Multivers: L'idée qu'il était autrefois dangereux de nier

En 1277, l'évêque de Paris a annoncé que tout érudit qui aurait enseigné qu'il ne pouvait y avoir qu'un seul univers risquait l'excommunication – car cette affirmation niait à Dieu le pouvoir de créer autant de mondes qu'il le souhaitait. Des siècles avant les télescopes ou les satellites, le multivers était déjà un sujet assez sérieux pour menacer les carrières.

Aujourd'hui, le multivers est un véritable domaine de la physique, bien que contesté : une famille d'idées sur la raison pour laquelle notre univers pourrait ne pas être le seul, construite sur la théorie de l'inflation, la mécanique quantique et la recherche de faibles motifs dans la lumière la plus ancienne du ciel. Rien de tout cela n'est une science établie, et certains des critiques les plus virulents sont les physiciens eux-mêmes. Mais l'histoire de la façon dont l'idée est arrivée ici, et ce que les gens ont réellement tenté de tester, est plus étrange que la plupart de la science-fiction.

L'idée que la réalité pourrait contenir plus d'un univers n'est pas une invention moderne. Elle remonte aux mêmes anciens penseurs grecs qui ont d'abord proposé l'existence des atomes – en raisonnant que si la matière pouvait être construite à partir de particules indivisibles dispersées dans l'espace infini, il n'y avait aucune raison évidente pour que cet espace ne contienne qu'un seul cosmos.

Tout le monde n'était pas d'accord. Aristote s'y est fermement opposé, insistant sur le fait que la logique elle-même exigeait un univers unique et rien de plus. Son argument a prévalu pendant plus d'un millénaire, façonnant la pensée occidentale si profondément qu'au Moyen Âge, il était devenu une doctrine quasi officielle – jusqu'à ce que l'église elle-même en décide autrement. La déclaration de 1277 de l'évêque de Paris a complètement inversé le scénario : soudainement, la vision d'un univers unique d'Aristote était la position risquée à défendre, car elle semblait limiter le pouvoir divin.

Le terme « multivers » lui-même précède le débat scientifique moderne de plusieurs décennies. C'est le philosophe et psychologue américain William James qui a utilisé le mot en premier, en 1895 – bien qu'il ait envisagé quelque chose de très différent des univers-bulles ou des branches quantiques. La physique ne rattraperait le vocabulaire que bien des années plus tard.

Les théories modernes du multivers remontent surtout à l'inflation : l'idée que l'univers dans sa petite enfance a connu une rafale d'expansion extrêmement rapide, mise au point par des physiciens comme Alan Guth et Andreï Linde, entre autres, peu après 1980. Cette seule idée a redéfini la manière dont les physiciens imaginent les premiers instants après le Big Bang.

Voici la partie qui conduit directement à un multivers : l'inflation n'a pas besoin de s'arrêter partout à la fois. Dans notre voisinage cosmique, elle s'est arrêtée il y a 13,7 milliards d'années, mais les calculs suggèrent qu'elle se poursuit dans des régions lointaines, créant continuellement de nouvelles « poches » d'espace-temps « normales » comme la nôtre. Si ce scénario est exact, notre univers observable entier n'est qu'une bulle dans une mer sans fin en ébullition, et nous ne pouvons voir qu'une infime partie de la bulle dans laquelle nous nous trouvons.

C'est une implication véritablement étrange : cela signifie que le Big Bang n'était pas un événement unique et ponctuel, mais quelque chose qui se produit constamment, quelque part, à jamais – seulement pas n'importe où où nous pourrions actuellement pointer un télescope.

Si d'autres univers-bulles existent et que notre bulle a jamais frôlé l'une d'elles, raisonnaient les physiciens, la collision devrait laisser une marque sur le rayonnement de fond cosmologique – le faible écho du Big Bang qui remplit tout le ciel. Cette idée a mené à l'une des rares tentatives véritables de tester le multivers observationnellement plutôt que simplement en discuter philosophiquement.

Deux articles ont été publiés dans deux revues de physique prestigieuses, Physical Review Letters et Physical Review D, exposant pour la première fois une véritable méthode pour chasser d'autres univers. En traitant 7 ans de données du satellite WMAP de la NASA, l'équipe a établi la première limite supérieure du nombre de marques de collision qui pourraient se cacher quelque part dans ce rayonnement de fond.

Le résultat était un néant net : les données ont exclu l'ajout de collisions de bulles au modèle cosmologique standard et ont fixé le nombre moyen détectable dans tout le ciel à moins de 1,6, avec 68 % de confiance. Ce n'est pas la preuve que d'autres univers n'existent pas – seulement que, si notre bulle a jamais heurté un voisin, les données WMAP ne le montrent pas clairement. Les chercheurs ont noté que les univers-bulles qui se rapprochent suffisamment peuvent et se collent brièvement ensemble, comme le font les bulles de savon, ce qui est exactement le type d'événement que cette recherche a été conçue pour capturer.

Une affirmation séparée et sans rapport a brièvement ravivé le débat. Après avoir examiné le spectre du rayonnement de fond cosmologique, l'astrophysicien Ranga-Ram Chary a signalé un signal environ 4 500 fois trop lumineux, selon les nombres connus de protons et d'électrons censés avoir existé aux premiers jours de l'univers.

Ce qui rendait l'anomalie intéressante était sa forme : elle correspondait mieux à un cosmos où le rapport entre les particules de matière et les photons est environ 65 fois supérieur à la valeur mesurée dans notre univers – pas seulement une petite fluctuation statistique, mais une inadéquation avec un ensemble complètement différent de constantes physiques. Chary a estimé la probabilité que ce soit simplement du bruit à 30 %, tout en envisageant une possibilité beaucoup plus dramatique : qu'un univers voisin aurait versé certaines de ses propres particules de matière dans le nôtre.

Chary a été prudent à ne pas exagérer la découverte, écrivant que les affirmations aussi inhabituelles que des preuves d'univers alternatifs exigent un niveau de preuve tout aussi élevé. Près d'une décennie plus tard, aucune analyse de suivi n'a confirmé le signal comme une preuve authentique de quoi que ce soit au-delà de notre univers – un rappel de la rapidité avec laquelle une anomalie intrigante peut s'estomper une fois que davantage de données arrivent.

Toutes les idées du multivers ne proviennent pas de la cosmologie. La mécanique quantique a sa propre version, née d'une énigme sur ce qui se passe lors d'une mesure. Le physicien Hugh Everett a proposé, en 1957, que chaque résultat possible d'un événement quantique se produise réellement, chacun dans sa propre version ramifiée de la réalité – un cadre maintenant généralement appelé l'interprétation des mondes multiples, bien que certains physiciens se réfèrent encore à ses noms plus anciens, la formulation d'état relatif et l'interprétation d'Everett.

Plutôt qu'une histoire unique qui se déroule, le tableau d'Everett décrit un arbre constamment ramifié de réalités, chaque version étant également réelle pour les observateurs en son sein. Elle reste l'une des interprétations les plus débattues de la théorie quantique précisément parce qu'elle ne peut pas être testée directement – les autres branches sont, par construction, à jamais hors de portée.

Si un multivers produit réellement d'innombrables univers avec des constantes physiques différentes, cela soulève une question évidente : pourquoi le nôtre a-t-il les bonnes constantes pour que les étoiles, les planètes et la chimie existent? Une réponse courante s'appuie sur ce qu'on appelle le principe anthropique – le raisonnement selon lequel nous ne devrions pas être surpris de nous trouver dans un univers capable de soutenir le type de vie capable de poser la question en premier lieu, aussi rare qu'un tel univers puisse être parmi tous les univers possibles.

La phrase elle-même est plus jeune qu'on pourrait s'y attendre : elle est apparue pour la première fois dans la contribution du physicien Brandon Carter à un symposium de 1973 à Cracovie, plus d'une décennie après que l'idée sous-jacente ne circulait déjà en cosmologie. Depuis, elle est devenue l'un des concepts les plus cités et les plus débattus associés au multivers – une façon d'expliquer notre propre existence sans exiger que quelqu'un l'ait intentionnellement accordée pour nous.

Rien de tout cela ne règle la question de savoir si d'autres univers sont réels. Ce qu'il montre, c'est que le multivers a progressé, aussi lentement soit-il, d'un argument médiéval sur les limites du pouvoir divin à un ensemble de prédictions testables sur de faibles motifs dans le ciel – même si, jusqu'à présent, ces tests ne cessent de revenir sans aucun signal clair.

• Long Live the Multiverse! | Scientific American
• The Case for Parallel Universes | Scientific American
• Is our universe inside a bubble? First observational test of the 'multiverse' | ScienceDaily
• First Observational Tests of Eternal Inflation (arXiv)
• Cosmologist thinks a strange signal may be evidence of a parallel universe | phys.org
• Wikipedia: Multiverse
• Wikipedia: Many-worlds interpretation
• Wikipedia: Anthropic principle