L'ère de Planck

Notre description de la naissance de l'Univers ne va hélas pas commencer exactement au temps zéro. Plus l'Univers est proche de sa naissance, plus sa température et sa densité sont élevées. Ainsi, lorsque nous nous approchons du temps zéro, les conditions deviennent de plus en plus extrêmes et les lois de la physique doivent être extrapolées dans des domaines jamais explorés sur Terre.

Les physiciens ont développé au cours du siècle dernier des théories d'unification des forces qui permettent de tenter des extrapolations. Cependant, comme nous l'avons vu, il n'y a pas encore de théorie bien établie d'unification de la gravitation avec les autres forces, seulement quelques bribes de réponses, par exemple la théorie des supercordes. Ainsi, il n'est pas envisageable à l'heure actuelle 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 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.

L'espace-temps

Cela 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 maintenant se comporter comme les trois autres forces, elle est elle aussi associée à une particule porteuse de l'interaction, appelée 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 très agitée, dans laquelle des liens se font et se défont sans arrêt entre des régions très éloignées.

Ajoutons à ce tableau déjà un peu difficile à visualiser le fait qu'à cette époque les six dimensions d'espace supplémentaires requises 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 neuf 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 habituelle des choses, lorsque l'on se rapproche du temps zéro, l'Univers devient de plus en plus dense et chaud, jusqu'à finalement atteindre un état de singularité où la densité et la température atteignent des valeurs infinies.

Mais d'après une autre théorie, développée par l'Anglais Stephen Hawking et l'Américain James Hartle, une telle singularité n'est pas nécessaire. D'après ces deux théoriciens, 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 - mais n'est guère facile à imaginer.