  
   

Des multivers parallèles…

 
    Tout ce qui est possible, tout ce qui ne viole pas les lois de la physique doit donc advenir quelque part, en déduit Aurélien Barrau, cosmologiste au laboratoire de Physique subatomique et de cosmologie de l'université Joseph-Fourier de Grenoble, qui imagine des univers lointains dans lesquels des clones de nous-mêmes lisent cet article. Dans un de ces univers, le clone arrête de lire; dans un autre, il continue. Puisque les deux scènes sont physiquement possibles, elles ont forcément lieu là où la bonne configuration d'atomes est réalisée. Après avoir dû accepter d'habiter un endroit quelconque de l'Univers, voici donc que nos propres existences ne seraient qu'une copie, parmi d'autres, d'existences multiples répétées à l'identique dans des lieux immensément éloignés de l'espace-temps.  
    L'autre grande théorie du XXe siècle, la mécanique quantique, conduit elle aussi, à sa façon, à admettre l'existence d'univers parallèles. A l'échelle subatomique, les particules se trouvent régulièrement dans une "superposition d'états". Des électrons projetés sur une microplaque comportant deux minuscules fentes, ne passent pas, chacun, par l'une ou l'autre de ces fentes, mais par les deux à la fois. L'électron se trouve donc en deux lieux différents. Sauf lorsqu'un appareil vient mesurer par quelle fente il est passé : ce phénomène quantique disparaît alors, comme si on avait, par le seul acte de la mesure, forcé l'électron à choisir. Comment résoudre ce paradoxe ? Le physicien Hugh Everett a proposé, en 1957, une interprétation déroutante : au moment de la mesure,l'électron continue de passer par les deux fentes, mais dans deux univers différents. Dans l'un, la mesure indique à gauche; dans l'autre, à droite. Chaque mesure sur un système quantique engendrerait donc autant d'univers qu'il y a d'états possibles. Décoiffant… mais peu utile pour les cosmologistes, qui ont déjà beaucoup mieux comme univers multiples. Car les théories plus complexes de ces dernières décennies engendrent à leur tour des multivers encore plus consistants.  
    Le modèle standard du big bang inclut en effet un ingrédient qui fait consensus : l'inflation. Dans la première fraction de seconde du big bang, ce mécanisme a dilaté de façon exponentielle l'espace pour le rendre des milliards de milliards de fois plus grand. "Or, l'inflation, quand on la regarde de près, ne peut pas créer qu'un seul univers", souligne Aurélien Barrau. A chaque instant, des fluctuations locales font sortir des portions d'espace de cette dilatation exponentielle, créant une bulle d'espace plus stable, qui se désolidarise du reste. C'est ainsi que serait née, il y a un peu plus de 13 milliards d'années, la bulle qui contient notre univers. "L'inflation crée une infinité d'univers bulles car il n'y a aucune raison qu'elle s'arrête partout en même temps. Ailleurs, ça continue de s'étendre exponentiellement", explique le cosmologiste. De nouvelles bulles se créeraient donc indéfiniment, les équations s'accommodant mal d'une inflation qui, soudain, s'arrêterait. Nés d'un même processus, ces univers bulles sont-ils pour autant semblables ? Pas forcément là, intervient une autre grande théorie, celle des cordes, qui fusionne la relativité d'Einstein et la mécanique quantique.  
   

… tous vides et mornes ?

 
    Cette théorie a besoin de dimensions supplémentaires (les 4 de notre espace-temps étant insuffisantes), que les physiciens imaginent, puisque nous ne les voyons pas, recourbées sur elles-mêmes à des échelles trop petites pour être perçues. Or, il y a un nombre faramineux de façons de recourber ces dimensions supplémentaires, chacune d'elles aboutissant à des lois physiques différentes. Résultat : chaque univers bulle créé par l'inflation pourrait, selon la façon dont se sont recourbées les différentes dimensions, avoir des lois physiques propres. "On aurait donc l'inflation qui crée des univers bulles décorrélés les uns des autres, et la théorie des cordes, qui les structurerait avec des lois physiques différentes", résume Aurélien Barrau. Si l'inflation telle qu'on la conçoit a bien eu lieu lors du big bang, et si la théorie des cordes décrit correctement notre monde, il devient difficile de nier l'existence d'univers bulles qui ne sont que les conséquences mathématiquement nécessaires de ces théories. D'autant qu'ils résolvent l'une des questions les plus épineuses de la cosmologie : pourquoi les lois physiques sont-elles si bien ajustées pour permettre l'émergence d'une physique et d'une chimie complexes dont nous sommes finalement issus ? "Si on fait varier presque n'importe quel paramètre fondamental du modèle standard d'une toute petite valeur, on obtient un univers morne, essentiellement vide, comportant au mieux un peu de gaz ou de lumière", relève Aurélien Barrau.  
    Alors, sommes-nous les gagnants d'un loto cosmique ? L'épine tombe d'elle-même si notre Univers n'est qu'une bulle parmi une infinité d'autres aux conditions physiques différentes : la plupart sont effectivement sans intérêt, mais une petite fraction, dont la nôtre, a bénéficié de conditions capables de faire émerger des observateurs assez intelligents pour s'en soucier. Notre Univers serait alors tout sauf représentatif de la globalité des univers possibles. C'est ce que martèle l'astrophysicien Brandon Carter, le père du célèbre "principe anthropique" : si nous ne sommes plus le centre de l'Univers, et encore moins, du multivers, nous y occupons néanmoins une place privilégiée, nous nous trouvons là où la complexité est possible. Un principe de juste milieu, en somme. Car si Copernic, il y a 500 ans, nous a éjectés du centre du monde, il n'a jamais affirmé que nous étions insignifiants.  
       
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