Comprendre les tout débuts de l'Univers

Les cosmologistes, actuellement, par la Relativité Générale d'Einstein, par la théorie de l'inflation et par le Modèle standard de la physique, disposent de bases qui semblent saines pour comprendre les tout débuts de l'Univers: l'Univers naît d'une "singularité quantique" qui, précisément, a été correctement expliquée par la théorie de l'inflation: un ensemble d'un champ de faux-vide et d'un "fossé" d'énergie moindre, d'une taille infinitésimalement petite, entre en instabilité; c'est ce qui déclenche le Big Bang. L'instabilité transforme l'énergie du champ en matière et en énergie, avec, de plus, l'épisode inflationnaire

Les conceptions d'espace-temps et de courbure de l'espace comme nouvelle conception de la gravité de Newton permettent de remonter loin dans le temps à partir d'aujourd'hui. Toutes les structures globales de l'Univers actuel (galaxies, etc.) pointent vers un point de départ originel. Dès passé le temps des premières étoiles puis des premières molécules, passé encore le temps des atomes, puis des briques des atomes, la main passe à l'explication par le biais de la physique des particules et, enfin de la mécanique quantique. Scientifiquement, cependant, même la physique quantique ne peut décrire rationnellement ce qui se passe au-delà de 10^-43 secondes après le point initial de l'Univers. Ceci parce que le Modèle standard de la physique -la physique quantique- n'inclut pas, dans son explication des particules fondamentales, la gravité. La gravité, dans le Modèle standard, bien que force prise en compte, n'est pas -théoriquement, mathématiquement- incluse dans le modèle d'explication des particules. On a donc là une impossibilité théorique

Si, faisant abstraction de cette impossibilité théorique, on s'efforce de passer le temps de Planck et de raisonner, en termes non-mathématiques, sur quelle peut être la logique entre le moment initial et le moment où, au temps de Planck, le Modèle standard s'applique, qu'est-ce que l'on peut dire? Il semble que ce qui suit puisse être fondé

• au temps T0, existe un ensemble, d'une dimension infinitésimalemnt petite, qui est formé, d'une part, d'un champ de faux-vide, porteur d'énergie potentielle et d'une force anti-gravitationnelle, d'autre part d'un "fossé" d'énergie moindre. Cet ensemble est en équilibre
• l'équilibre de la singularité quantique est "dérangé". Le champ de faux-vide "verse" dans le fossé. Ce contact déclenche les énergies fantastiques du Big Bang et cette énergie va se disperser en matière et en énergie
• on pense, qu'avant le temps de Planck, les forces fondamentales de la physique moderne (la force forte qui tient ensemble les bases premières -les quarks- de la matière, la force faible qui concerne les bases instables de la matière, l'électro-magnétisme qui tient les particules entre elles par l'électro-magnétisme, la gravité -ou non, d'ailleurs) sont unifiées
• comment s'articule cette idée d'une force unifiée avec l'idée de l'ensemble champ du faux-vide/fossé à énergie moindre? Il est possible que la force unifiée est la constituante du champ et c'est elle qui va, par contraste avec le champ d'énergie moindre, déclencher l'énergie du Big Bang
• comment cette idée s'articule-t-elle avec le fait que l'un des constituants de l'ensemble primordial contient une force anti-gravitationnelle? Sans doute par le biais de la célèbre "constante cosmologique" d'Einstein: le vide de l'Univers contient une force anti-gravitationnelle. Donc, pourquoi pas un champ de faux-vide?

On peut donc ainsi aboutir à cette idée qu'il pourrait bien n'y avoir qu'incompatibilité apparente entre Relativité Générale et mécanique quantique. Le point de jonction se ferait par la gravité et l'anti-gravité. Ce point peut peut-être s'expliquer par l'imbrication des forces de la physique avant le temps de Planck: si, comme le décrit le Modèle standard, les forces, y compris la gravité, se fondent sur des particules porteuses de force, si anti-gravité il y a, il peut aussi y avoir anti-force forte, anti-force faible, etc., on peut avoir là une piste vers un état des forces qui tend à se fondre voire y compris leurs particules porteuses de force. Aussi voire surtout, s'il n'y a pas incompatibilité entre les deux explications du monde, on peut s'attendre à ce que la mathématique actuelle de la physique des particules -et, donc, celle de la Relativité Générale- soient suffisantes pour pousser au-delà du temps de Planck. A creuser donc...

Un enchaînement des évènements et structures qui se déclenchent à partir du Big Bang semble la suivante: l'anti-gravité précède la gravité; les particules de base apparaissent; anti-gravité et gravité dans un contexte d'espace-temps, déclenchent l'inflation; l'inflation détermine la structure filamentaire de l'Univers; les autres forces qui déterminent les échanges de force entre particules, ainsi que le magnétisme ou l'électricité permettent l'association des particules; la matière noire, accumulée aux filaments permet l'évolution de la matière fondamentale; il est possible que l'espace-temps inclue de l'anti-gravité avec de la gravité et qu'un processus d'anti-gravité réapparaisse il y a 7 milliards d'années avec l'énergie noire. Enfin, selon la physique quantique, la matière et la lumière, dans l'Univers, se comportent soit comme une onde, soit comme une particule. La gravité, selon le Modèle standard, la théorie régnante en physique depuis les années 1970, pose problème: en effet, en tant que force, elle devrait être, comme toutes les autres particules élémentaires, liée à une particule transporteuse de force. Mais, jusqu'à présent les physiciens atomiques n'ont jamais détecté cette particule, qu'ils appellent le "graviton", dans leurs accélérateurs. L'énergie totale émise pendant la collision d'atomes dans ces accélérateurs cependant, comparée au nombre de particules observées, montre qu'il existe de l'énergie en trop -pour laquelle ne sont pas observées de particules. Les physiciens pensent que cet excès correspond à la gravité. Aussi, il semble bien que soit la gravité n'est pas liée à une particule transporteuse de force -et donc qu'elle est des forces du monde sub-atomique de nature particulière- soit que les détecteurs actuels des accélérateurs de particule ne sont pas suffisamment précis pour repérer cette particule. De plus, sur ce sujet, le présupposé des physiciens des particules est que la gravité, à l'échelle des briques fondamentales du réel, soit une force de type quantique, transportée par une particule. Cependant, il est possible que la gravité, même dans le cadre de cette analyse quantique du monde des particules reste de type einsteinienne: une courbure, par la masse, de l'espace-temps. La recherche menée dans le domaine des particules semble permettre à certains physiciens atomistes d'affirmer, en théorie, qu'une particule, le "boson de Higgs", donne leur masse aux autres particules. Ils l'appellent même la "particule divine" (en anglais: "God particle") car elle serait ainsi à la base des débuts du Big Bang. En fait, il est possible que le choix des théories reste ouvert: la gravité est-elle, ou non, une force comme une autre, associée à une particule transporteuse de force, selon les vues du Modèle standard ou le boson de Higgs est-il aussi partie de l'explication?

Enfin, un autre point de vue important sur les mécanismes importants de l'Univers est ce que l'on constate vers le moment de l'époque de la recombinaison: l'Univers, alors se compose essentiellement de matière noire (63%) et de neutrinos (10%). Le reste est de la matière "normale" et des photons. L'énergie noire était négligeable. Cet énorme présence de la matière noire ne laisse pas de poser question. Elle ne représente plus que 23% de l'Univers à l'heure actuelle et les neutrinos sont tombés à 1%; l'énergie noire en est désormais à 72%. Il semble donc bien y avoir corrélation entre la décroissance de la matière noire et des neutrinos et la hausse de l'énergie noire

• si, vers 400 000 ans après le Big Bang, la matière noire est à ce point importante et l'énergie noire quasi négligeable, cela peut amener à deux constatations: d'une part, la matière noire semble bien faire partie du processus de création de ce qui est créé par les processus primordiaux du Big Bang (ou n'est-elle créée que dans les stades terminaux de la création de matière, par exemple, lorsque les atomes se forment?); d'autre part, cette infirme part de l'énergie noire dans ces débuts de l'Univers semble signifier que cette "énergie du vide" se limiterait alors à l'échelle des particules voire des champs du faux-vide ou de l'inflation (comment expliquer alors qu'elle acquiert cette dimension nouvelle, il y a 7 milliards d'années, d'une force capable d'accélérer l'Univers à l'échelle des grandes structures?)
• quelle est l'explication de la corrélation entre déclin de la quantité de matière noire et augmentation de l'énergie noire? Entre ces débuts de l'Univers et il y a 7 milliards d'années, que s'est-il passé sinon la formation de la majorité des galaxies et des étoiles. Le fait que la matière noire s'inclut dans les galaxies ou forme ses propres structures de grande taille, le fait, donc, qu'elle se structure, semble en faire diminuer la quantité. Et, si l'énergie noire passe d'une action au niveau des particules à celui de l'Univers, on pourrait admettre que, plus la matière -et la matière noire- se structure, plus ses structures de grandes tailles -des atomes aux molécules, des nuages de gaz aux étoiles et aux galaxies- semblent posséder elles-mêmes sa faculté d'anti-gravité