Trous noirs, relativité d’Einstein et big bang : et si tout était faux ?

La relativité générale d’Einstein gouverne la physique du cosmos et de l’univers depuis 100 ans. Elle a suscité des controverses passionnées avant d’être acceptée par les physiciens. Elle a engendré une somme colossale d’études, non seulement empiriques mais aussi théoriques, avec les modèles d’univers utilisant des métriques spécifiques et puis ces étranges solutions que sont les trous noirs. Pendant cette époque, les observations astronomiques ont été utilisées pour appuyer un modèle de cosmogonie reconnu comme le récit officiel de l’histoire de l’univers. Ainsi le big bang décrit la naissance et l’expansion de l’univers à partir d’un état d’extrême densité et une phase inflationnaire. Quant aux trous noirs, d’aucuns pensent qu’il existent et qu’ils pourraient rendre compte de certaines observations astronomiques alors que du côté de la théorie, la description quantique du trou noir initiée dans les années 70 par Bekenstein et Hawking a beaucoup intrigué les physiciens.

Et maintenant en 2014, si on réfléchissait. Il se pourrait bien que ces trois piliers essentiels de la cosmologie moderne aboutie soient en vérité inexacts. Vous avez bien lu. La relativité d’Einstein est un modèle théorique du cosmos « astronomiquement valide » mais « ontologiquement faux ». Les trous noirs tels qu’ils sont conçus par la relativité d’Einstein n’existent pas. Ils renvoient à autre chose comme le suggère Monsieur Hawking en soumettant le trou noir à l’épreuve de la physique quantique, et plus spécialement face au principe universel gouvernant la matière, la symétrie CPT. Le sort du big bang est aussi en balance, malgré l’intense consensus de la communauté scientifique pour ce modèle sans oublier l’adhésion du grand public à ce récit qui constitue à la fois une cosmogonie bâtie avec de la science et une sorte de mythe pour grands enfants.

Le fait que le big bang est une conception « vacillante » ne fait aucun doute pour les scientifiques et philosophes doués de perspicacité et du « bon sens » scientifique. Leurs propos restent néanmoins confidentiels, publiés dans quelques journaux, sur le Web, ainsi que des ouvrages avec parfois des éditeurs sérieux comme Le Seuil qui vient de publier une étude de l’historien des sciences Thomas Lepeltier dans laquelle il est montré que les physiciens ont « forcé » l’utilisation des données astronomiques pour privilégier une approche, celle du big bang, tout en délaissant les autres options possibles. Dans un autre registre, le physicien Jean-Marc Bonnet-Bidaud prend l’affaire en main et dans un entretien s’explique sur six points scientifiques nécessitant un débat contradictoire sur le big bang qui est en réalité basé sur des hypothèses très restrictives alors qu’il est possible d’aborder ces six points scientifiques avec des options distinctes de celles régissant le modèle standard de l’univers. C’est le cas de la géométrie du cosmos, du décalage vers le rouge qui peut avoir une autre explication que l’éloignement des galaxie, ou encore du rayonnement diffus dans le cosmos qui pourrait avoir une autre explication que l’hypothèse d’une trace de l’explosion primordiale puis du refroidissement de l’univers.

Faut-il revoir le big bang ? Ma réponse est oui. Maintenant, il faut défendre cette position. Les critiques de Bonnet-Bidaud sont utiles mais elles n’économisent pas un angle d’attaque plus théorique en plaçant la cosmologie sous le crible de l’autre mastodonte physique, la théorie quantique. Regardons la situation en face. La théorie d’Einstein utilise une formule quasi-magique pour décrire l’étendue et une formule on ne peut plus classique pour décrire la matière. Or, c’est cette matière qui s’ordonne tout en ordonnant l’univers. Pour résumer la situation, nous avons une matière décrit par la physique quantique (plus le modèle standard), un cosmos décrit par la relativité générale qui est une description classique de l’étendue et de la gravité mais qui n’inclut pas certaines lois fondamentales de la « matière quantique » (Mon idée étant que la Gravité est d’une part double et d’autre part qu’elle supprime dialectiquement les effets quantiques. Ces idées sont consignées dans mon essai intitulé Après Newton et Einstein, la cosmonadologie quantique, qui cherche un éditeur).

Cela dit, autant y aller le plus directement. D’après Stephen Hawking, le trou noir conçu avec la relativité d’Einstein violerait un principe fondamental de la physique quantique, la symétrie CPT. Hawking, coutumier des déclarations provocatrices, a donc fait une mise au point récemment en concluant que les trous noirs ne sont pas ceux que l’on pensait être. Il a notamment modifié la conception de l’horizon du trou noir. Hawking n’est cependant pas allé jusqu’à l’ultime provocation en énonçant une possible conséquence de ses recherches sur le trou noir quantique : la relativité générale n’a plus cours pour des situations d’extrême densité de matière. Il a néanmoins jeté un trouble immense car au final, c’est quand même la théorie d’Einstein qui est contredite avec le remplacement de l’horizon classique du trou noir par un horizon apparent consécutif à l’application de la physique quantique et de la symétrie CPT.

L’équation canonique de la cosmologie relativiste d’Einstein s’écrit ainsi

[ R ] = [ T ] traduit en termes « primitifs » : [ Géométrie ] = [ Matière ]

La physique du 21ème siècle s’apprête à découvrir que cette équation ne décrit pas l’univers dans sa complétude. Elle n’est pas une approximation d’une théorie plus englobante (comme peut l’être la mécanique de Newton face à la relativité d’Einstein). Elle est une équation qui décrit un univers tronqué ! Cette situation est la conséquence ultime de la science moderne (qui signe son échec à comprendre et connaître la nature, que ce soit en physique, en biologie ou en psychologie). Il y aurait une matière géométrie, celle des équations cosmologiques, et une autre « matière » ou si l’on veut, une autre « substance ».

Ce qui ouvre non pas vers une nouvelle manière de « voir » l’univers comme au temps de Copernic et Galilée mais une nouvelle manière de « concevoir » l’univers. Bien évidemment, cette éventualité n’a rien de fantaisiste, elle découle de l’autre grande théorie, la physique quantique qui comme on l’a vu, se « frite » à la cosmologie relativiste au niveau du trou noir. Dans 10 ou 50 ans, les historiens de la physique écriront que l’affaire des trous noirs a permis à la physique de montrer les limites de la relativité d’Einstein. Une bataille décisive va s’engager et verra la (une) physique quantique l’emporter.

Autant dire que la cosmologie est un domaine qui a de l’avenir et qui devrait intéresser les jeunes chercheurs car il va s’y passer beaucoup de choses. Et d’ailleurs, quelques physiciens post-doc sont sur le tarmac, prêts à en découdre avec les anciens en développant la dynamique des formes dans de multiples directions, trous noirs inclus. J’aurai peut-être quelques nouvelles à présenter ici ou alors je les inclurai dans mon essai sur la cosmonadologie quantique où j’esquisse une compréhension inédite de la matière et du cosmos.