Lorsque les astrophysiciens étudient le Big Bang et la formation des structures de l’Univers, de façon théorique ou à l’aide de simulations numériques, ils doivent analyser l’influence de différents paramètres comme par exemple la proportion de matière noire. Ils peuvent aussi altérer certaines constantes fondamentales, par exemple la constante de gravitation, ou bien changer des conditions initiales comme la densité moyenne de matière, ce qui leur permet d’analyser comment l’Univers se serait développé si ces paramètres avaient été différents.
Ce genre d’étude comparative a conduit à une conclusion extrêmement surprenante. La plupart des univers virtuels simulés en faisant varier les constantes fondamentales ou les conditions initiales sont incapables d’aboutir à la vie, du moins à une forme de vie similaire à la nôtre. Seuls les univers ayant des paramètres très proches des valeurs réelles de notre Univers permettent à la vie de se développer.
Nous pouvons illustrer ceci simplement en passant en revue la façon dont quelques processus astrophysiques seraient altérés si l’intensité des quatre forces fondamentales était différente.
La force de gravitation et l’interaction électromagnétique
Si la force de gravitation était plus puissante, elle serait capable d’accumuler plus de gaz lors la formation stellaire et seules des étoiles massives se formeraient. Or, ces dernières ont une durée de vie beaucoup plus courte que notre Soleil. La vie n’aurait donc pas à sa disposition les milliards d’années qui lui ont été nécessaires pour se développer sur Terre. Au contraire, si la force de gravitation était plus faible, seules des étoiles peu massives se formeraient. Il n’y aurait pas d’explosion de supernova et peu d’éléments plus lourd que l’hydrogène ou l’hélium n’apparaîtrait. Or, une vie uniquement fondée sur ces deux éléments est très difficile à imaginer.
Si l’interaction électromagnétique était plus forte, les liens entre noyaux et électrons à l’intérieur des atomes seraient plus solides et plus difficiles à défaire. Or, c’est en partageant certains de leurs électrons que les atomes créent des liaisons chimiques et s’organisent en molécules. Si cela devenait trop difficile, toute chimie serait impossible, ce qui empêcherait la vie de se développer. Si l’interaction électromagnétique était plus faible, les liens entre électrons et noyaux seraient moins solides. Ceci rendrait les atomes très fragiles et empêcherait probablement la chimie de la vie.
Les forces nucléaires forte et faible
Si l’interaction nucléaire forte était plus puissante, protons et neutrons seraient beaucoup plus disposés à s’associer. Ils formeraient systématiquement des éléments lourds. Il n’y aurait par exemple plus d’hydrogène, donc pas d’eau, ce qui défavoriserait sérieusement la chimie de la vie. Si cette interaction était moins intense, protons et neutrons seraient moins enclins à s’assembler. Il n’y aurait pas d’élément plus lourd que l’hydrogène, donc pas de vie.
Enfin, dans le cas de l’interaction nucléaire faible, le problème se poserait principalement après le Big Bang, à l’époque où une partie des neutrons se désintègrent en protons, juste avant la nucléosynthèse primordiale. Si l’interaction faible était plus puissante, plus de neutrons seraient transformés en protons et il y aurait par conséquent moins d’hélium dans l’Univers. Ceci empêcherait plus tard la formation de certains éléments lourds nécessaires à la vie. Au contraire, si l’interaction était plus faible, les neutrons ne se désintégreraient pas et la nucléosynthèse primordiale conduirait à un Univers rempli d’hélium. L’hydrogène, ingrédient indispensable à la vie, serait absent.
La vie but de l’Univers ?
La liste ne s’arrête pas là et d’autres coïncidences troublantes peuvent être mises en évidence. Elles montrent toutes qu’un Univers avec des constantes fondamentales ou des conditions initiales différentes du nôtre n’aurait pas abouti à la vie telle que nous la connaissons.
Ce résultat constitue une grande surprise. Tout au long de l’histoire de l’astronomie, l’homme a peu à peu perdu sa place centrale dans l’Univers. Ni sa planète, ni son étoile, ni sa galaxie n’avait une importance particulière. Mais il semble soudain que l’Univers a exactement les propriétés requises pour que l’homme – ou plus généralement la vie – puisse apparaître.
Que faut-il penser de cette étonnante conclusion ? Certains auteurs y voient la preuve que l’Univers devait au départ avoir les propriétés requises pour aboutir à la vie. Pour eux, ce dernier possède les propriétés nécessaires à l’apparition de la vie car telle est sa raison d’être, une hypothèse qui porte le nom de principe anthropique.
Le principe anthropique a pour défaut de ne pas expliquer grand-chose et de conduire à des interprétations suspectes. Une autre explication est fournie par la théorie des univers parallèles. Cette théorie, née à la fin des années 1950 fut introduite pour essayer d’expliquer un autre casse-tête de la physique : l’expérience du chat de Schrödinger.
Mis à jour le 13/10/2019 par Olivier Esslinger