Une équipe de chercheurs a intercepté une trace du big bang originel. Cette découverte a estomaqué la communauté scientifique. Elle confirme une explication sur l'origine de notre monde et pourquoi le cosmos s'est organisé pour finir par donner la vie.

La scène est particulièrement touchante. Andreï Linde et son épouse ouvrent la porte de leur petite maison sous le soleil radieux du printemps californien. Ce physicien russo-américain, professeur à l'université de Stanford, est connu pour avoir imaginé un scénario des premiers instants de la Création dans les années 80. Quelques milliardièmes de milliardièmes de seconde après l'étincelle des origines, l'Univers se serait gonflé comme une baudruche à une vitesse vertigineuse (voir infographie ci-dessous).

Quand on parle de vitesse vertigineuse, ce n'est même pas le temps nécessaire à un ado pour engloutir une part de pizza avant de poursuivre sa partie de Candy Crush sur son téléphone portable. Imaginez plutôt une seconde divisée en milliards de microscopiques parcelles de temps et vous serez plus près de la réalité. Cette théorie s'appelle l'«inflation cosmique». Expliquer pourquoi Andreï Linde et d'autres scientifiques ont imaginé cette inflation cosmique serait un peu long. Toujours est-il que ce 17 mars 2014, l'esprit affûté du chercheur comprend vite qu'il se passe quelque chose de pas très normal sur le palier de sa porte.

Comment l'Univers a vu le jour

Une avancée inespérée

Le professeur assistant avec lequel il travaille, Chao-Lin Kuo, affiche un sourire béat. À ses côtés, un cameraman est là, ­silencieux. Chao-Lin Kuo annonce alors: une équipe du centre d'astrophysique de Harvard-Smithsonian a trouvé la trace qu'elle cherchait. Cette trace, c'est une ­représentation absurdement ténue d'une vibration fossile de l'Univers, celle d'une onde cosmique primordiale attrapée par un télescope à l'autre bout de la planète dans le cadre de la mission Bicep2. Cette découverte, si elle est confirmée, s'impose comme le premier élément de preuve que l'intuition scientifique d'Andreï Linde ne l'a pas trompé quand il postulait sa théorie.

L'épouse de Linde, également physicienne, semble s'évanouir et tombe dans les bras de Chao-Lin Kuo. Andreï Linde, lui, ­demande à son assistant de répéter encore et encore ce qu'il vient de lui dire. Il est comme un gagnant du Loto vérifiant chaque numéro, incrédule de voir la bonne combinaison s'afficher chaque fois. «C'est le bonheur du scientifique auquel la nature vient de donner raison, il n'y a sans doute pas de bonheur plus incroyable que celui-là», commente le physicien français Etienne Klein.

Une nouvelle pièce dans le puzzle de la Création

Partout dans le monde, l'ensemble de la communauté scientifique est estomaqué. Beaucoup promettent déjà un prix Nobel aux chercheurs qui ont travaillé pendant trois ans, dans le froid polaire de l'Antarctique, en fixant obstinément un coin du ciel avec des instruments d'une grande précision. «C'est sans doute la plus importante découverte des quinze dernières années», déclare le prix Nobel de physique Robert W. Wilson. D'autres scientifiques préfèrent attendre les résultats de la mission Planck avant de s'enthousiasmer définitivement. Coordonnée par l'Agence spatiale européenne (ESA), l'équipe du satellite Planck poursuit les ­mêmes objectifs: trouver des traces des premiers instants de notre Univers, mais en ­explorant l'intégralité du cosmos, cette fois.

La découverte de ces traces d'ondes gravitationnelles ayant perturbé l'espace-temps aux origines du cosmos apporte une nouvelle preuve de la pertinence de la thèse selon laquelle un big bang originel a bien eu lieu. Elle expliquerait aussi certaines propriétés de notre Univers. Pour ceux qui n'ont pas déjà mal à la tête et se sentent le courage d'aller plus loin dans la complexité, Etienne Klein rentre dans les détails plus loin.

Pour faire simple, c'est comme si une nouvelle pièce prenait place dans ce puzzle de la création du monde où, chacun le reconnaît, il manque encore de nombreuses choses, des pièces majeures, mais aussi la taille de la boîte et surtout le nom de l'éditeur. Il n'empêche: jamais il n'avait été possible de fouiller aussi loin dans le passé de notre monde. L'équipe de Bicep2 a franchi «les âges sombres», cette période où l'Univers n'était qu'une mousse d'énergie informe dont les photons de lumière ne pouvaient s'échapper. C'est comme si ces chercheurs avaient pu filmer à travers un mur. Cela leur aurait valu, il y a encore quelques siècles, de finir rapidement sur un bûcher pour sorcellerie.

Depuis une trentaine d'années, les connaissances sur notre Univers avancent à pas de géant. Les ordinateurs, dont les puissances de calcul deviennent énormes, et les télescopes en orbite, lesquels ne sont plus troublés par l'atmosphère terrestre qui déforme le rayonnement lumineux, y sont pour beaucoup. Chaque année voit éclore son lot de surprises et de découvertes. Elles confirment souvent l'incroyable talent des hommes, qui ont mis en équations ce qu'ils imaginaient logique, Albert Einstein restant le plus célèbre d'entre eux.

Explorer les confins de l'Univers

Les scientifiques aiment employer le terme d'«élégance» pour une équation. Et c'est ce mot qu'utilise Andreï Linde quand on l'interroge sur les raisons de sa théorie de l'inflation cosmique. «D'abord, j'ai trouvé ça ­extrêmement beau!», répond-il, tout à son bonheur.

Andreï Linde n'est pas le premier scientifique dont le travail théorique risque d'être validé alors qu'il ne croyait pas la chose possible de son vivant. Le physicien Peter Higgs l'a rappelé en recevant son prix Nobel, l'année dernière. Selon lui et deux autres physiciens, François Englert et Robert Brout, c'est une particule, le boson de Higgs, qui, par son interaction avec les autres particules, leur donnait leur masse. Postulée en 1964, cette théorie permettait de régler un problème crucial de l'Univers: en absence du boson de Higgs, les autres particules élémentaires seraient restées éparses, et le monde une soupe originelle. Les particules ne se seraient jamais agrégées pour donner naissance aux ­galaxies, aux étoiles, aux planètes, et donc à la vie. En résumé, je ne serais pas là pour vous raconter toutes ces choses, pas plus que vous à essayer patiemment de les comprendre.

Aujourd'hui, les exoplanètes font partie de notre environnement quotidien

Peter Higgs lui-même affirmait en 1964 qu'on ne pourrait jamais prouver sa théorie. Cinquante ans plus tard, les équipes du Cern, avec leur incroyable accélérateur de particules construit près de Genève, faisaient mentir le scientifique tout en lui donnant raison sur le fond. Cette particule, a priori insaisissable, était identifiée, son existence prouvée. Un mystère de plus était levé.

En quelques années, l'astrophysique a également progressé de manière à peine croyable dans la connaissance des autres mondes. Il y a vingt ans, aucune observation ne permettait de justifier la présence d'autres planètes en dehors de notre système solaire. Elles étaient noyées dans la lumière de leur étoile, totalement invisibles à nos observations. Aujourd'hui, les exoplanètes font partie de notre environnement quotidien. On parle à la radio de nouveaux systèmes découverts dans une lointaine galaxie qui pourraient bien abriter de l'eau, une atmosphère… la vie? ­

À l'Observatoire européen austral (ESO), installé au Chili, des télescopes surpuissants comptent parmi leurs priorités l'identification des planètes en dehors de notre système solaire. En quelques années, la moisson a été miraculeuse, et les scientifiques français s'imposent parmi les meilleurs traqueurs des potentielles sœurs jumelles de la Terre. Depuis la découverte de la première exoplanète, en 1995, à l'observatoire de Haute-Provence, plus d'un millier d'entre elles sont venues s'ajouter à la liste en seulement quelques années.

Certaines de ces planètes réunissent des critères intéressants pour en faire des sœurs jumelles de la Terre, affirment les savants. Et la moisson continue. Depuis décembre dernier, le satellite construit par Astrium pour la mission Gaia a été mis en orbite autour de la Terre. Il va pouvoir explorer les autres mondes avec une précision équivalant à l'observation d'un cheveu humain à une distance de mille kilomètres. On navigue en pleine science-fiction! Et ce n'est pas fini.

Se figurer que l'intégralité de l'Univers puisse tenir à un moment dans une tête d'épingle, cela paraît absurde

«La découverte des premières traces de l'Univers primordial ouvre des perspectives qui n'ont pas encore été évoquées, affirme le cosmologiste Aurélien Barrau, auteur de Big bang et au-delà (Dunod). Elle pourrait remettre en cause notre conception même du big bang.» Il faut se mettre en tête que la situation ­dépasse l'entendement de nos cerveaux cartésiens. Se figurer que l'intégralité de l'Univers puisse tenir à un moment dans une tête d'épingle, cela paraît absurde. Mais que l'Univers microscopique en question puisse se transformer en géant en une fraction de seconde, ça l'est encore davantage…

Et pourtant, c'est, a priori, ce qui s'est produit! Comme lors d'un tour de magie, le lapin sort du chapeau avec ses poils, ses yeux rouges, ses grandes oreilles! Cette apparition soudaine a une explication pour les scientifiques: au commencement, l'Univers ne répond pas aux règles qui le régissent aujourd'hui, mais à celles qui existent dans l'infiniment petit, et que l'on connaît sous le nom de physique quantique.

Le célèbre Stephen Hawking fait partie des savants qui défendent cette idée. «Au commencement, on trouve un Univers dont la taille justifie que la théorie quantique soit prise en compte», affirme-t-il dans son ouvrage de référence, The Grand Design. Pour lui, notre conception familière de l'espace et du temps ne s'applique donc pas à l'Univers primordial. «Jusqu'à présent, ce postulat, pour séduisant qu'il soit, n'avait jamais été prouvé, reconnaît Aurélien Barrau. Eh bien, les traces de l'inflation primordiale de l'Univers, que l'équipe américaine pense avoir repérées avec son radiotélescope Bicep2 apporteraient cette preuve scientifique. Il y a un parallèle intéressant avec l'histoire du boson de Higgs, dont l'inventeur lui-même pensait ne jamais pouvoir apporter la preuve scientifique de l'existence.»

Tout cela ouvre des perspectives extravagantes: l'existence d'autres univers, d'autres dimensions, de mondes sans matière… Ces vagues «pourraient peut-être nous emmener au-delà de ce que nous avons imaginé comme notre commencement, le fameux big bang», espère Aurélien Barrau. Tel Christophe Colomb parti pour les rivages des Indes par une route nouvelle, les physiciens du XXIe siècle découvriraient une Amérique ignorée, un continent (voire plusieurs!) en plus de notre Univers!

Un joli pied de nez de la nature: tout en confirmant qu'un événement majeur s'est bien produit il y a 13,8 milliards d'années, elle nous rappellerait que celui-ci n'est pas aussi singulier qu'on l'imaginait. L'homme aurait ­encore péché par un «spatiocentrisme» congénital qui lui a longtemps fait penser que la Terre, puis le système solaire, et la Voie lactée, enfin son Univers étaient forcément uniques et au centre de tout. Qui a dit que l'Histoire n'était qu'un éternel recommencement?