Notre Univers tout entier n'est-il qu'un îlot dérisoire, perdu dans un gigantesque “métamonde” infiniment vaste et infiniment diversifié ?

Les univers parallèles existent-ils ? La question a récemment quitté le terrain de la science-fiction, ou de la spéculation gratuite, pour entrer dans le domaine de science. Elle n'en est que plus fascinante !

Longtemps cantonné à la philosophie (dont elle traverse toute l'histoire, d'Anaximandre à David Lewis, en passant par Rabelais et Leibniz), cette question des mondes multiples se pose aujnurd'hui en termes nouveaux, car issus d'une démarche strictement scientifique. Tenter d'y répondre pourrait conduire à l'une des révolutions les plus vertigineuses de l'histoire. Loin d'un retour à l'anthropocentrisme précopernicien, cette découverte nous infligerait une nouvelle blessure narcissique (pour reprendre l'image de Freud), qui relativiserait davantage encore notre statut et notre rôle au sein du “Multivers”. À l'inverse, cette idée de mondes multiples pourrait n'être qu'une proposition bien arrogante, qui ne contribuerait qu'à souligner notre incompréhension des lois profondes de la nature...
Les constantes fondamentales de la physique semblent à l'évidence très finement "ajustées" pour permettre l'émergence de la complexité - celle que l'on observe, par exemple, chez tous les organismes vivants. Si l'on veut éviter l'argument finaliste (suivant lequel Dieu aurait créé l'Univers pour que l'homme puisse y exister) ou invoquer un extraordinaire coup de chance, il est raisonnable de supposer que les dés ont été lancés plusieurs fois. Il existerait de multiples univers, chacun avec ses lois, et nous nous trouverions évidemment dans l'un de ceux compatibles avec notre existence.
Une proposition qui, à ce stade, demeure arbitraire. Elle acquiert néanmoins une véritable légitimité quand il est compris que le Multivers n'est pas une théorie. Il n'est pas un modèle créé de toutes pièces pour répondre au problème de l'ajustement des constantes. En revanche, le Multivers est une conséquence naturelle de modèles construits pour résoudre des énigmes très différentes, des questions bien définies de physique des particules ou de gravitation. Sa capacité à expliquer les miraculeuses coïncidences cosmiques est une sorte de "cerise sur le géteau".

Quels sont les multivers auxquels conduit la physique ?
- Dans deux des trois géométries possibles en cosmologie, la relativité générale prédit l'existence d'un espace strictement infini. Tout ce qui est possible doit alors nécessairement s'y produire. En particulier, notre Univers (c'est-à-dire tout ce qui nous est potentiellement accessible) s'y trouverait dupliqué une infinité de fois... Ce qui expliquerait naturellement les circonstances "particulièrement favorables" de notre environnement cosmologique.
- La mécanique quantique, dans certaines de ses interprétations, conduit également à l'hypothèse d'Univers parallèles dont l'existence pourrait quoique de façon très complexe - être expérimentalement mise en évidence.
- Mais c'est sans doute la conjonction de l'inflation et de la théorie des cordes qui mène au Multivers le plus riche et le plus fascinant. L'inflation, désormais partie intégrante du "modèle standard" de la cosmologie, prévoit une augmentation considérable de la "taille" de l'Univers dans ses premiers instants. Dans sa version éternelle, l'inflation conduit a imaginer une germination incessante d'univers-bulles. La théorie des cordes, elle, s'attelle à l'unification des interactions fondamentales, rendue possible en considérant que les objets de l'infiniment petit sont filiformes. Bien que souffrant de grandes difficultés (comme le recours à des dimensions supplémentaires et à des particules nouvelles qui n'ont jamais été observées), elle constitue l'une des meilleures théories de la gravitation quantique. Or, les dernières avancées ont montré que, dans le cadre des cordes, il était possible d'engendrer une quasi-infinité de lois physiques différentes. Dans ce schéma, l'inflation crée des bulles d'espace et la théorie des cordes y instaure des lois physiques diverses et variées. Quant à nous, nous nous trouvons quelque part dans ce vertigineux paysage, plus diversifié et diapré qu'il est possible de le concevoir.
Mais si ces mondes multiples ne sont pas accessibles, la proposition est-elle encore scientifique ? D'abord, il n'est sans doute pas souhaitable d'enfermer la science dans une définition trop restrictive : tous les champs disciplinaires évoluent de l'intérieur et les frontières sont faites pour être déplacées. Mais, quand bien même on s'en tiendrait à une version strictement "poppérienne" (un énoncé étant alors considéré comme scientifique si l'on peut montrer qu'il est faux) et scrupuleusement démythifiée, le Multivers demeurerait (en principe) scientifique. D'abord parce qu'il n'est en effet qu'une prédiction, parmi beaucoup d'autres, de certaines théories. Or il n'a jamais été nécessaire que toutes les prédictions d'une théorie soient vérifiées pour que celle-ci soit considérée comme scientifique - il est impossible de voir l'intérieur des trous noirs, mais la relativité générale n'en demeure pas moins une science ! Ensuite, parce que même si nous n'observons qu'un échantillon du Multivers (notre Univers), cet échantillon peut déjà permettre une mise à l'épreuve quantitative du modèle.
L'idée d'un Multivers est à considérer avec précaution. C'est une proposition dangereuse. Mais l'exploration de nouveaux mondes n'a jamais été tout à fait exempte de dangers...

Aurélien Barrau est maitre de conférence à l'université Joseph Fourier et mène ses recherches au Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie de Grenoble. Julien Grain est post-doctorant à l'IAS d'Orsay.

Reculer les limites du connu pour dévoiler ce qui échappe encore et défie l'entendement : la science se nourrit de ce désir de voir toujours plus loin, quitte à envisager des "ailleurs". Au début du XVIIIè siècle, Fontenelle rêvait ainsi d'une "pluralité des mondes"... que les récentes découvertes d'exoplanètes viennent seulement de confirmer.

Peut-on aller plus loin et envisager d'autres univers ? Si Anaximandre, au VIIè siècle av. J.-C., évoquait déjà cette éventualité, il aura fallu attendre le XXè siècle pour sortir de la cosmogonie ou de la métaphysique. Parce qu'il fallait que la science en sache assez sur notre propre Univers pour envisager d'outrepasser ses limites. Grâce aux progrès de la physique théorique depuis un siècle, les scientifiques ont ainsi gagné le droit de parler d'une "pluralité des univers". Pour autant, savoir de quoi il pourrait en retourner reste hors de portée, faute de posséder la moindre preuve observationnelle. Et d'en posséder peut-être jamais... Il n'empêche ! Certains physiciens envisagent aujourd'hui l'existence de mondes cachés. D'autres prévoient que les trous noirs servent de passerelle vers des univers parallèles. D'autres encore, pensent que notre monde n'est qu'une bulle parmi d'autres dans une mousse d'univers !

DERRIÈRE LES TROUS NOIRS

Ce qui supporte ces nouveaux mondes ? Les piliers de la physique. À commencer par la théorie de la relativité générale qui autorise que notre Univers soit infini. Infini, ce qui signifie que "notre Univers n'est qu'un îlot dérisoire et que tout événement de probabilité non nulle est susceptible de se réaliser quelque part", explique Aurélien Barrau du Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie à Grenoble. En clair, tout ce qui est possible devrait forcément avoir lieu. Par exemple, qu'il y ait, hors de portée de nos télescopes, un double de notre petit Univers, ou bien son négatif peuplé "d'anti-nous"... Mais encore faudrait-il démontrer que l'Univers est infini, ce qui, par définition, est impossible.

Que propose de son côté la mécanique quantique ? Des univers... parallèles. Du moins, selon son interprétation par Hugh Everett dans les années 1950. D'après ce physicien américain, toute mesure oblige un système quantique à basculer dans un état ou un autre, indéterminé avant la mesure. Une mesure entraînerait alors la création d'univers "parallèles", dans lesquels chacun des états possibles se réalise ! Sauf que ces univers ne communiquant pas entre eux, la proposition demeure invérifiable. Tout aussi invérifiable pour l'instant : l'idée, qui découle de la théorie de la gravitation quantique à boucles, que les trous noirs soient une porte d'entrée vers d'autres univers. L'espace-temps finirait par y "rebondir", engendrant un nouvel univers. Sauf qu'aucune information ne filtre sur l'intimité des trous noirs ni sur les mondes qu'ils abriteraient. Mais la plus intrigante suggestion d'univers multiples est sans doute celle issue de la conjonction de la théorie de l'inflation éternelle et la théorie des cordes. "La première envisage une multitude d'univers en expansion, tandis que la seconde autorise, dans chacun de ces univers, une réalisation différente des lois de la physique parmi un nombre gigantesque de possibilités", résume Aurélien Barrau. Mais aucune preuve n'a été apportée à ces théories. Reste qu'après avoir remis en cause le statut de la Terre comme centre du cosmos, la science ne s'interdit plus de douter du caractère unique de l'Univers.