Il y a quelques mois
le Prix Nobel de physique a été décerné
à deux équipes d'astronomes
pour une découverte qui a été reconnue
comme l'une des observations astronomiques
les plus importantes de tous les temps.
Et aujourd'hui, après avoir décrit brièvement ce qu'ils ont découvert,
je vais vous parler d'une théorie très controversée
qui explique leur découverte,
c'est-à-dire la possibilité
que bien au-delà de la Terre,
de la Voie Lactée et d'autres galaxies éloignées,
il se pourrait que notre univers
ne soit pas le seul univers,
mais fasse en fait
partie d'un ensemble d'univers
que nous appelons le multivers.
L'idée d'un multivers est étrange.
La plupart d'entre nous avons grandi en croyant
que le mot « univers » veut tout dire.
En disant la plupart d'entre nous je suis prévoyant,
puisque ma fille de 4 ans m'entend parler de ça depuis qu'elle est née.
L'année dernière je la tenais dans mes bras
et je lui ai dit, « Sophia,
je t'aime plus que tout dans l'univers. »
Elle s'est retournée et m'a dit, « Papa,
univers ou multivers ? »
(Rires)
Mais mis à part cette éducation anormale,
il est bizarre d’imaginer
d’autres mondes différents du nôtre,
avec des caractéristiques fondamentalement différentes,
qu'on pourrait à juste titre appeler des univers à part entière.
Cependant,
bien que l’idée soit certainement spéculative,
je veux vous convaincre
qu’il y a une raison pour la prendre au sérieux
puisque ça pourrait être vrai.
Je vais vous raconter l’histoire du multivers en trois parties.
Dans la première partie,
je vais vous décrire les résultats des lauréats du Prix Nobel
pour mettre en évidence un mystère profond
que ces résultats ont dévoilé.
Dans la deuxième partie,
je vais vous proposer une solution à ce mystère.
Elle se base sur une approche appelée la théorie des cordes,
et c'est là que l’idée du multivers
entre dans l’histoire.
Enfin, dans la troisième partie,
je vais vous décrire une théorie cosmologique
appelée inflation,
qui va rassembler toutes les pièces de l’histoire.
Ok, la première partie remonte à 1929
quand le grand astronome Edwin Hubble
s'est rendu compte que les galaxies lointaines
s’éloignaient toutes de nous,
en établissant que l'espace même s'étire,
il est en extension,
C’était révolutionnaire.
La sagesse prédominante était que sur la plus grande échelle
l’univers était statique.
Et pourtant
il y avait une chose dont on était tous certain :
l’expansion doit être en train de ralentir.
Que tout comme la force de gravité de la Terre
ralentit la montée d'une pomme lancée en l'air,
la force de gravité
d’une galaxie sur toutes les autres
doit ralentir
l'expansion de l'espace.
Avançons rapidement aux années 90
quand ces deux équipes d' astronomes
que j'ai citées au début
ont été inspirées par ce raisonnement
pour mesurer le taux
auquel l'expansion ralentit.
Et elles l'ont fait
en suivant des observations minutieuses
de nombreuses galaxies lointaines,
qui leur ont permis de représenter
comment le taux d'expansion a changé dans le temps.
Voilà la surprise :
Ils ont découvert que l'expansion ne ralentit pas.
Par contre ils ont découvert qu'elle accélère,
de plus en plus.
C'est un peu si vous lancez une pomme en l'air
et qu'elle accélère de plus en plus.
Si vous voyez une pomme faire ça,
vous voudriez savoir pourquoi.
Qu'est-ce qui la pousse ?
De même, les résultats des astronomes
méritent sûrement le prix Nobel,
mais ils ont soulevé une question analogue..
Quelle force pousse les galaxies
à s'éloigner les unes des autres
à une vitesse croissante ?
La réponse la plus prometteuse
nous vient d'une vieille idée d'Einstein.
Nous sommes tous habitués à la gravité
comme étant une force qui ne fait qu'une chose,
elle fait attirer les objets entre eux.
Mais dans la théorie de la gravité d'Einstein,
sa théorie générale de la relativité,
la gravité peut également faire s'éloigner les choses entre elles.
Comment ? Selon les calculs d’Einstein,
si l'espace est uniformément rempli
d'une énergie invisible,
comme une sorte de brouillard uniforme et invisible,
alors la gravité générée par ce brouillard
serait répulsive,
une gravité répulsive,
qui est pile ce dont nous avons besoin pour expliquer les observations.
Parce que la gravité répulsive
d'une énergie invisible dans l'espace --
nous l'appelons maintenant énergie sombre,
mais ici je l'ai représentée par une fumée blanche pour que vous puissiez la voir,
sa gravité répulsive
entrainerait chaque galaxie à se repousser les unes des autres,
en poussant l'expansion à accélérer,
pas à ralentir.
Et cette explication
représente un grand progrès.
Mais je vous ai promis un mystère
dans cette première partie.
Le voilà.
Quand les astronomes ont découvert
la quantité d’énergie sombre
contenue dans l’espace
responsable de l’accélération cosmique,
regardez ce qu’ils ont découvert.
Le chiffre est petit.
exprimé dans l'unité appropriée,
c’est spectaculairement petit.
Et le mystère c’est expliquer ce chiffre aussi petit.
Nous voulons que ce chiffre
ressorte des lois de la physique,
mais jusque là personne n’a trouvé le moyen de le faire.
Vous vous demandez peut-être,
si c’est important.
Peut-être qu’expliquer ce chiffre
n'est qu'une question technique,
un détail technique qui n’intéresse que les experts,
sans importance pour n’importe qui d’autre.
C’est sûrement un détail technique,
mais certains détails sont importants.
Certains détails fournissent
des ouvertures sur des domaines inexplorés de la réalité,
et ce chiffre particulier pourrait justement faire ça,
puisque la seule approche utilisée jusqu’à aujourd’hui pour l’expliquer
invoque la possibilité de l’existence d’autres univers --
une idée qui ressort directement de la théorie des cordes,
ce qui m’amène à la deuxième partie : la théorie des cordes.
Gardez donc à l’esprit
le mystère de l’énergie sombre
pendant que je vous raconte
trois points clé sur la théorie des cordes.
Tout d’abord, qu’est-ce que c’est ?
C’est une approche pour réaliser le rêve d’Einstein
d’une théorie unifiée de la physique,
une structure globale unique
qui serait en mesure de décrire
toutes les forces de l’univers.
Et l’idée centrale de la théorie des cordes
est assez simple.
Elle dit que si vous examinez de plus en plus près
n’importe quel morceau de matière,
au début vous trouverez des molécules
et ensuite vous trouverez des atomes et des particules subatomiques.
Mais la théorie dit que si vous pouviez aller encore plus loin,
bien plus loin que ce que nous pouvons faire avec la technologie actuelle,
vous trouveriez autre chose dans ces particules :
un minuscule filament d’énergie qui vibre,
une minuscule corde qui vibre.
Et tout comme les cordes d’un violon,
elles peuvent vibrer selon des modèles différents
en produisant des notes différentes.
Ces petites cordes fondamentales,
en vibrant selon différents modèles,
produisent différents types de particules --
des électrons, des quarks, des neutrinos, des photons,
et toutes les autres particules
se retrouveraient unies dans une seule structure,
puisqu'elles seraient toutes issues de la vibration des cordes.
C’est un cadre convaincant,
une sorte de symphonie cosmique,
où toute la richesse
que nous voyons dans le monde qui nous entoure
émerge de la musique
que ces petites cordes minuscules peuvent jouer.
Mais cette unification élégante
a un coût,
parce que des années de recherche
ont montré que les mathématiques de la théorie des cordes ne marchent pas vraiment.
Il y a des contradictions internes,
à moins que nous n’acceptions
quelque chose de totalement inhabituel --
d’autres dimensions de l’espace.
Nous connaissons tous les trois dimensions de l’espace.
Et vous pouvez les voir comme
hauteur, largeur et profondeur.
Mais la théorie des cordes dit que, à des échelles extraordinairement petites,
il y a d’autres dimensions
écrasées à une taille si minuscule
que nous ne les avons pas détectées.
Mais même si les dimensions sont cachées,
elles auraient un impact sur les choses que nous observons
parce que la forme des dimensions supplémentaires
détermine la manière dont les cordes vibrent.
Et dans la théorie des cordes,
la vibration détermine tout.
La masse des particules, la puissance des forces,
et surtout, la quantité d’énergie sombre
seraient déterminées
par la forme des dimensions supplémentaires.
Si nous connaissions la forme de ces autres dimensions,
nous serions capables de calculer ces éléments,
de calculer la quantité d’énergie sombre.
La difficulté
vient du fait que nous ne connaissons pas
la forme de ces autres dimensions.
Tout ce que nous avons
c’est une liste de formes possibles
basées sur les maths.
Quand ces idées ont été développées,
il y avait seulement cinq formes possibles,
vous pouvez donc imaginez
de les analyser une par une
pour déterminer si l’une d’entre elles nous donne
les caractéristiques physiques que nous observons.
Mais au fil du temps la liste s’est allongée
et les chercheurs ont trouvé d’autres formes potentielles.
De cinq, nous sommes passés à des centaines et ensuite à des milliers --
Une grande collection à analyser, mais encore maitrisable,
puisque après tout,
les étudiants doivent trouver quelque chose à faire.
Mais ensuite la liste s'est encore allongée
à des millions et des milliards, jusqu’à aujourd’hui.
La liste de formes potentielles
a atteint le chiffre de 10 à la puissance 500.
Alors, que faire ?
Certains chercheurs ont perdu courage,
en concluant qu’il y avait tellement de formes possibles pour les dimensions supplémentaires,
chacune donnant lieu à des caractéristiques physiques différentes,
que la théorie des cordes ne pourrait jamais
faire de prédictions décisives et vérifiables.
Mais d’autres ont vu le problème différemment,
en nous amenant à la possibilité d’un multivers.
Voilà l’idée.
Peut-être que chacune de ces formes est au même niveau que les toutes autres.
Elles sont toutes réelles,
dans le sens où
il y a beaucoup d’univers,
chacun avec une forme différente, pour les dimensions supplémentaires.
Et cette proposition radicale
a un impact profond sur ce mystère :
la quantité d’énergie sombre révélée par les résultats des lauréats du prix Nobel.
Parce que voyez-vous,
s’il existe d’autres univers,
et si ces univers
ont chacun, disons, une forme différente pour les dimensions supplémentaires,
alors les caractéristiques physiques de chaque univers seront différentes,
et surtout,
la quantité d’énergie sombre dans chaque univers
sera différente.
Ce qui signifie que le mystère
qui explique la quantité d’énergie sombre que nous avons mesurée
prend un caractère complètement différent.
Dans ce contexte,
les lois de la physique ne peuvent pas expliquer un seul chiffre pour l’énergie sombre
parce qu’il y a n’y a pas un seul chiffre,
il y a beaucoup de chiffres.
Ce qui signifie
que nous nous sommes posé la mauvaise question.
Et la bonne question à poser est,
pourquoi nous les humains sommes dans un univers
avec une certaine quantité d’énergie sombre que nous avons mesurée
au lieu de n’importe quelle autre possibilité
disponible ?
Et voilà la question qui nous permettra d’avancer.
Parce que dans ces univers
qui ont beaucoup plus d’énergie sombre que le nôtre,
chaque fois que la matière essaye de se regrouper en galaxies,
la force répulsive de la matière sombre est tellement forte
qu’elle disperse ce qui se rassemble
et les galaxies ne se forment pas
Et dans ces univers qui ont beaucoup moins d’énergie sombre,
ils s’effondrent sur eux-mêmes si rapidement
qu'encore une fois les galaxies ne se forment pas
Et sans galaxies, il n’y a pas d’étoiles, pas de planètes
et aucune chance
que notre forme de vie
existe dans ces autres univers.
Nous nous trouvons donc dans un univers
avec une certaine quantité d’énergie sombre que nous avons mesurée
simplement parce que notre univers a des conditions
favorables à notre forme de vie.
Et tout est là.
Mystère résolu,
multivers trouvé.
Certains trouvent cette explication insatisfaisante.
Nous sommes habitués à une physique
qui nous donne des explications définitives pour ce que nous observons.
Mais le problème est que,
si la caractéristique que nous observons
peut et doit prendre
un grand nombre de valeurs
dans tout le vaste paysage de la réalité,
alors penser à une explication
pour une valeur particulière
est tout simplement malavisé.
Un premier exemple
nous vient du grand astronome Kepler
qui était obsédé par la compréhension
d’un autre chiffre --
pourquoi le Soleil se trouve à 150 millions de km de la Terre.
Il a travaillé pendant des décennies pour expliquer ce chiffre,
mais sans succès, et nous savons pourquoi.
Kepler se posait
la mauvaise question.
Nous savons maintenant qu’il y a beaucoup de planètes
à différentes distances de leurs étoiles hôtes.
Espérer que les lois de la physique
expliquent un chiffre en particulier, 150 millions de km,
c’est tout simplement faire fausse route.
La bonne question à poser est plutôt,
pourquoi nous les humains nous trouvons-nous sur une planète
à cette distance précise,
au lieu d’une autre ?
Encore une fois, c’est une question à laquelle nous pouvons répondre.
Ces planètes qui sont plus proches d’une étoile comme le Soleil
seraient tellement chaudes
que notre forme de vie n’existerait pas.
Et ces planètes qui sont beaucoup plus éloignées de l’étoile,
seraient tellement froides
que notre forme de vie ne pourrait pas se développer.
Nous nous trouvons donc
sur une planète à une distance précise
simplement parce qu’elle fournit les conditions
essentielles à notre forme de vie.
Et quand il s’agit des planètes et de leurs distances,
c’est manifestement le bon raisonnement.
Le fait est que
quand il s’agit d’univers et de l’énergie sombre qu’ils contiennent,
ce pourrait être aussi le bon raisonnement.
Une différence clé, bien sûr,
c’est que nous savons qu’il existe d’autres planètes,
mais jusqu’ici j’ai juste supposé
qu’il puisse y avoir d’autres univers.
Donc, pour tout mettre ensemble
il nous faut un mécanisme
qui puisse vraiment créer d’autres univers.
Et cela m’amène à la dernière partie, la troisième partie.
Parce que les cosmologistes ont trouvé
un tel mécanisme en essayant de comprendre le Big Bang.
Quand nous parlons du Big Bang,
nous en avons souvent une image
d’une sorte d’explosion cosmique
qui a créé notre univers
en déclenchant l’expansion.
Mais il y a un petit secret.
Le Big Bang ne prend pas en compte une chose très importante,
le Bang.
Il nous dit comment l’univers a évolué après le Bang,
mais ne nous donne aucune idée
de ce qui a déclenché le Bang même.
Et cette lacune a finalement été comblée
par une version améliorée de la théorie du Big Bang.
Elle s’appelle l'inflation cosmique,
ce qui a identifié un certain type de combustible
qui produit naturellement
une expansion de l’espace.
Le combustible est basé sur ce qui s’appelle un champ quantique,
mais le seul détail qui compte pour nous
c’est que ce combustible est tellement efficace
qu’il est virtuellement impossible
de tout l’utiliser,
ce qui signifie dans la théorie de l’inflation,
que le Big Bang qui a donné naissance à notre univers
n’est tout probablement pas un évènement isolé.
Au contraire, le combustible a non seulement créé notre univers,
mais il a aussi généré d’innombrables Big Bang,
chacun donnant naissance à son propre univers séparé
et notre univers ne serait qu’une bulle
dans un gros bain de bulles d’univers.
Et maintenant, en mélangeant ceci avec la théorie des cordes,
voici où cela nous mène.
Chaque univers a d’autres dimensions.
Les dimensions supplémentaires ont une grande variété de formes.
Les différentes formes produisent des caractéristiques différentes.
Et nous nous retrouvons dans un univers plutôt que dans un autre
simplement parce que seul notre univers
a les caractéristiques physiques, comme la quantité d’énergie sombre,
qui conviennent pour que notre forme de vie s’installe.
Et c’est donc l’image fascinante mais très controversée
d’un cosmos plus vaste
que ces observations et théories de pointe
nous ont amenés à considérer sérieusement.
Il reste une dernière grande question :
Pourrons-nous un jour confirmer
l’existence d’autres univers ?
Laissez-moi vous décrire
une façon dont cela pourrait arriver un jour.
La théorie de l’inflation
s'appuie déjà sur de solides observations.
Parce que la théorie prévoit
que le Big Bang a été tellement fort
que pendant que l’espace s'étendait rapidement,
de minuscules sursauts quantiques du micromonde
se seraient étirés vers le macromonde,
en produisant une empreinte distinctive,
un modèle avec des endroits un peu plus chauds et un peu plus froids,
dans tout l’espace,
que les télescopes puissants ont maintenant observé.
En allant plus loin, s’il y a d’autres univers,
la théorie prévoit que de temps en temps
ces univers peuvent entrer en collision.
Et si notre univers en heurte un autre,
cette collision
provoque un autre modèle subtil
de variations de température dans tout l’espace
que nous pourrions un jour
détecter.
Et pour autant que cette image puisse paraitre farfelue,
elle pourrait un jour se fonder
sur des observations,
établissant l’existence d’autres univers.
Je terminerai
par une implication frappante
de toutes ces idées
pour l'avenir très lointain.
Vous voyez, nous avons appris
que notre univers n’est pas statique,
que l’espace est en expansion,
que cette expansion accélère
et qu’il pourrait y avoir d’autres univers
tout cela en examinant attentivement
de faibles points de lumière d'étoiles
qui nous arrivent de galaxies lointaines.
Mais puisque cette expansion accélère,
dans un avenir très lointain,
ces galaxies s’éloigneront tellement, et tellement vite
que nous ne pourrons plus les voir --
non pas à cause de limitations technologiques,
mais à cause des lois de la physique.
La lumière émise par ces galaxies,
même en voyageant à la grande vitesse, la vitesse de la lumière,
ne pourra pas surmonter
le fossé sans cesse grandissant entre nous.
Les astronomes dans un avenir lointain
qui observeront le fin-fond de l’espace
ne verront qu’une étendue infinie
d’immobilité statique, sombre, noire.
Et ils en concluront
que l’univers est statique et immuable
et peuplé d’une seul oasis centrale de matière
qu’ils habitent --
une image de l’univers
que nous savons être absolument fausse.
Peut-être que ces futurs astronomes auront des archives
transmises depuis époque précédente,
comme la nôtre,
attestant d'un univers en expansion
grouillant de galaxies.
Mais est-ce que ces futurs astronomes
croiront à ces anciennes connaissances ?
Ou croiront-ils
en un univers noir, vide, statique
que leurs observations ultra-modernes révèleront ?
Je penche pour cette dernière solution.
Ce qui signifie que nous vivons
dans une époque remarquablement privilégiée
où certaines vérités profondes sur le cosmos
sont encore à portée
de l’esprit humain d’exploration.
Il semble que ça pourrait ne pas être toujours le cas.
Parce que les astronomes d’aujourd’hui,
en dirigeant les télescopes puissants vers le ciel,
ont capturé une poignée de photons absolument riches en informations --
une espèce de télégramme cosmique
des milliards d’année en transit.
Et le message qui résonne à travers les siècles est clair.
Parfois la nature garde ses secrets
avec l'emprise indomptable
des lois physiques.
Parfois la vraie nature de la réalité nous apparait
juste au-delà de l’horizon.
Merci beaucoup.
(Applaudissements)
Chris Anderson : Brian, merci.
L'étendue des idées dont vous avez parlé
est étourdissante, exaltante, incroyable.
Où pensez-vous
que se situe la cosmologie maintenant,
du point de vue historique ?
Selon vous, sommes-nous en plein milieu de quelque chose d’historiquement inhabituel?
BG : Difficile à dire.
Quand nous apprenons que les astronomes d’un avenir lointain
pourraient ne pas avoir assez d’informations pour comprendre les choses,
la question qui vient est, nous sommes peut-être déjà dans cette position
et certaines caractéristiques cruciales et profondes de l’univers
ont déjà échappé à notre capacité de comprendre
à cause de l’évolution cosmologique.
De ce point de vue,
nous nous poserons toujours des questions
auxquelles nous ne pourrons jamais répondre.
D’autre part, nous pouvons maintenant
dater l’univers.
Nous savons
comment interpréter les données du fond diffus cosmologique
qui s’est produit il y a 13,72 milliards d’années --
et pourtant, nous pouvons faire aujourd’hui des calculs qui prévoient son aspect
et ça correspond.
La vache ! C’est stupéfiant.
Donc, d’un côté, c’est incroyable de voir où nous en sommes,
mais qui sait quelles sortes d’obstacles nous pourrons trouver à l’avenir.
CA : Vous serez dans le coin dans les prochains jours.
Peut-être que certaines de ces conversations peuvent se poursuivre.
Merci. Merci, Brian, (BG : Tout le plaisir est pour moi.)
(Applaudissements)