« Je veux me tenir aussi près du bord que possible sans le dépasser. Sur le bord, on voit toutes sortes de choses qu’on ne peut pas voir depuis le centre. »
-Kurt Vonnegut
Notre Univers a commencé par un Big Bang, mais cela ne signifie pas que nous nous le représentons correctement. La plupart d’entre nous l’imaginent comme une explosion : où tout a commencé par être chaud et dense d’un seul coup, puis s’est étendu et refroidi à mesure que les différents fragments s’éloignaient les uns des autres. Mais aussi tentante que soit cette image, elle n’est pas du tout correcte. Cela a conduit Jasper Evers à poser une très bonne question :
Je me demande comment il n’y a pas de centre de l’univers et comment le rayonnement de fond cosmologique est éloigné partout où nous regardons. Il me semble que lorsque l’univers s’étend… il devrait y avoir un endroit où il a commencé à s’étendre.
Réfléchissons un instant à la physique d’une explosion, et à ce que serait notre Univers s’il commençait par une explosion.
Une explosion commence en un point, et s’étend rapidement vers l’extérieur. La matière qui se déplace le plus rapidement se déplace vers l’extérieur le plus rapidement, et donc s’étale le plus vite. Plus vous êtes éloigné du centre de l’explosion, moins la matière vous atteindra. La densité d’énergie diminue partout au fur et à mesure que le temps passe, mais elle diminue plus rapidement à mesure que l’on s’éloigne de l’explosion, car les matériaux énergétiques sont plus rares à la périphérie. Où que vous soyez, vous serez toujours en mesure – en supposant que vous ne soyez pas détruit – de reconstituer le centre de l’explosion.
Mais ce n’est pas l’Univers que nous voyons. L’Univers a la même apparence à grande et à courte distance : les mêmes densités, les mêmes énergies, le même nombre de galaxies, etc. Les objets lointains, qui s’éloignent de nous à grande vitesse, n’ont pas l’air d’avoir le même âge que les objets plus proches de nous qui se déplacent à plus faible vitesse ; ils semblent plus jeunes. Il n’y a pas moins d’objets à grande distance, mais plus d’objets. Et si nous regardons comment tout se déplace dans l’Univers, nous constatons que malgré le fait que nous pouvons voir à des dizaines de milliards d’années-lumière, le centre reconstitué atterrit juste sur nous.
Ça veut dire que nous, parmi les trillions de galaxies de l’Univers, nous sommes par hasard au centre du Big Bang ? Et que le « bang » initial a été configuré de telle manière – avec des densités, des énergies, des « temps de départ » irréguliers et inhomogènes et une mystérieuse lueur de 2,7 K – pour conspirer de telle sorte que nous nous trouvions au centre ? Quel Univers peu généreux ce serait si c’était le cas : se configurer de cette manière incroyablement irréaliste au départ.
Au contraire, ce que la relativité générale prédit n’est pas une explosion, mais une expansion. Un Univers qui part d’un état chaud et dense voit sa structure même s’étendre. On pense à tort qu’il aurait commencé à partir d’un point unique ; ce n’est pas le cas ! Au contraire, il y a une région qui possède ces propriétés – remplie de matière, d’énergie, etc. – puis l’Univers évolue sous l’effet des lois de la gravité.
Il possède partout des propriétés similaires, notamment la densité, la température, le nombre de galaxies, etc. Cependant, si nous devions regarder à l’extérieur, ce que nous verrions serait la preuve d’un Univers en évolution. Parce que le Big Bang s’est produit partout à la fois il y a un temps fini dans une région de l’espace, et que cette région est tout ce qui est observable pour nous, lorsque nous regardons à l’extérieur depuis notre point d’observation, nous voyons une région de l’espace qui n’est pas si différente de notre propre position dans le passé.
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Les galaxies dont la lumière a mis un milliard d’années pour arriver ici apparaissent telles qu’elles étaient il y a un milliard d’années ; les galaxies dont la lumière a mis dix milliards d’années pour arriver ici apparaissent telles qu’elles étaient il y a dix milliards d’années ! Il y a 13,8 milliards d’années, l’Univers était dominé par le rayonnement, et non par la matière, et lorsque l’Univers a commencé à former des atomes neutres, ce rayonnement persiste encore, après avoir été refroidi et décalé vers le rouge par l’expansion de l’Univers. Ce que nous percevons comme le fond diffus cosmologique n’est pas seulement la lueur résiduelle du Big Bang, mais ce rayonnement est observable depuis n’importe quel endroit de l’Univers.
Il n’y a pas nécessairement de centre à l’Univers ; ce que nous appelons une « région » de l’espace où le Big Bang s’est produit pourrait être infini. S’il y a un centre, il pourrait littéralement être n’importe où et nous ne le saurions pas ; la partie de l’Univers que nous pouvons observer est insuffisante pour révéler cette information. Il nous faudrait voir un bord, une anisotropie fondamentale (où différentes directions semblent différentes) dans les températures et le nombre de galaxies, et notre Univers, aux plus grandes échelles, a vraiment l’air identique partout et dans toutes les directions.
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Il n’y a pas un endroit où l’Univers a commencé à s’étendre à cause du Big Bang ; il y a un moment où l’Univers a commencé à s’étendre. C’est ce qu’est le Big Bang : une condition affectant l’ensemble de l’Univers observable à un moment précis. C’est pourquoi regarder à de plus grandes distances dans toutes les directions signifie regarder en arrière dans le temps. C’est pourquoi toutes les directions semblent avoir des propriétés à peu près uniformes. Et c’est pourquoi notre histoire de l’évolution cosmique peut être retracée aussi loin que nos observatoires peuvent voir.
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Peut-être que l’Univers a une forme et une taille finies, mais si c’est le cas, cette information nous est inaccessible. La partie de l’Univers qui nous est observable est finie, et cette information n’y est pas contenue. Si vous considérez l’Univers comme un ballon, une miche de pain ou toute autre analogie de votre choix, rappelez-vous que vous ne pouvez accéder qu’à une infime partie de l’Univers réel ; ce que nous pouvons observer n’est qu’une limite inférieure de ce qui existe. Il pourrait être fini ou infini, mais ce dont nous sommes sûrs, c’est qu’il est en expansion, qu’il devient moins dense et que plus nous regardons loin, plus nous sommes capables de remonter dans le temps. Comme le dit l’astrophysicienne Katie Mack :
L’Univers est en expansion de la même manière que votre esprit est en expansion. Il ne s’étend en rien ; vous devenez simplement moins dense.
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