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    L'Univers s'engendre lui-même à l'infini  
    Propos d'Edgard Gunzig recueillis par Jean-François Robredo - Ciel & Espace - 2013-10-01      
    Peut-on concevoir un Univers sans origine ?  
    Pour tenter d'y répondre, il faut débarrasser la science de la "catastrophe mathématique" du big bang. Une tâche ardue à laquelle s'est consacré le théoricien Edgard Gunzig. Une aventure sous le signe de l'autoengendrement.  
    Le cosmologiste belge Edgard Gunzig est né en 1938 en Espagne, à la fin de la guerre civile, Ses parents, juifs anversois, combattaient dans les Brigades internationales, Après une enfance d'errance, ponctuée d'innombrables bouleversements, il consacre sa vie à la physique théorique et à l'élaboration d'un nouveau modèle cosmologique, Professeur honoraire de l'Université libre de Bruxelles, il a été récompensé de multiples fois pour ses travaux relatifs à l'origine de l'Univers. D'un face-à-face inattendu entre la théorie de la relativité générale et la théorie quantique des champs est né un modèle d'Univers "autoconsistant".  
   

Lorsqu'on analyse à "rebrousse-temps" l'histoire de l'Univers, on aboutit à une situation qui peut être expliquée par des fluctuations du vide quantique, plutôt que par une origine absolue et incompréhensible.

 
   

Comment vous êtes-vous intéressé à la physique ?

 
    C'est ma jeunesse assez chaotique et l'engagement idéaliste de mes parents qui ont orienté ma vie vers la physique, Mes parents, immigrés en Belgique dans les années 1920, tous deux épris de justice sociale, communistes militants, se rendent en Espagne pour rejoindre les Brigades internationales, Suite au "retrait d'Espagne" devant l'avancée des troupes franquistes, nous avons regagné la Belgique après un passage par différents camps français de détention, Mes parents entreront dans la résistance dès la première heure de l'occupation allemande, Mon père a été arrêté par la Gestapo et déporté dans le camp de Mauthausen en 1942, Il y est mort, fusillé.  
    Après son arrestation, ma mère est obligée de me cacher et je vais me retrouver pendant deux ans dans une famille où je serai choyé par trois vieilles filles, J'en garde un souvenir extraordinaire, Puis en 1952, ma mère toujours animée d'une foi vibrante dans l'idéal communiste, imagine, en pleine tourmente des procès staliniens, de m'amener vivre en Pologne, Désemparé, ne parlant pas le polonais, souffrant de l'antisémitisme ambiant, je découvre le langage universel des mathématiques, qui deviennent ma planche de salut. C'est de cette rencontre amoureuse que naquirent plus tard les objets centraux de mon questionnement scientifique : le vide, l'origine de l'Univers et plus particulièrement comment créer l'Univers à partir de "rien".  
    La lecture du livre d'Einstein "Comment je vois le monde" sera déterminante dans le choix de mes études de physique, Pour ce faire, il fallait sortir de Pologne, ce que je fis non sans mal. Après quelques péripéties rocambolesques, je retrouve enfin la Belgique en 1957 et m'inscris à l'Université libre de Bruxelles, que je ne quitterai plus.  
   

Comment vous êtes-vous orienté vers la question de l'origine de l'Univers ?

 
    Ma fascination pour cette problématique résultait d'une passion et d'un défi. La passion qui m'habitait depuis mon plus jeune âge concernait le questionnement des origines dans les domaines les plus divers, la vie, les langues, la conscience et inévitablement l'énigme par excellence : l'origine de l'Univers, Le défi, lui, s'est imposé à moi dès la fin de mes études. J'étais profondément impressionné par l'aspect révolutionnaire de la théorie einsteinienne de la gravitation, la relativité générale. La spécificité de ces équations semblait leur conférer une possibilité audacieuse, l'explication de l'ordre de l'Univers à toutes les échelles d'espace et de temps. Mais je dus alors, la mort dans l'âme, me rendre à l'évidence : ce projet se révélait inaccessible à la relativité générale, qui restait désespérément muette et impuissante face au questionnement relatif à l'origine de l'origine.  
    En effet, toutes les solutions mathématiques des équations d'Einstein, donc toutes les histoires cosmologiques qu'elles nous racontent lorsqu'on les analyse à "rebrousse-temps" font surgir un événement dramatique, une catastrophe primordiale singulière qui se "produit" dans un passé fini. Tous les acteurs de l'histoire - la densité d'énergie, la pression et la température du contenu matériel, ainsi que la courbure de l'espace-temps - y deviennent simultanément infinis… C'est le big bang ! Tout se passe comme si notre histoire cosmologique était issue d'une explosion cataclysmique de tout dans rien.  
    Voilà donc la situation dont j'héritais au début de ma carrière de chercheur. Ce défi majeur allait déterminer mes recherches : devait-on renoncer à cerner physiquement le moment zéro de notre histoire, l'approche scientifique ne serait-elle pas fondamentalement apte à répondre à de telles questions ? Ou, au contraire, rencontrait-on un "accident", une pathologie mathématique sous la forme d'un infini, une singularité disent les physiciens, qui occulterait l'interprétation physique de l'événement premier ?  
   

"La physique classique ne peut décrire un Univers naissant, très chaud et dense"

 
   

Face à une telle fin de non-recevoir de la théorie, quel était alors votre état d'esprit ?

 
    L'enjeu, avant tout scientifique, était de taille, mais je le vivais aussi comme une angoisse personnelle ! La question essentielle que je me posais était la suivante : le big bang révèle-t-il une impossibilité fondamentale de la théorie ou, au contraire, n'est-il que la conséquence des limites théoriques d'un cadre conceptuel trop restreint de la relativité générale et de la cosmologie einsteinienne qui en découle ? Un travail théorique minutieux me conduisit à la certitude que c'était bien cette seconde option qui était responsable de cette situation, En effet, la cosmologie einsteinienne décrit le contenu de l'Univers par les lois de la physique classique, Or, cette description devient incorrecte lorsque ce contenu devient extraordinairement énergétique, chaud et dense, ce qui est précisément le cas de l'Univers naissant. Autrement dit, seules les lois de la physique quantique sont aptes à le décrire correctement. Ce sont précisément elles qui conduisent à une histoire cosmologique d'un type nouveau, dépourvue de la singularité du big bang.  
   

Comment cette approche modifie-t-elle la problématique de la cosmogénèse, et plus particulièrement le problème du big bang infini ? Pourquoi ce dernier est-il encore fréquemment désigné comme l'événement premier de notre histoire ?

 
    Il est vrai que la référence au big bang est omniprésente dans les articles de vulgarisation scientifique et dans de très nombreuses émissions de radio et de télévision, Mais il y a un grand malentendu qui résulte d'un glissement sémantique de l'expression big bang. En effet, les scientifiques continuent à utiliser, par convenance, le même mot pour désigner toute autre chose que dans le modèle standard de la cosmologie einsteinienne.  
    Si le terme big bang désignait au départ l'explosion titanesque, qui aurait marqué l'événement premier de notre histoire cosmologique, il se réfère aujourd'hui à une phase extrêmement chaude et dense que l'Univers aurait connue dans une période très reculée de son histoire. Le big bang ne désigne ainsi plus l'état de l'Univers qui ponctuerait le moment zéro de son existence, mais une phase primitive ultérieure. Les physiciens pensent aujourd'hui dans leur grande majorité, pour des raisons tant théoriques qu'expérimentales, que l'Univers serait inévitablement passé par cet état incroyablement chaud, dense, mais non explosif.  
   

Mais si le big bang est éradiqué, à quoi laisse-t-il place ?

 
    Il est remarquable que la mise en rapport du monde quantique et de la relativité générale fasse non seulement basculer qualitativement notre compréhension de l'origine de l'Univers, mais aussi notre vision de son histoire et du vide ! Le vide quantique est l'acteur central autour duquel s'articule cette nouvelle aventure cosmologique. Il représente sans nul doute un des concepts les plus surprenants qui émerge de la vision quantique du monde. Dans les contextes classique comme quantique, le vide désigne toujours "ce qui reste" quand on a "enlevé" tout ce que l'on "pouvait". Classiquement, il ne reste rien, aucun mouvement, pas d'énergie, l'immobilité totale. Quantiquement, en revanche, il subsiste une agitation non éradicable, les fluctuations quantiques du vide, ainsi que l'énergie minimale, mais non nulle, qui lui est associée : l'énergie du vide.  
    Le vide quantique est un excellent transformateur d'énergie. Quand on lui communique de l'énergie, il l'absorbe en amplifiant ses fluctuations, qui deviennent alors des particules matérielles. Voilà ce qui m'a conduit à explorer la possibilité théorique intrigante : l'Univers ne serait-il qu'une excitation du vide à l'échelle cosmologique, aurait-il pu émerger d'un vide quantique originel ?  
   

Mais où ce vide hypothétique aurait-il bien pu trouver la source d'énergie requise par cette excitation ?

 
    Vous mettez le doigt sur le point crucial, le nœud gordien de toute cette affaire, La réponse est stupéfiante : c'est l'expansion de l'espace elle-même qui transmet de l'énergie au vide, qui s'excite et crée le contenu matériel qui, en retour, conditionne exactement l'expansion de l'espace qui lui a donné naissance. Extraordinaire serpent qui se mord la queue, un bootstrap cosmologique ! Cette expression anglaise (littéralement "se soulever en tirant sur ses propres chaussures") désigne tout mécanisme qui se sous-tend lui-même, qui produit des effets sans cause, qui crée quelque chose à partir de rien… L'énigme énergétique de ce mécanisme cosmologique autoconsistant est ainsi résolue, il ne faut aucune énergie pour l'alimenter parce qu'il ne résulte que de transferts internes d'énergie. C'est un free lunch !  
   

L'expansion accélérée de l'Univers, découverte en 1998, résulte spontanément de la cosmologie autoconsistante, prônée par Edgard Gunzig.

 
   

Cette nouvelle cosmologie autoconsistante conduit-elle à un univers qui serait le nôtre ?

 
    Imaginez mon énorme surprise lorsque j'ai constaté que l'Univers pouvait ainsi non seulement s'auto-engendrer, mais que les caractéristiques essentielles de son histoire sur lesquelles s'accordent aujourd'hui la plupart des physiciens, confirmées récemment par les résultats du satellite européen Planck, étaient également spontanément réalisées : un très bref épisode primordial d'expansion super-accélérée, l'inflation, qui disparaît presque instantanément au profit d'un régime traditionnel d'expansion modérée et décélérée. Il était consensuellement acquis jusqu'en 1998 que cette décélération marquerait ensuite l'expansion indéfiniment. Mais c'est précisément à cette date que se produisit un énorme coup de théâtre, qui rapporta le prix Nobel à ses auteurs : l'Univers est en expansion accélérée depuis environ 5 milliards d'années et cette accélération paraît progressivement s'amplifier. Or, cette propriété, tout comme l'épisode inflatoire primordial résulte spontanément de la cosmologie autoconsistante !  
   

"je voulais éviter l'origine absolue, inexplicable, absurde; celle où il n 'y a pas d'avant"

 
   

Qu'en est-il de votre motivation première, celle de l'origine ? Le big bang est-il vraiment éradiqué ?

 
    Oui, absolument ! Le big bang purement mathématique du modèle standard laisse place au mécanisme physique de la création autoconsistante, dépourvue de toute singularité, Mais l'énigme de l'origine n'est malgré tout pas vraiment résolue à ce stade parce qu'on ne peut éluder la question de l'origine de cet hypothétique vide quantique originel… sauf s'il résulte de l'Univers auquel il donne naissance. Or, c'est précisément ce qui se passe : l'accélération de l'expansion est en effet de plus en plus accentuée et conduit progressivement dans le futur, vers un Univers de plus en plus dilué, qui ne diffère alors plus qu'imperceptiblement du vide quantique. Cet acteur central qui conditionne tout le déroulement de la cosmologie autoconsistante résulte ainsi de l'évolution de l'Univers auquel il a donné naissance, et l'histoire ne peut donc qu'inlassablement recommencer…  
   

Voulez-vous dire que ce futur état de vide vers lequel tend inévitablement l'Univers fera resurgir un univers analogue au précédent ?

 
    Oui… mais avec une nuance : diverses fluctuations quantiques de ce vide peuvent conduire à l'émergence de nouveaux univers, Ces univers-bulles en expansion inflatoire peuvent donc surgir à des moments et en des lieux différents de l'univers qui leur donne naissance. L'ensemble de tous ces univers s'organise en une arborescence infinie d'univers clones. L'Univers laisse place à un méga-univers ou multivers. Il se présente comme un patchwork de bulles d'univers ayant atteint des degrés divers de maturité, qui engendreront à leur tour de nouvelles bulles d'univers. Les univers s'engendrent ainsi les uns les autres et aucun état antérieur autre qu'eux-mêmes n'est requis pour les expliquer. Ils sont les produits d'un bootstrap géométricomatériel à l'échelle cosmologique.  
    Notre Univers ne serait alors qu'un de ces univers-bulles. Il existe depuis 13,8 milliards d'années, mais l'histoire cosmologique, elle, se déroule depuis toujours et pour toujours.  
   

Avez-vous trouvé la tranquillité recherchée et votre réponse à la question des origines ?

 
    Ma tranquillité de vie est venue par la rencontre avec ma femme… Mais découvrir qu'il est possible de concevoir une histoire de l'Univers qui ne commence pas d'une manière irrationnelle m'a apaisé intellectuellement. Ce que je voulais éviter, c'était l'origine absolue, inexplicable, incompréhensible, absurde; celle où il n'y a pas d'avant. Mon travail sur le vide quantique a été une sorte de modèle en miroir de ma façon de vivre. Comme si j'avais cherché à l'intérieur de moi un "vide" que je pouvais faire fluctuer pour devenir créatif et auto-engendrer ma vie. La création de quelque chose qui n'était pas prévu, ni prévisible, mais très efficace et passionnant à vivre, Un bootstrap personnel !  
   

Les fluctuations quantiques peuvent donner naissance à une arborescence infinie d'univers-bulles en des temps et des lieux différents. Notre univers ne serait qu'un exemplaire de ce méga-univers.

 
Dates clés    
1957   Rejoint l'Université libre de Bruxelles, dont il est aujourd'hui professeur honoraire.  
1971   Thèse consacrée au bootstrap en théorie quantique des champs.  
1978   Article sur un modèle cosmologique sans singularité initiale, qui reçoit un prix aux États-Unis.  
1996   Création des rencontres internationales de cosmologie, les Peyresq Physics, dans les Alpes de Haute-Provence.  
       
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