Chapitre 5 : Passer le film à l’envers

Nuit 44 : Une journée de listes de contrôle

Noor passa sa quarante-quatrième journée presque entièrement avec des listes de contrôle. Dans une semaine, Tomás et elle sortiraient de la station pour une sortie dans l’espace, afin de remplacer une pièce usée sur la structure extérieure de la station. Une sortie dans l’espace dure généralement six ou sept heures, et presque chaque minute en est planifiée à l’avance. Ce jour-là était une journée de préparation : vérifier les deux scaphandres, charger leurs batteries, tester leurs radios et disposer chaque outil dont ils auraient besoin.

Un scaphandre est en réalité un petit vaisseau spatial en forme de personne. Il maintient l’air à une pression sûre, élimine le dioxyde de carbone que son occupant expire, garde le corps au frais grâce à de l’eau qui circule dans de fins tubes cousus dans un vêtement porté en dessous, et protège à la fois de la lumière du Soleil, féroce, et du froid profond de l’ombre. Noor et Tomás vérifièrent chaque élément lentement. Les gants furent examinés à la recherche des moindres coupures. Les lampes du casque furent testées. Chaque outil reçut un court cordon, appelé longe, pour que rien ne puisse s’éloigner en flottant dans l’espace.

Il y avait aussi des règles pour le corps. Avant de sortir, l’équipage respirerait de l’oxygène pur pendant longtemps afin d’éliminer une partie de l’azote du sang, car le scaphandre fonctionne à une pression plus basse que la station. Sans cette étape, des bulles pourraient se former dans le corps, un peu comme les bulles qui apparaissent quand on ouvre une bouteille d’eau gazeuse. Les équipes au sol avaient inscrit chaque étape de ce processus dans la liste de contrôle. Tomás lisait chaque ligne à voix haute, Noor l’exécutait et disait « fait », et il passait à la ligne suivante.

L’après-midi, ils enfilèrent les scaphandres pour une séance d’entraînement à l’intérieur de la station. Enfiler un scaphandre prend beaucoup de temps et demande une deuxième paire de mains, alors Ade les aida l’un après l’autre, raccordant les tuyaux et verrouillant l’anneau du casque. Dans le scaphandre, le monde devenait plus silencieux, et les seuls bruits étaient le ronronnement du ventilateur et les voix à la radio. Noor s’exerça à manier les poignées des outils avec ses doigts gantés et raides, et Tomás répéta l’ordre dans lequel ils ouvriraient l’écoutille, vérifieraient leurs longes et sortiraient le long des mains courantes. Une voix venue du sol suivait chaque étape, posant des questions et confirmant chaque réponse. Quand ils retirèrent enfin les scaphandres, tous deux transpiraient et avaient faim.

Le soir venu, les deux scaphandres étaient prêts, suspendus dans la petite pièce appelée sas comme deux grandes silhouettes blanches. Noor ressentait une fatigue agréable, celle que l’on éprouve après une journée de travail minutieux qui ne laisse aucune place à l’erreur. Avant de dormir, elle relut le programme du lendemain, puis celui de la sortie dans l’espace, une fois encore, de la fin jusqu’au début. Tomás lui avait appris cette habitude : une fois que l’on connaît une procédure à l’endroit, il faut la parcourir à l’envers, pour voir comment chaque étape dépend de la précédente.

Lire la liste de contrôle à l’envers la fit penser à l’histoire de la nuit. Lors d’une nuit précédente, elle avait dit à Sami que les galaxies s’éloignent les unes des autres. Ce soir, elle ferait ce que les astronomes avaient fait ensuite : passer le film à l’envers, pour voir où il mène.

Que se passe-t-il quand on rembobine ?

Imaginez que vous disposiez d’un film de l’Univers, enregistré sur des milliards d’années, et que vous le passiez à l’envers. Dans le film à l’endroit, les galaxies s’écartent à mesure que l’espace s’étire entre elles. Dans le film à l’envers, elles se rapprochent. Plus vous remontez loin, plus elles se rapprochent. Des groupes de galaxies aujourd’hui séparés par des centaines de millions d’années-lumière auraient été, dans un passé lointain, bien plus proches de leurs voisins.

Continuez à rembobiner, et il se passe autre chose. Les galaxies elles-mêmes sont faites d’étoiles, de gaz et de poussière. À mesure que le film défile à l’envers, toute cette matière est comprimée dans un espace de plus en plus petit. Et quand la matière est comprimée, elle s’échauffe. Vous le savez grâce à la pompe à vélo, qui chauffe quand on pompe fort, ou à l’air d’un pneu, qui se réchauffe quand on le gonfle rapidement. Dans le film inversé de l’Univers, la compression va bien au-delà de tout ce qu’une pompe peut faire. L’Univers devient de plus en plus chaud.

À un certain moment du rembobinage, il fait trop chaud pour que des étoiles et des galaxies puissent exister. Plus tôt encore, il fait trop chaud même pour les atomes. Tout n’est qu’un mélange lumineux de minuscules particules et de lumière, bien plus chaud que le centre du Soleil. Remontez le film jusqu’à il y a environ 13,8 milliards d’années, et l’Univers est si chaud et si dense que nos lois actuelles de la physique ne peuvent plus le décrire avec assurance. C’est là que commence le film tel que nous le connaissons.

Tel est le raisonnement de base qui sous-tend l’idée d’un commencement chaud. Il ne repose pas sur des suppositions quant à ce qu’était le commencement. Il repose sur ce que nous voyons aujourd’hui, l’expansion, que l’on suit soigneusement en remontant le temps à l’aide des lois connues de la physique. Chaque étape peut être vérifiée. Le raisonnement prédit-il des choses que l’on peut réellement trouver aujourd’hui ? Lors des prochaines nuits, nous verrons que oui. Mais dans les années qui suivirent la découverte de Hubble, ce n’était pas encore clair, et beaucoup de scientifiques trouvaient l’idée d’un commencement très dérangeante.

Il y a aussi une limite au-delà de laquelle on ne peut plus se fier au rembobinage. Pour les températures et les densités que les scientifiques peuvent produire ou mesurer sur Terre, dans des laboratoires et de grandes machines, les lois de la physique sont bien vérifiées, et suivre le film à rebours à travers ces conditions est assez sûr. Au-delà, le raisonnement devient moins certain, et tout au début, il échoue complètement. L’histoire du commencement est donc racontée avec la plus grande assurance pour les parties qui correspondent à des conditions que l’on peut tester, et avec de plus en plus de prudence à mesure qu’elle approche du tout premier instant. Lors des nuits suivantes, nous rencontrerons chacune de ces étapes tour à tour.

L’atome primitif

La première personne à prendre le rembobinage au sérieux fut Georges Lemaître, le prêtre et professeur de physique qui avait déjà suggéré, en 1927, que l’Univers est en expansion. En 1931, il alla plus loin. Si l’Univers est en expansion, écrivit-il, alors dans un passé lointain il a dû être très petit et très dense. Il proposa que l’Univers soit né d’un état unique, extrêmement dense, qu’il appela l’« atome primitif ». Il imaginait que ce premier état s’était brisé, comme un très gros atome qui se scinde en morceaux plus petits, et que de ces morceaux l’Univers avait grandi.

Les détails de Lemaître n’étaient pas tout à fait ceux que l’on accepte aujourd’hui. Il ne disposait pas des connaissances sur les particules et les atomes qui vinrent plus tard, et sa représentation du premier état différait de la représentation moderne. Mais son idée principale était la bonne : l’Univers a une histoire, et au début de cette histoire, il se trouvait dans un état très dense, tout à fait différent d’aujourd’hui. Il fut le premier à dire clairement que l’expansion renvoie à un commencement.

Il vaut la peine de remarquer qui était Lemaître. C’était un prêtre qui travaillait aussi comme scientifique et enseignant. Certains, à l’époque, pensaient que son idée d’un commencement venait peut-être de sa religion. Lemaître lui-même prenait soin de garder les deux séparés. Il voyait le commencement de l’Univers comme une question de physique, à juger sur les preuves, et il ne s’en servait pas pour prouver ou réfuter une quelconque croyance. C’est un bon exemple pour quiconque réfléchit à ces questions aujourd’hui. La science peut décrire comment l’Univers a changé. Les questions de sens et de foi sont d’une autre nature, et chacun les aborde à sa manière.

Au début, beaucoup de scientifiques n’aimaient pas l’idée d’un commencement. Un univers qui aurait toujours existé, sans aucun début, leur semblait plus simple et plus naturel. D’autres objectaient que l’âge de l’Univers calculé à partir des premières mesures de Hubble était trop court, plus court même que l’âge de la Terre mesuré par les géologues. Ce problème venait du fait que les distances de Hubble étaient trop petites, et il disparut quand elles furent corrigées. Mais pendant quelques années, il rendit l’idée d’un commencement douteuse.

Un Univers sans commencement

En 1948, un groupe de scientifiques proposa une idée rivale. Ils acceptaient que les galaxies s’éloignent les unes des autres. Mais ils suggéraient que l’Univers n’avait pas eu de commencement et n’aurait pas de fin. À mesure que les galaxies s’écartent, disaient-ils, de la matière nouvelle apparaît très lentement dans l’espace vide qui les sépare, si lentement que personne ne pourrait jamais la détecter directement, peut-être un seul atome ici ou là sur des périodes immenses. À partir de cette matière nouvelle se forment de nouvelles galaxies, qui comblent les vides. Dans cette représentation, l’Univers a toujours le même aspect, en moyenne, à toutes les époques. On l’appela la théorie de l’état stationnaire.

L’idée de l’état stationnaire n’avait rien de sot. Elle était ingénieuse, soigneusement élaborée, et elle faisait des prédictions claires, ce qui est exactement ce qu’une bonne idée scientifique doit faire. Ses partisans appréciaient qu’elle n’ait pas besoin d’un mystérieux premier instant. L’un de ses défenseurs les plus connus était Fred Hoyle, un astronome qui était aussi un auteur populaire et un orateur plein de vie à la radio. Nous le retrouverons lors d’une nuit prochaine, car il a aussi apporté de grandes contributions à la compréhension de la façon dont les éléments sont fabriqués dans les étoiles.

C’est Hoyle qui donna son nom célèbre à l’idée rivale de la sienne. Lors d’une causerie à la radio en 1949, il décrivit l’idée d’un commencement chaud comme un « Big Bang ». Beaucoup ont dit qu’il entendait ce nom comme une moquerie envers l’idée qu’il rejetait. Hoyle lui-même affirma plus tard qu’il avait seulement voulu offrir une image frappante à ses auditeurs. Quelle qu’ait été son intention, le nom est resté, et il est aujourd’hui employé partout, même par les scientifiques, pour désigner l’idée qu’il espérait voir se révéler fausse.

Ainsi, au début des années 1950, il existait deux représentations sérieuses de l’Univers. Dans l’une, l’Univers a commencé dans un état chaud et dense et n’a cessé de changer depuis. Dans l’autre, l’Univers n’a pas de commencement et a toujours le même aspect. Toutes deux s’accordaient avec l’expansion de Hubble. Pour choisir entre elles, les scientifiques avaient besoin de quelque chose de plus : un indice que l’une des représentations prédisait et pas l’autre.

Avec le recul, il est facile de diviser les acteurs de cette histoire en gagnants et en perdants. Mais ce n’est pas ainsi que la science fonctionne vraiment. La théorie de l’état stationnaire obligea les partisans d’un commencement chaud à affûter leurs idées et à chercher plus activement des preuves. Les questions soulevées par ses défenseurs ont conduit à des travaux utiles, y compris le grand travail de Hoyle lui-même sur les éléments. Une idée rivale, soigneusement argumentée, n’est pas une ennemie. C’est une sorte de collègue qui pose les questions difficiles que tout le monde préférerait éviter, un peu comme ce collègue qui, dans toute équipe, demande toujours : « Mais est-ce qu’on a vérifié ? »

Trancher par les preuves

Les deux représentations faisaient des prédictions différentes sur le passé. Dans celle de l’état stationnaire, l’Univers a toujours eu le même aspect, donc les galaxies très lointaines, vues telles qu’elles étaient il y a longtemps, devraient ressembler beaucoup aux galaxies proches. Dans celle du commencement chaud, l’Univers a changé au fil du temps, donc l’Univers lointain des débuts devrait être différent de l’Univers d’aujourd’hui.

Un test vint de la radioastronomie, qui se développa rapidement après les années 1940. Les radiotélescopes peuvent détecter des galaxies qui émettent de fortes ondes radio. Quand les radioastronomes des années 1950 et du début des années 1960 comptèrent ces sources, ils constatèrent qu’elles semblaient plus nombreuses au loin, c’est-à-dire il y a longtemps, que tout près. L’Univers du passé ne ressemblait pas à l’Univers d’aujourd’hui. C’était un problème pour la représentation de l’état stationnaire, même si ses partisans discutaient de la façon d’interpréter ces comptages.

En 1963, une autre découverte vint aggraver le problème. Les astronomes découvrirent un nouveau type d’objet, extrêmement brillant et extrêmement lointain, que l’on finit par appeler quasar. Nous savons aujourd’hui que les quasars sont les centres éclatants de galaxies lointaines, où d’énormes quantités de gaz tombent vers des trous noirs géants. Ce qui comptait pour le débat, c’était l’endroit où on les trouvait. On voit les quasars à de grandes distances, c’est-à-dire il y a longtemps, mais il n’existe aucun quasar de ce genre près de nous. L’Univers d’autrefois en possédait, et l’Univers d’aujourd’hui n’en possède pas. Une fois de plus, le passé était différent du présent.

La représentation du commencement chaud faisait aussi une prédiction bien plus frappante. Si l’Univers jeune avait été très chaud, il aurait été rempli d’une lumière éclatante, comme l’intérieur d’un four. À mesure que l’Univers s’est étendu et refroidi, cette lumière n’aurait pas disparu. Elle aurait été étirée et affaiblie, mais elle devrait encore être là aujourd’hui, remplissant tout l’espace et venant de toutes les directions. En 1948, des physiciens prédirent cette lumière résiduelle. Si quelqu’un la trouvait, il serait très difficile pour la représentation de l’état stationnaire de l’expliquer.

Pendant plus de quinze ans après la prédiction, personne ne partit sérieusement à sa recherche. Les instruments de l’époque n’étaient pas tout à fait assez sensibles, et beaucoup de scientifiques ne prenaient pas la prédiction très au sérieux. Puis, en 1965, elle fut découverte, presque par hasard, par deux ingénieurs qui cherchaient à résoudre un problème pratique d’antenne. Cette découverte, la plus ancienne lumière de l’Univers, fait l’objet de la prochaine nuit de ce livre.

Remarquez comment ce débat a été tranché. Il ne l’a pas été par ceux qui avaient les mots les plus habiles ou les partisans les plus célèbres. Il l’a été parce que les deux idées faisaient des prédictions différentes, et que des gens sont allés mesurer. C’est peut-être la leçon la plus importante de toute l’histoire du commencement. La science n’est pas un concours d’opinions. C’est une manière de laisser l’Univers lui-même décider.

Avant le sommeil

Noor écrivit à Sami avant d’éteindre sa lampe. « L’histoire de ce soir : si les galaxies s’éloignent aujourd’hui, elles étaient plus proches dans le passé, et plus loin encore, tout était tassé et très chaud. Un prêtre qui enseignait la physique a appelé ce premier état l’atome primitif. Une idée rivale disait que l’Univers n’avait pas de commencement du tout. Le nom de Big Bang a été donné par un homme qui n’y croyait pas. Le débat a été tranché par les preuves, je te raconterai ça la prochaine fois. »

Sami répondit pendant sa pause, cette nuit-là. Il raconta qu’à son dépôt, quand une livraison tournait mal, les chauffeurs se disputaient toujours pour savoir à qui était la faute, et que le responsable disait toujours la même chose : « Arrêtez de vous disputer et vérifiez le suivi. » Il pensait que les astronomes avaient fait la même chose. Noor sourit et fut d’accord. Puis elle repensa à la sortie dans l’espace, et à tout ce qui dépend, dans n’importe quel travail, du fait de vérifier au lieu de supposer.

Avant qu’elle s’endorme, Tomás frappa doucement à la paroi de sa cabine pour lui souhaiter bonne nuit. Il lui raconta qu’il avait travaillé autrefois avec un ingénieur qui avait coutume de dire qu’une liste de contrôle est une conversation avec tous ceux qui ont commis des erreurs avant vous. Noor aima cette idée. D’une certaine façon, pensa-t-elle, toute l’histoire de la science était une liste de contrôle de ce genre, écrite par des gens qui s’étaient trompés, s’en étaient aperçus et avaient transmis ce qu’ils avaient appris.

Si vous avez une minute ce soir, pensez à quelque chose de votre propre journée de travail que vous avez mieux compris en le reprenant à l’envers : une erreur dont vous avez retrouvé la cause, une tâche que vous avez planifiée en partant de la fin. Cette façon de penser est exactement celle que les astronomes ont appliquée à l’Univers. Ils ont pris l’expansion qu’ils voyaient aujourd’hui et se sont demandé, patiemment, ce qui avait dû venir avant.

Idées reçues

Beaucoup de gens imaginent que l’Univers a commencé comme un point minuscule flottant dans un vaste espace vide, comme un point lumineux au milieu d’une pièce sombre, puis qu’il a grandi vers l’extérieur jusqu’à remplir la pièce. Ce n’est pas ce que dit l’idée d’un commencement chaud. Pour autant que nous puissions le dire, il n’y avait pas de pièce. Il n’y avait pas d’espace vide à l’extérieur de l’Univers primitif, qui attendait d’être rempli. L’Univers primitif était chaud et dense partout, et c’est l’espace lui-même qui n’a cessé de s’étirer depuis. Si l’Univers est infini aujourd’hui, comme c’est peut-être le cas, alors il était probablement infini à l’époque aussi, seulement beaucoup plus dense. Ce qui était très petit, c’est la partie qui est devenue depuis l’Univers que nous pouvons voir.

Beaucoup de gens prennent aussi le nom de Big Bang au pied de la lettre, et imaginent une explosion bruyante, avec un centre et un son. Mais il n’y a pas eu de détonation au sens ordinaire. Le son a besoin de l’air ou d’une autre matière pour se propager, et il n’y avait ni auditeur ni extérieur d’où l’entendre. Il n’y avait pas non plus de centre, comme l’ont montré les raisins du pain qui lève la nuit précédente. Le nom vient d’une causerie radiophonique donnée par un homme qui préférait une autre idée. C’est une étiquette utile, et nous l’employons dans ce livre, mais elle décrit le commencement à peu près aussi bien qu’un surnom décrit une personne.

Une troisième idée reçue répandue veut que la théorie du Big Bang explique ce qui a causé le commencement de l’Univers. Ce n’est pas le cas. La théorie décrit comment l’Univers est passé d’un état primitif très chaud et très dense à l’Univers que nous voyons aujourd’hui, et elle le décrit très bien. Mais sur le tout premier instant, et sur ce qui l’a précédé, s’il y a eu quelque chose, la théorie ne dit rien de fiable. Nos lois actuelles de la physique cessent de fonctionner quand on essaie de les appliquer là. Les scientifiques disent honnêtement que cette partie n’est pas encore connue. Ce qu’ils peuvent tester, c’est ce qui s’est passé ensuite, et le premier grand test est venu en 1965, d’un léger sifflement dans une antenne, et c’est là que commence l’histoire de la nuit prochaine.