Chapitre 14 : Questions aux confins

Nuit 164 : Les heures tranquilles

Le cent soixante-quatrième jour de la mission, Noor eut un service inhabituel. Une expérience à bord de la station avait besoin d’un petit réglage au milieu de la nuit de l’équipage, à un moment où les équipes au sol voulaient que quelqu’un soit éveillé pour la surveiller. Tomás et Ade dormiraient comme d’habitude. Noor se coucherait tôt, se réveillerait quand son réveil sonnerait, ferait le travail et garderait un œil sur l’expérience pendant quelques heures avant de se rendormir. Le sol surveillerait lui aussi, depuis ses écrans, tout en bas. Elle ne serait pas vraiment seule, mais la station lui semblerait très silencieuse.

Son réveil sonna à l’heure convenue. Elle ouvrit son sac de couchage, sortit doucement de sa petite cabine et dériva à travers le module à demi éclairé. La nuit, les lumières de la station sont baissées. Les ventilateurs ronronnaient, comme toujours, car en apesanteur, l’air ne circule pas de lui-même, et sans les ventilateurs, le souffle d’une personne endormie pourrait s’accumuler autour de son visage. De petits voyants verts et bleus luisaient sur les panneaux de commande. Quelque part, une pompe se mettait en marche et s’arrêtait avec un déclic.

Le réglage ne prit que vingt minutes. Noor suivit la procédure sur sa tablette, étape par étape, et le sol confirma chaque étape d’une voix douce dans son casque. Ensuite, il n’y eut plus rien d’autre à faire que surveiller les chiffres sur un écran et attendre. Elle flotta jusqu’à la grande fenêtre. La station était du côté nuit de la Terre. En bas, la planète était une forme sombre, avec de fins fils de lumière là où vivent des gens et, ici et là, le scintillement d’un orage lointain. En haut, il y avait plus d’étoiles qu’elle ne pouvait en compter.

Le long du bord de la planète sombre, il y avait une lueur fine et faible, un peu verdâtre, posée au-dessus de la Terre comme un ruban. On l’appelle luminescence atmosphérique. Tout en haut de l’atmosphère, des atomes et des molécules qui ont reçu de l’énergie de la lumière du Soleil pendant la journée restituent lentement cette énergie sous forme d’une lumière très faible. Depuis le sol, il est presque impossible de la remarquer. Depuis la station, par une nuit sombre, elle dessine toute la courbe de la Terre. Noor l’avait déjà vue bien des fois, mais elle s’arrêtait encore pour la regarder. Puis la station poursuivit sa course, et bientôt une ligne lumineuse d’aube apparut au bord de la planète, et la nuit fut terminée jusqu’à l’orbite suivante.

Dans le silence, Noor pensa à Sami, qui conduisait probablement sur une route sombre à ce moment précis. Les gens qui travaillent la nuit connaissent cette sensation. Le monde dort, le travail est calme, et l’esprit commence à vagabonder vers de grandes questions. Plus tôt dans la journée, Sami lui avait justement envoyé un message contenant une telle question. « Si l’Univers a commencé il y a 13,8 milliards d’années, écrivait-il, où est son bord ? Et qu’est-ce qu’il y avait avant qu’il commence ? »

Ce sont parmi les plus vieilles questions que les gens se soient posées, et parmi les plus difficiles. L’histoire de ce soir leur est consacrée. C’est une histoire qui compte plus de portes ouvertes que de portes fermées. Nous verrons ce que les astronomes peuvent dire, et nous serons honnêtes sur les endroits où personne ne sait.

Jusqu’où pouvons-nous voir ?

Commençons par ce que nous pouvons voir. La lumière voyage à environ 300 000 kilomètres par seconde, et l’Univers a environ 13,8 milliards d’années. Il est donc naturel de penser que nous ne pouvons voir qu’à 13,8 milliards d’années-lumière dans toutes les directions, puisque la lumière venue de plus loin n’a pas eu le temps de nous atteindre. Cette idée est proche de la vérité, mais elle oublie un détail important : pendant que la lumière voyageait, l’espace s’étirait.

Imaginez une travailleuse qui marche sur un tapis roulant dans un aéroport, à ceci près que le tapis s’allonge pendant qu’elle marche. Elle avance à une vitesse régulière, mais quand elle arrive au bout, l’endroit d’où elle est partie se trouve beaucoup plus loin derrière elle que la distance qu’elle a parcourue. La lumière des endroits les plus lointains se comporte un peu ainsi. Elle voyage vers nous depuis près de 13,8 milliards d’années, mais pendant ce temps, l’espace qui nous sépare de son point de départ s’est énormément étiré.

Les endroits les plus lointains dont la lumière nous est parvenue se trouvent donc aujourd’hui bien au-delà de 13,8 milliards d’années-lumière. Selon les mesures actuelles, le bord de la région que nous pouvons voir se trouve désormais à environ 46 milliards d’années-lumière dans toutes les directions. Les astronomes appellent cette région l’Univers observable : la partie de l’Univers d’où la lumière a eu le temps de nous parvenir depuis le commencement. La plus ancienne lumière, que nous avons rencontrée lors d’une nuit précédente, vient de tout près de ce bord.

Regarder vers ce bord, c’est aussi regarder en arrière dans le temps. Plus nous regardons loin, plus la lumière a quitté sa source tôt. Les galaxies les plus lointaines que les télescopes ont trouvées apparaissent telles qu’elles étaient quand l’Univers n’avait que quelques centaines de millions d’années. Au-delà, il y a la plus ancienne lumière, libérée environ 380 000 ans après le commencement. Et au-delà encore, la lumière ordinaire ne peut pas nous emmener, car avant cette époque, l’Univers était un brouillard lumineux que la lumière ne pouvait pas traverser. L’Univers observable n’est donc pas seulement un espace. C’est aussi un long registre d’histoire, avec les pages les plus récentes tout près de nous et les plus anciennes au plus loin.

Il est important de comprendre ce qu’est ce bord. Ce n’est pas un mur, et ce n’est pas la fin de l’Univers. C’est un horizon, comme l’horizon que l’on voit en mer. Quand vous êtes sur une plage, vous ne voyez l’eau que jusqu’à une certaine ligne, mais la mer ne s’arrête pas là. Cette ligne n’est que la limite de votre regard. De la même façon, le bord de l’Univers observable est la limite de ce que nous pouvons voir depuis l’endroit où nous sommes. Un être vivant dans une galaxie lointaine aurait son propre Univers observable, centré sur lui-même.

Au-delà de l’horizon

Qu’y a-t-il au-delà de notre horizon ? Presque certainement, encore de l’Univers. Pour autant que nous puissions le dire, l’Univers a à peu près le même aspect dans toutes les directions et en tout lieu aux plus grandes échelles : des galaxies, des amas de galaxies, et les grands filaments et régions vides de la toile cosmique. Rien n’indique que l’Univers change ou prenne fin juste au-delà de ce que nous pouvons voir. La plupart des astronomes s’attendent donc à ce qu’au-delà de notre horizon, il y ait d’autres galaxies, très semblables à celles que nous connaissons.

Comment les astronomes savent-ils que l’Univers a le même aspect dans toutes les directions ? Ils comptent et cartographient les galaxies sur l’ensemble du ciel et constatent qu’aux plus grandes échelles, elles sont réparties partout de façon semblable. La plus ancienne lumière a presque exactement la même température dans toutes les directions, avec seulement de minuscules différences. Si notre région de l’Univers était particulière, par exemple proche d’un centre ou d’un bord, nous nous attendrions à voir une différence entre un côté du ciel et l’autre. Aucune grande différence de ce genre n’a été trouvée.

Mais combien d’Univers en plus ? Ici, nous touchons à une véritable inconnue. L’Univers est peut-être extrêmement grand, mais tout de même fini. Ou bien il se prolonge sans fin. Les deux possibilités s’accordent avec ce que nous pouvons mesurer aujourd’hui. Les mesures montrent qu’aux plus grandes échelles que nous puissions voir, l’espace est presque exactement « plat », ce qui est une façon de dire qu’il ne semble pas se courber sur lui-même comme la surface d’une balle. S’il est courbé, la courbure est si douce que nous ne pouvons pas encore la détecter à l’intérieur de notre horizon. Nous ne savons donc pas si l’Univers entier est fini ou infini, et nous ne pourrons peut-être jamais le savoir avec certitude.

C’est une pensée étrange à porter à trois heures du matin. Mais il y a aussi en elle quelque chose d’apaisant. Pendant la plus grande partie de l’histoire humaine, les gens ne savaient pas ce qui se trouvait au-delà de la chaîne de montagnes suivante ou de l’autre rive de l’océan. Ils continuaient de travailler, de construire et de s’interroger. Nous sommes dans une situation semblable, seulement à une échelle bien plus grande. Notre horizon est plus vaste que tous ceux que les gens ont jamais connus, et pourtant, il y a encore autre chose au-delà.

Il est bon aussi de se rappeler que l’Univers observable n’est pas petit. Il contient des centaines de milliards de galaxies, peut-être davantage, et chaque galaxie contient peut-être des centaines de milliards d’étoiles. Il y a à l’intérieur de notre horizon plus de choses que quiconque ne pourra jamais en étudier en détail. L’inconnu qui s’étend au-delà ne rend pas le connu moins merveilleux.

Une idée appelée inflation

Revenons maintenant au commencement, aux tout premiers instants. Lors des nuits précédentes, nous avons suivi l’histoire depuis les premières fractions de seconde jusqu’à la plus ancienne lumière, en passant par les premières minutes. Mais il existe sur le tout début quelques énigmes que la représentation de base du commencement chaud n’explique pas à elle seule.

Une énigme est que la plus ancienne lumière a presque exactement la même température dans toutes les directions. Pourtant, la lumière venue de côtés opposés du ciel provient de régions qui, selon la représentation de base, n’ont jamais eu le temps d’échanger de la chaleur. Comment en sont-elles venues à se ressembler autant ? C’est un peu comme entrer dans deux pièces séparées, aux deux extrémités d’un grand bâtiment, et constater que les deux tasses de thé posées sur les tables sont exactement à la même température, alors que personne n’aurait pu porter de chaleur d’une pièce à l’autre. Une autre énigme est que l’espace soit aussi près d’être plat.

Vers 1980, des scientifiques proposèrent une idée pour répondre à ces énigmes. On l’appelle l’inflation. Selon cette idée, pendant un tout premier instant minuscule, bien moins d’une seconde, l’espace a grandi extrêmement vite, bien plus vite qu’il n’a grandi depuis. Une très petite région, dont la température était déjà devenue uniforme, aurait été étirée jusqu’à une taille immense. Cela expliquerait pourquoi des parties éloignées du ciel se ressemblent tant, et cela aplanirait aussi toute courbure, donnant à l’espace un aspect plat, comme une petite partie d’un immense ballon paraît plate.

L’inflation suggère aussi d’où viennent les minuscules rides de la plus ancienne lumière. Dans l’idée de l’inflation, des variations aléatoires extrêmement petites, plus petites que des atomes, ont été étirées jusqu’à des tailles énormes pendant la croissance rapide. Ces variations étirées sont devenues les régions légèrement plus denses et légèrement moins denses qui ont plus tard grandi pour devenir des galaxies. La disposition des rides que les satellites ont mesurée dans la plus ancienne lumière s’accorde assez bien avec les prédictions de l’inflation.

L’inflation est-elle donc vraie ? La réponse honnête est que nous ne le savons pas encore. Certaines observations s’accordent avec elle, et beaucoup de scientifiques la considèrent comme la meilleure idée dont nous disposions. Mais elle n’a pas été prouvée. Il en existe différentes versions, et certains scientifiques ont proposé d’autres explications. Les astronomes recherchent dans la plus ancienne lumière certains motifs très faibles que l’inflation aurait pu laisser derrière elle. S’ils les trouvent, l’idée deviendra bien plus solide. S’ils ne les trouvent pas, la question restera ouverte. Pour l’instant, l’inflation est une idée qui a des appuis, et non un fait établi.

Avant le commencement ?

Et qu’en est-il de la seconde partie de la question de Sami : qu’y avait-il avant le commencement ? C’est ici que la science honnête doit dire très clairement : nous ne le savons pas. Comme nous l’avons vu lors d’une nuit précédente, nos lois actuelles de la physique cessent de fonctionner quand nous essayons de décrire le tout premier instant. Nous n’avons aucune théorie vérifiée capable de nous dire ce qui s’est passé à ce moment-là, ni s’il y a eu quelque chose avant.

Beaucoup de scientifiques espèrent qu’une nouvelle théorie aidera un jour à répondre. Aujourd’hui, la physique dispose de deux théories très réussies qui fonctionnent dans des domaines différents. L’une est la théorie de la gravitation d’Einstein, qui décrit les étoiles, les galaxies et l’expansion de l’espace. L’autre décrit le monde de l’infiniment petit, celui des atomes et des particules qu’ils contiennent. Au tout premier instant, l’Univers entier était à la fois extrêmement lourd et extrêmement petit, si bien que les deux théories seraient nécessaires en même temps. Mais personne n’a encore trouvé de façon complète et vérifiée de les réunir. Tant que personne n’y parviendra, le tout premier instant restera hors de portée de notre savoir.

Il se peut même que la question elle-même n’ait pas de sens. Pensez à la question « Qu’y a-t-il au nord du point le plus septentrional de la Terre ? » À la surface de la Terre, le nord est une direction, mais si vous vous tenez tout en haut de la planète, toutes les directions mènent au sud, et il n’y a plus de nord plus loin où aller. Certains scientifiques pensent que le temps lui-même a peut-être commencé avec l’Univers. Si c’est le cas, demander ce qui s’est passé « avant » le commencement reviendrait à demander ce qu’il y a au nord du point le plus septentrional. Cette pensée n’est pas nouvelle. Il y a plus de mille ans, certains penseurs suggéraient déjà que le temps avait peut-être commencé en même temps que le monde, et n’était pas une chose qui existait par elle-même avant lui.

D’autres scientifiques ont exploré l’idée que notre Univers serait issu de quelque chose d’antérieur, peut-être d’une phase plus ancienne ou d’un ensemble plus grand. Certaines versions de l’inflation et d’autres théories suggèrent qu’il pourrait exister de nombreux univers, chacun avec son propre commencement. Ces idées sont intéressantes, et certaines sont soigneusement élaborées sur le plan mathématique. Mais jusqu’ici, aucune observation ne montre que l’une d’elles est vraie. Ce sont des possibilités à explorer, et non des découvertes.

Beaucoup de gens trouvent cela dérangeant au début. Nous aimons les histoires qui commencent par « il était une fois » et qui savent ce qu’il y avait avant. Mais il y a dans le fait de dire « nous ne le savons pas encore » une forme d’honnêteté qui mérite le respect. Chaque chapitre de ce livre a commencé par des choses autrefois inconnues : la distance des galaxies, la croissance de l’espace, la plus ancienne lumière. Chacune de ces questions a trouvé sa réponse grâce à un travail patient. Peut-être certaines des questions d’aujourd’hui trouveront-elles aussi la leur, grâce à des personnes qui sont aujourd’hui des enfants ou qui ne sont pas encore nées.

Un message écrit dans la nuit

Les chiffres à l’écran restaient calmes. L’expérience se comportait bien. Peu avant la fin de sa garde, le sol dit à Noor qu’elle pouvait retourner se coucher. Elle remercia, flotta une dernière fois jusqu’à la fenêtre et regarda les étoiles au-dessus de la Terre sombre.

Puis elle écrivit à Sami. « Je suis éveillée en même temps que toi cette nuit, commença-t-elle. Ta question n’a pas de réponse complète. Nous pouvons voir à environ 46 milliards d’années-lumière dans toutes les directions, parce que l’espace s’est étiré pendant que la lumière voyageait. Au-delà, il y a probablement encore de l’Univers, mais personne ne sait combien. Et personne ne sait ce qu’il y avait avant le commencement, ni même s’il y a eu un avant. Sois prudent sur la route. Nous travaillons tous les deux dans le noir cette nuit. »

Sami le lut quelques minutes plus tard, garé au bord d’une route déserte. Il leva les yeux à travers le pare-brise. « Alors on regarde tous les deux le même inconnu, répondit-il. Bonne nuit, grande sœur. Ou bonjour. Je ne sais jamais, là-haut. »

Noor se glissa de nouveau dans son sac de couchage quand sa garde fut terminée. La station était toujours silencieuse. Tomás dormait dans sa cabine, et Ade dans la sienne. Dans quelques heures, les lumières s’intensifieraient, les réveils des autres sonneraient, et la journée de travail recommencerait. Pour l’instant, elle ferma les yeux avec les questions toujours ouvertes, et elle constata que cela ne la dérangeait pas.

Si vous lisez ces lignes tard, après un long service ou une longue journée, vous êtes peut-être vous aussi éveillé pendant que la plupart des gens dorment. La nuit peut rendre les grandes questions pesantes. Mais elles peuvent aussi tenir compagnie. Sous le même ciel, des gens se demandent depuis des milliers d’années où se trouve le bord et ce qu’il y avait avant. Ce soir, vous êtes l’un d’eux.

Idées reçues

Beaucoup de gens pensent que l’Univers a un bord, comme un mur au fond d’une pièce, et qu’au-delà de ce mur, il y a de l’espace vide ou rien du tout. Mais aucune observation n’a jamais montré un tel bord. Le bord de l’Univers observable est un horizon, la limite de notre regard, et non la fin de l’Univers. On ne connaît aucun endroit où les galaxies s’arrêteraient et où commencerait un mur. Pour autant que nous puissions le dire, l’Univers n’a pas de bord de ce genre.

Beaucoup de gens pensent aussi que, puisque l’Univers a environ 13,8 milliards d’années, nous ne pouvons voir qu’à 13,8 milliards d’années-lumière. Cela semble logique, et ce serait vrai si l’espace ne s’était pas étiré. Mais comme l’espace s’est étiré pendant que la lumière voyageait, les endroits d’où est partie la lumière la plus lointaine se trouvent aujourd’hui beaucoup plus loin. C’est pourquoi le bord de l’Univers observable se trouve désormais à environ 46 milliards d’années-lumière dans toutes les directions, même si aucune lumière n’a voyagé pendant plus d’environ 13,8 milliards d’années.

Enfin, certains pensent que la science a montré qu’il existe de nombreux univers. Vous avez peut-être vu cette idée dans des films ou des articles, parfois présentée comme un fait connu. En réalité, les idées de multiples univers sont des possibilités qui découlent de certaines théories. Elles n’ont pas été observées, et à l’heure actuelle, aucune preuve ne montre que d’autres univers existent. Elles restent des spéculations, intéressantes mais non prouvées. La prochaine nuit est la dernière du séjour de Noor, et nous reparcourrons toute l’histoire, depuis le commencement jusqu’au ciel du soir au-dessus de votre propre maison.