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Le commencement, la fin. Cette formule biblique provoque souvent, avec d’autres, l’irruption de la cosmologie contemporaine dans le débat Science et Foi. Que sait donc la physique du XXI siècle du commencement et de la fin… de l’univers ?

Le commencement

Le thème du commencement a déjà abondamment été traité sur ce site. Pour faire court, on ne sait pas si l’univers a eu un commencement ou pas. Le Big Bang n’est pas une réponse à cette question. Lorsque la Relativité Générale (RG) prédit que la densité de l’univers tend vers l’infini dans le passé, la fameuse « singularité », elle se « suicide ». Pourquoi ? Parce que si la densité tend vers l’infini, elle va forcément surpasser la valeur à partir de laquelle se forment des trous noirs de la taille d’un atome (« densité de Planck »). Et pour traiter ce genre de choses, il faut prendre en compte la mécanique quantique, ce que la RG ne sait pas faire. C’est tout l’enjeu de la quête de la Gravité Quantique. Plus de détails ici.

La fin

Selon le modèle cosmologique standard, l’expansion de l’univers dans le futur sera principalement déterminée par l’énergie sombre. Cette énergie sombre correspond à une constante dans les équations d’Einstein. Les observations permettent d’en estimer la valeur, même si du point de vue physique on ne sait toujours pas trop ce que c’est. L’hypothèse la plus probable et qu’elle correspond à l’énergie du vide. On sait bien que le vide n’est pas vide, qu’il fourmille en permanence de particules, ça, ça a été observé, mais on n’arrive pas pour le moment à faire le lien entre l’énergie de ces bestioles et la valeur de la constante cosmologique déduite des observations.

Quoi qu’il en soit, selon la physique connue en 2025, c’est cette constante qui dans le futur détermine l’évolution à grande échelle de l’univers. Et quelle est cette évolution ? Une expansion éternelle, de plus en plus rapide. En argot cosmologique, on pourrait dire « de Sitter asymptotique ».

À ce stade, la réponse de la physique du vingt-et-unième siècle à la question « l’univers aura-t-il une fin ? » Est « non ». Il va s’étendre de plus en plus, sans jamais s’arrêter.

Il convient toutefois de placer ici un bémol. Certes, le modèle cosmologique standard a été testé, non sans un certain succès, sur des échelles de temps de l’ordre de la dizaine de milliards d’années. Mais quand on parle d’un futur éternel, une dizaine de milliards d’années, c’est pas beaucoup. Comme l’aurait dit Woody Allen[1] « l’éternité c’est long, surtout vers la fin ». Et lorsque l’on considère des milliards de milliards d’années au lieu de dizaines, de nouvelles questions se posent. Les constantes de la nature que nous connaissons le sont-elles sur des temps aussi longs ? Le boson de Higgs, prévu en 1964, observé au CERN en 2012, qui donne sa masse aux particules élémentaires, se comportera-t-il de la même manière dans des milliards de milliards d’années ? Autant de questions auxquelles la physique actuelle est bien incapable de répondre.

Je recommande à ce titre l’ouvrage de Katie Mack, « Comment tout finira : (Astrophysiquement parlant) », qui passe en revue l’état présent des spéculations sur le futur.

Conclusion

Sait-on, scientifiquement parlant, si l’univers a eu un commencement ? Non. Et s’il aura une fin ? Non plus.

[1] Paternité contestée.