Le Big Bang est généralement considéré comme le début de tout: il y a environ 13,8 milliards d'années, l'univers observable a disparu boom et élargi à l'être.
Mais comment étaient les choses avant le Big Bang?
Réponse courte: nous ne savons pas. Réponse longue: Il aurait pu y avoir beaucoup de choses, chacune se dérangeant à sa manière.
Au début
La première chose à comprendre est ce qu'était réellement le Big Bang.
"Le Big Bang est un moment dans le temps, pas un point dans l'espace", a déclaré Sean Carroll, physicien théoricien au California Institute of Technology et auteur de "The Big Picture: Sur les origines de la vie, du sens et de l'univers lui-même". (Dutton, 2016).
Ainsi, il est possible que l'univers au Big Bang soit minuscule ou infiniment grand, a déclaré Carroll, car il n'y a aucun moyen de regarder en arrière dans le temps ce que nous ne pouvons même pas voir aujourd'hui. Tout ce que nous savons, c'est qu'elle était très, très dense et qu'elle est devenue très rapidement moins dense.
En corollaire, il n'y a vraiment rien en dehors de l'univers, car l'univers est, par définition, tout. Donc, au Big Bang, tout était plus dense et plus chaud qu'aujourd'hui, mais il n'y avait pas plus «d'extérieur» que ce n'est le cas aujourd'hui. Aussi tentant que cela soit d'adopter une vision divine et d'imaginer que vous pourriez vous tenir dans le vide et regarder l'univers du bébé froissé juste avant le Big Bang, ce serait impossible, a déclaré Carroll. L'univers ne s'est pas étendu dans l'espace; l'espace lui-même s'est agrandi.
"Peu importe où vous vous trouvez dans l'univers, si vous remontez 14 milliards d'années en arrière, vous arrivez à un point où il faisait extrêmement chaud, dense et en expansion rapide", a-t-il déclaré.
Personne ne sait exactement ce qui se passait dans l'univers jusqu'à 1 seconde après le Big Bang, lorsque l'univers s'est suffisamment refroidi pour que les protons et les neutrons entrent en collision et se collent. De nombreux scientifiques pensent que l'univers a connu un processus d'expansion exponentielle appelé inflation pendant cette première seconde. Cela aurait lissé le tissu de l'espace-temps et pourrait expliquer pourquoi la matière est si uniformément répartie dans l'univers aujourd'hui.
Avant le coup
Il est possible qu'avant le Big Bang, l'univers était un tronçon infini d'un matériau ultrahot et dense, persistant dans un état stable jusqu'à ce que, pour une raison quelconque, le Big Bang se produise. Cet univers extra-dense peut avoir été gouverné par la mécanique quantique, la physique de l'échelle extrêmement petite, a déclaré Carroll. Le Big Bang aurait donc représenté le moment où la physique classique est devenue le principal moteur de l'évolution de l'univers.
Pour Stephen Hawking, ce moment était tout ce qui comptait: avant le Big Bang, a-t-il dit, les événements sont incommensurables, et donc indéfinis. Hawking a appelé cela la proposition de non-frontière: le temps et l'espace, a-t-il dit, sont finis, mais ils n'ont pas de frontières ni de points de départ ou d'arrivée, de la même manière que la planète Terre est finie mais sans bord.
"Étant donné que les événements avant le Big Bang n'ont pas de conséquences observationnelles, on peut aussi bien les écarter de la théorie et dire que le temps a commencé au Big Bang", a-t-il déclaré dans une interview à l'émission National Geographic "StarTalk" en 2018.
Ou peut-être qu'il y avait quelque chose d'autre avant le Big Bang qui mérite d'être réfléchi. Une idée est que le Big Bang n'est pas le début des temps, mais plutôt que c'était un moment de symétrie. Dans cette idée, avant le Big Bang, il y avait un autre univers, identique à celui-ci mais avec une entropie croissante vers le passé plutôt que vers le futur.
L'augmentation de l'entropie, ou l'augmentation du désordre dans un système, est essentiellement la flèche du temps, a déclaré Carroll, donc dans cet univers miroir, le temps irait à l'opposé du temps dans l'univers moderne et notre univers serait dans le passé. Les partisans de cette théorie suggèrent également que d'autres propriétés de l'univers seraient inversées dans cet univers miroir. Par exemple, le physicien David Sloan a écrit dans le blog des sciences de l'Université d'Oxford, les asymétries dans les molécules et les ions (appelées chiralités) seraient dans des orientations opposées à ce qu'elles sont dans notre univers.
Une théorie connexe soutient que le Big Bang n'était pas le début de tout, mais plutôt un moment dans le temps où l'univers est passé d'une période de contraction à une période d'expansion. Cette notion de «Big Bounce» suggère qu'il pourrait y avoir des Big Bangs infinis à mesure que l'univers se dilate, se contracte et se dilate à nouveau. Le problème avec ces idées, a déclaré Carroll, est qu'il n'y a aucune explication pour savoir pourquoi ou comment un univers en expansion se contracterait et retournerait à un état à faible entropie.
Carroll et sa collègue Jennifer Chen ont leur propre vision d'avant le Big Bang. En 2004, les physiciens ont suggéré que peut-être l'univers tel que nous le connaissons est la progéniture d'un univers parent dont un peu d'espace-temps s'est arraché.
C'est comme un noyau radioactif en décomposition, a déclaré Carroll: Quand un noyau se désintègre, il crache une particule alpha ou bêta. L'univers parent pourrait faire la même chose, sauf qu'au lieu de particules, il crache des univers bébés, peut-être à l'infini. "C'est juste une fluctuation quantique qui permet que cela se produise", a déclaré Carroll. Ces bébés univers sont "des univers littéralement parallèles", a déclaré Carroll, et n'interagissent pas entre eux ni ne s'influencent les uns les autres.
Si tout cela semble plutôt trippant, c'est - parce que les scientifiques n'ont pas encore de moyen de revenir sur l'instant même du Big Bang, encore moins sur ce qui l'a précédé. Il y a de la place à explorer, cependant, a déclaré Carroll. La détection des ondes gravitationnelles lors de collisions galactiques puissantes en 2015 ouvre la possibilité que ces ondes puissent être utilisées pour résoudre des mystères fondamentaux sur l'expansion des univers au cours de cette première seconde cruciale.
Les physiciens théoriques ont également du travail à faire, a déclaré Carroll, comme faire des prédictions plus précises sur la façon dont les forces quantiques comme la gravité quantique pourraient fonctionner.
"Nous ne savons même pas ce que nous recherchons", a déclaré Carroll, "jusqu'à ce que nous ayons une théorie."
