Big-bang, début ou “éternel recommencement” : entre la science et l’idéologie “éternaliste”

Ce dernier a imaginé une constante, qui explique l’état stationnaire de l’Univers et reflète un effet anti-gravité qui maintient l’Univers en face des puissantes forces gravitationnelles de la matière qui y sont contenues. Lemaître a montré que cette constante peut tout au contraire expliquer l’expansion rapide de l’Univers.

Peu importe les concepts qui ont évolué dans la trame de cette grande théorie, le plus important est qu’on puisse dire, sur un plan strictement logique et sans aucun effort d’ordre théologique, que cette théorie n’est pas contradictoire avec l’existence d’une création divine au moment T qui a vu la naissance de l’Univers. D’ailleurs, il existe dans les premiers travaux des savants sur les débuts de l’Univers une incertitude sur ce qui a existé réellement au moment du Big-bang.

Selon Lemaître, ce fut un super atome primitif qui s’est désintégré en fragments de matières en raison de son instabilité. Cette idée a été vite abandonnée en raison de sa nature spéculative et farfelue, ce qui constitue un bon point pour le créationnisme puisque l’instabilité de l’atome primitif est le résultat de la contingence et du hasard. Friedmann avait suggéré que le début de l’Univers a été un point de l’espace-temps. Là encore, cette idée est vague, puisqu’elle réduit le contenu de l’Univers à une abstraction géométrique.

Le concept qui a été adopté bien après ces premières tentatives, ce fut le Ylem, un nom donné par Gamow, c’est-à-dire une soupe d’atomes et de particules nucléaires qui a formé l’hydrogène qui se trouve en abondance dans l’Univers. Le problème avec ce concept est qu’il nous donne une image de ce qu’il y a avait bien après le Big-bang, même si cet instant n’aura duré que quelques heures, et non ce qu’il y avait avant cet instant. L’image d’une soupe primitive de particules ou d’un plasma qui s’est formé après le Big-bang a été développée par un groupe de savants, dont les plus illustres sont Bethe Gamow, Alpher. Leur théorie s’intitule la nucléosynthèse.

Aujourd’hui, on qualifie de « singularité », un concept emprunté à la mécanique quantique ou de moment de Planck, du nom de l’illustre savant qui a été le fondateur de cette physique.

Au-delà de cette incertitude inhérente aux limites conceptuelles des théories scientifiques, il n’y a que des hypothèses spéculatives, comme celle du Big-bounce (un ancien Univers qui aurait rebondi en raison des fluctuations quantiques en donnant naissance à un nouvel Univers en pleine expansion).

Le créationnisme, s’agissant des débuts de l’Univers, n’est donc pas fondamentalement remis en cause et cette situation est le résultat des limites théoriques actuelles à conceptualiser ce qu’il avait au moment du Big-bang.

Peu importe, ce qui existe aujourd’hui, c’est un modèle cosmologique ad hoc qu’on appelle le Modèle standard sur les débuts de l’Univers, qui a été progressivement mis en place. Ce modèle standard a été ensuite confirmé sur le plan expérimental, grâce à la découverte du rayonnement centimétrique qui baigne dans tout l’Univers et qui n’est autre que le résultat du Big-bang, et concorde parfaitement avec l’abondance de l’hydrogène dans l’Univers. En fait, ce rayonnement est un écho du Big-bang dont l’existence a été prédite par les concepteurs de cette théorie, bien avant la découverte par Penzias et Wilson de manière inattendue.

Les vielles tentatives «éternalistes» des débuts de l’univers

Maintenant, ce qu’on peut dire est que bien avant cette découverte cruciale qui a été recomposée par le prix Nobel, et qui a consacré la théorie du Big-bang comme la bonne théorie pour les débuts de l’Univers, un puissant mouvement s’est opposé à cette théorie dès sa fondation et a mobilisé plusieurs savants qui étaient tous hostiles à un début de l’Univers.

Evoquons maintenant le caractère curieux de cette situation. En situation normale et comme Thomas Kuhn l’a expliqué dans son livre La structure des révolutions scientifiques, l’évolution de la science évolue toujours de la manière suivante : une science normale (théorie dominante)-crise-nouvelle science normale (nouvelle théorie). Ce schéma kuhnien n’a pas fait ses preuves avec le grand débat cosmologique qui a marqué le triomphe du modèle standard.

Une nouvelle science normale a commencé à faire son apparition (modèle standard). Mais au lieu qu’une crise fasse soudain son apparition et provoque la naissance d’une nouvelle science normale, un mouvement critique s’est formé contre la théorie du Big-bang depuis les débuts de son développement et qui ne se limitait pas à la mise en place d’une théorie concurrente comme celle de l’Etat stationnaire[4].

Mais ce mouvement n’est pas parvenu à remettre en cause le Modèle standard. Selon le schéma kuhnien, la crise est généralement provoquée par la constatation d’une anomalie. Là encore, le schéma kuhnien ne s’applique pas au modèle standard de la cosmologie (théorie du Big-bang), puisqu’une anomalie a été bien constatée dans la théorie du Big-bang qui est la datation de l’âge de l’Univers. Selon les données de l’époque (année 1940 et 1950), l’âge connu de l’Univers était inférieur à l’âge des étoiles avec cette conséquence aberrante sur la théorie qui montre un Univers plus jeune que les étoiles. Cette anomalie a été ensuite résolue, puisque l’estimation de l’âge de l’Univers a été reculée à plus de 15 milliards d’années (au lieu de 4,5 milliards d’années).

Néanmoins, d’autres critiques qui ne reflètent aucunement des anomalies mais plutôt des interrogations ont fait leur apparition. Parmi ces critiques, il y a celle qui a porté sur les travaux de Gamow et Alpher et montre que les calculs de Gamow ne concordent pas avec celles d’Alpher (Ibid. p.323), et que l’abondance de l’hélium (qui est une conséquence de leur théorie) n’est qu’une simple coïncidence.

Ces critiques ont également pointé du doigt l’incapacité de ces deux théoriciens à expliquer la création d’atomes plus lourds que l’hélium et l’hydrogène dans l’Univers, en raison du fait que la nucléosynthèse, c’est-à-dire la formation des atomes lors des premiers instants de l’Univers, ne permet pas, lors de ce processus physique, que les atomes les plus légers comme l’hélium qui contient 4 nucléons puissent se transformer en des atomes plus lourds avec 5 nucléons. Bien que ces deux savants ne soient pas parvenus à surmonter cet obstacle, il n’en demeure pas moins vrai que la véritable motivation des critiques est d’ordre «eschatologique» et idéologique, et non purement scientifique.

Ces critiques n’ont pas attendu les tests de l’expérience et de l’observation astronomique pour vérifier la théorie du Big-bang (pour voir une crise apparaître), comme nous l’explique systématiquement le philosophe Kuhn. Ils ont été positionnés d’emblée contre la théorie du Big-bang, parce que cette dernière possède de manière peu visible une dimension créationniste. Ils ont milité plutôt pour un modèle d’un Univers «éternel » excluant toute création et tout début à l’Univers.

On va le voir plus clairement avec cet autre épisode des recherches d’Alpher. Ce dernier, dérouté par le problème des atomes à 5 nucléons (composant les noyaux atomiques) qui sont plus lourds, a entrepris d’aborder de nouvelles situations sur les débuts de l’Univers et notamment les différentes phases de sa formation. Une heure après sa création, l’Univers est encore une soupe de plasma constituée de nucléons simples et d’électrons. Les électrons chargés négativement ne parviennent pas à s’accrocher aux nucléons de charge positive par attraction électromagnétique, en raison de la forte agitation de leur mouvement dans cette soupe provoquée par la très forte température. A ce stade, l’Univers est rempli également d’une mer de lumière. Mais celle-ci est invisible parce que les rayons lumineux sont dispersés par les particules chargées. C’est lorsque la température de l’Univers a baissé du fait de l’expansion que les électrons parviennent à s’accrocher aux nucléons positifs.

C’est le moment crucial où des atomes neutres électriquement se sont finalement formés avec une nouvelle particularité importante : Ils ne dispersent désormais plus la lumière. A ce stade, l’Univers est âgé de 300.000 ans. Alpher et Herman ont alors affirmé qu’une lumière, baignant tout l’Univers d’une longueur d’onde d’un millimètre (invisible à l’œil), peut être détectée depuis cette date parce qu’elle a commencé à  rayonner au moment de la formation des atomes.

Ce qui est étonnant, c’est que la communauté scientifique n’a pas reconnu cette hypothèse théorique surprenante.

Les historiens des sciences ont cherché une explication à cette attitude, comme la difficulté de détecter une telle lumière infra visible. Pour ma part, je pense que la non-reconnaissance du travail d’Alpher est inhérente au poids du groupe hostile à la théorie du Big-bang, qui a été vivement animé d’un désir farouche de supprimer toute référence à un processus créationniste en cosmologie. Alpher et Gamow, qui ont tant donné à la cosmologie, n’ont reçu aucune reconnaissance ou récompense. Pourtant, la confirmation expérimentale de l’une de leurs prédictions a valu le prix Nobel à deux ingénieurs (Penzias et Wilson), qui ont découvert par hasard ce rayonnement.

Le groupe d’obédience « éternaliste »[5] a été d’autant plus enhardi par le développement d’une théorie anti-créationniste[6] par excellence, qui est la théorie de l’état stationnaire de l’Univers, qu’une grande publicité a été faite à cette théorie. Cette théorie qui été élaborée par trois physiciens (Fred Hoyle, Thomas Gold et Harman Bondi) durant les années 1940 prévoit un Univers en expansion, tout étant dans un état stationnaire. La création de matière est expliquée par la production rare d’atomes dans les immensités de l’espace sidéral entre les galaxies, grâce à un mécanisme qui n’a jamais été expliqué.

Malgré son caractère pour le moins paradoxal (un Univers éternel et en expansion) et insuffisant, cette théorie a été présentée comme une théorie rivale au Modèle Standard (Big-bang) jusqu’à la découverte du rayonnement fossile centimétrique[7]. Ce rayonnement a été prédit par la théorie du Big-bang, alors que la théorie de l’état stationnaire ne pouvait ni le prévoir, ni l’expliquer. Il a été prédit à deux reprises : la première fois par Alpher et Gamow en 1948, comme il a  été déjà évoqué. La deuxième fois par Robert Dicke et James Peebles de l’Université de Princeton, la même année et indépendamment de Gamow et d’Alpher. En 1964, Penzias et Wilson découvrent ce rayonnement, sans savoir qu’il est celui dont on parle dans ces travaux théoriques.

On remarque dans cette histoire, la puissance du courant anti-créationniste en cosmologie durant cette période et jusqu’à aujourd’hui, et ce, bien que les enjeux actuels sont très différents de ceux qui ont pris le haut du pavé de la cosmologie entre 1930 et 1960. Par la force des choses, ce courant à perdu la bataille. Mais c’est uniquement en raison de la découverte accidentelle du rayonnement centimétrique.

Comment concilier la notion de création avec les débuts de l’Univers

Les enjeux ont changé aujourd’hui et concernent plutôt l’unification de la théorie de la relativité générale et de la mécanique quantique des champs, la tentative désespérée de quantifier le champ gravitationnel ainsi que les problèmes posés par l’explication de la matière noire et de l’énergie noire. Il y a également la question de l’asymétrie entre la matière et l’antimatière. Ces enjeux n’ont a priori aucun lien avec la religion. Ceci ne fut pas le cas de la rivalité entre la théorie du Big-bang et la théorie de l’état stationnaire.

Au lieu de voir que la théorie du Big-bang est un terrain fécond dans n’importe quel dialogue entre la science et la religion, sous le signe d’un « parallélisme philosophique » qui permet de reconnaître la difficulté rédhibitoire d’avoir une image claire de ce qu’il y avait au tout début de l’Univers, en vertu des changements constants dans les concepts scientifiques (idée de l’atome primitif, le point de l’espace-temps de Friedmann, le temps de Planck, la singularité quantique ou l’hypothèse du Big-bounce), il se passe comme si nous avons le sentiment que quelque chose s’est passé au tout début de l’Univers et que notre référence valable depuis des siècles (la création) est désormais suspendue en raison de l’environnement évolutionniste et anti-créationniste qui règne dans notre temps moderne. La plupart des physiciens ne reconnaissent pas cette référence en raison de sa nature eschatologique et religieuse.

Le philosophe Hillary Putnam[8] a montré qu’une référence même de nature langagière est nécessaire pour qu’on puisse parler et savoir de quoi on parle devant des changements constants dans ce qu’on appelle les stéréotypes. Le langage pénètre la réalité plus qu’on le pense. Cette position est nécessaire pour croire à la réalité et l’existence des choses dans la nature. La théorie de la référence de Putnam permet de faire référence à une même espèce d’entités face des changements profonds dans les stéréotypes (théories) décrivant ces entités. Par exemple, le concept d’électron a changé au cours de l’évolution des théories physiques : alors que pour Thomson, il fut une particule électriquement chargée, les physiciens ont au fur a mesure ajouté des concepts comme la quantification, le spin, la dualité onde-particule et le nuage électronique en perpétuelle fluctuation qui sont tous des stéréotypes.

Toutefois, lorsqu’on parle d’électrons, il y a une seule référence et elle est de nature langagière. Selon la théorie d’Hillary Putnam, il est possible de parvenir à désigner une entité tout en agissant dans les limites d’une théorie approximative, erronée ou incertaine. De manière plus précise, l’objet de référence chez Putnam est déterminé par des relations causales, lorsqu’on est en présence de son référent. Ainsi, la nature propre du référent peut ne pas être accessible à l’utilisateur de l’expression bien que ce dernier puisse le maîtriser. Putnam donne l’exemple de la référence du mot « eau » (Hilary Putnam, 1979).

La référence du terme « eau » (et des termes correspondants dans d’autres langues) est fixée en partie par des relations causales entre les usagers de ce terme et la substance eau. La référence du terme n’a pas changé lors d’importantes découvertes à son sujet. Par exemple, lorsqu’on a découvert que l’eau est composée de molécules d’H₂O. Avant cette découverte, la référence au terme « eau » était déjà la substance qui est en fait H₂O, mais les usagers du terme « eau » ignoraient que l’eau est H₂O. Néanmoins, même si on ne possède aucune idée de la composition de l’eau, on sait néanmoins que cette substance existe en vertu des relations causales entre ceux qui utilisent ce terme et cette substance lors de toutes les expériences possibles menées sur celle-ci et même dans le temps passé lointain.

Nous pouvons donner un exemple fantaisiste (David Baird 1988, p 165-173) qui nous permet de voir comment une théorie de la référence fonctionne. Supposant que les disquettes d’ordinateur ne stockent pas l’information magnétiquement mais de manière radioactive. Mais cette vérité est cachée au public par IBM, qui déclare que les disquettes fonctionnent magnétiquement. De cette manière, la plupart d’entre nous qui sommes dupés croyons de manière erronée que les disquettes sont magnétiques. Néanmoins, cette théorie fausse est empiriquement adéquate. Les théories peuvent décrire le monde indépendamment des entités inobservables.

Nous ne doutons pas qu’il y a quelque chose dans les disquettes qui stocke l’information. Cette croyance est due au fait que nous utilisons les disquettes de différentes manières, c’est-à-dire en exploitant les différentes relations causales avec les disquettes. La théorie, selon laquelle, les disquettes stockent magnétiquement l’information n’est pas la source de notre croyance. Par conséquent, nous pouvons croire à l’existence des entités en reconnaissant, en même temps, que nos connaissances sur ces choses sont très limitées et faillibles.

Ces analyses théoriques nous permettent de clarifier les choses en ce qui concerne les débuts de l’Univers. Nous reconnaissant que nos connaissances sur les choses s’agissant des débuts de l’Univers sont faillibles. Toutes les théories sur l’atome primitif, le Big-bounce sont faillibles.

Mais nous croyons à un début de l’Univers comme référence ultime même si les traces qui nous restent sont les termes du langage (on peut parler de début de l’Univers ou de création) pour désigner la même chose. D’ailleurs, même les physiciens qui ont adhéré à la théorie du Big-bang utilisent des termes comme création d’atomes neutres pour désigner la combinaison entre les électrons et les noyaux atomiques et création du plasma originel. Ces termes sont uniquement des références qui cohabitent avec le changement constant des stéréotypes inventés par les physiciens. La théorie de la référence de Putnam est d’un grand secours lorsqu’il s’agit de ne pas verser dans un débat exclusivement idéologique entre science et religion. La référence à un début et à une création est un terrain d’entente entre la science et la religion.

Il suffit juste de reconnaître que nous partageons des termes de référence, sans avoir une théorie scientifique définitive sur les débuts de l’Univers qui explique comment la matière puisse apparaître de rien. Dans ce terrain d’entente, des références comme création d’atomes légers et création de rayonnement centimétrique qui n’est pas dispersé par ces atomes, il y a 300.000 ans peuvent être acceptées dans un contexte marqué par la multiplicité de concepts qui sont faillibles.

Mais ce qui s’est réellement passé durant les années 1950 est une tentative d’appropriation par l’Eglise du Vatican[9], qui a déclenché une véritable levée de boucliers chez les scientifiques qui n’étaient pas tous partisans de la théorie de l’état stationnaire de l’Univers, ce qui a créé un malaise chez les fondateurs de la théorie du Big-bang qui ont affirmé qu’il n’y avait aucun lien entre cette théorie et la Papauté.

C’est l’un de ces fondateurs, qui était en même temps évêque, qui s’est chargé de lever ce qui ressemblait pour la plupart à un malentendu. Ironie ou reflet d’une réalité cachée, George Lemaître a déclaré qu’il n’y avait aucune relation entre la religion et la science et qu’il ne fallait pas voir dans sa théorie, la preuve d’une création divine.

Néanmoins, les critiques de la théorie sur les débuts de l’Univers ont accusé Lemaître de concordisme, ce qui lui a coûté des difficultés dans la reconnaissance de ces travaux. C’est Eddington, le fameux astrophysicien qui a consacré les plus beaux moments de sa vie à prouver l’exactitude de la théorie de la relativité générale, qui a reconnu les travaux de Lemaître.

La leçon à tirer de tout cela est qu’un terrain d’entente entre la religion et la science ne peut être basé que sur une nouvelle philosophie, qui puisse tirer profit de l’une et de l’autre.

C’est ce que nous avons fait avec la théorie de la référence qui permet de reconnaître l’existence de termes langagiers qui restent stables en face de la faillibilité des théories scientifiques. D’ailleurs, une autre philosophe, Nancy Cartwright, a affirmé que les théories « mentent » et que ne nous somme pas obligé de croire à toutes les théories scientifiques[10].

De simples lois phénoménologiques, tirées de l’expérience scientifique, suffisent à expliquer causalement les relations entre les entités physiques inobservables. Le terme « création » a résisté à un changement constant de stéréotypes scientifiques.

Le mot d’ordre de Putnam sur le langage permet d’expliquer l’égarement actuel de tous les travaux qui tendent à interpréter le véritable sens des textes religieux. Or, les mots des textes religieux pénètrent la réalité du monde physique (et pas seulement) plus qu’on le pense. Au lieu de chercher le sens des textes, il faudrait plutôt prendre les mots de ces textes comme des références qui tiennent par elles-mêmes et qui sont restées stables pendant des siècles.

Des mots comme création, fumée (pour désigner la matière avec laquelle se sont formées les étoiles composant les galaxies et dont les traces aujourd’hui sont les grains des nuages interstellaires) ont une réalité qui transcendent le sens qu’on tend à leur attribuer, au nom des nombreux stéréotypes de la science moderne qui, eux, sont faillibles. De ce point de vue, la théorie de la référence de Putnam est d’un grand secours pour préparer le terrain d’entente entre la science et la religion, loin des approches littéralistes (prendre les récits des textes religieux tels quels en comparant ces textes avec les concepts et les théories scientifiques) et autres approches herméneutiques.

Les approches littéralistes tombent dans le piège du sens des concepts qu’on utilise, puisqu’il est impossible de savoir si le sens de ces textes religieux correspond au sens des concepts scientifiques. En revanche, prendre les mots clés de ces textes comme des références, puis rechercher les relations causales qui ont renforcé les croyances sur ces mots, loin des stéréotypes théoriques de la science, hormis les résultats des expériences scientifiques elles-mêmes, est plus pertinent.

Mais cet exercice mérite des recherches plus poussées qui dépassent le cadre de cet article.

Conclusion

En guise de conclusion, on peut dire que les scientifiques sont toujours tentés de réhabiliter le concept d’un univers aristotélicien éternel, en sacrifiant la richesse du modèle standard sur les origines de l’univers. Cette situation fâcheuse nécessite l’élaboration d’une approche permettant de tirer profit des références langagières des textes religieux, comme la création, la lumière et la fumée (Coran), en consolidant la théorie du Big-bang qui est une théorie harmonieuse avec la révélation religieuse.

Réferences

Cartwright Nancy Do the laws of physics state the facts? Pacific Philosophical Quarterly 61. 1980

Thomas S. Kuhn The Structure of Scientific Revolutions Second Edition, Enlarged University of Chicago1962.

Hilary Putnam Meaning and Reference. The Journal of Philosophy, Vol. 70, No. 19, 1973.

Simon Singh Big Bang: The Origin of the Universe, Harper Perennial, 2005.

[1] Ces spécialistes sont Niayesh Afshordi, professeur associé à l’Institut Périmètre, Robert Mann, membre affilié de l’Institut Périmètre et professeur à l’Université de Waterloo, et la doctorante Razieh Pourhasan.

[2] Martin Bojowald a développé cette théorie qu’il explique dans un livre connu.

[3] Georges Lemaître (1894– 1966) est un chanoine catholique belge, astronome et physicien, professeur à l’Université catholique de Louvain. Il a élaboré la théorie de l’atome primitif qui deviendra plus tard la théorie du Big-bang. Fin connaisseur des calculs mathématiques, il découvrit que la constante cosmologique d’Einstein qui a été ajoutée par ce dernier dans le cadre d’une théorie stationnaire de l’univers peut tout aussi bien être utilisée dans le cadre d’une théorie sur un univers en expansion. Einstein reconnut par la suite son erreur.

[4] La théorie de l’état stationnaire est une théorie concurrente à la théorie du Big-bang qui a été élaborée durant les années 1940 par un groupe de physiciens composé de Fred Hoyle, Thomas Gold et Hermann Bondi. Cette théorie suppose que l’univers est depuis toujours homogène et isotrope. En étant en expansion, la matière perd en densité et la matière est créée du néant grâce à un champ C.

[5] Nous utilisons ce terme pour désigner tous ceux qui croient à un Univers éternel.

[6] Le créationnisme est une doctrine religieuse opposée à la théorie de l’évolution de Darwin. Concernant la théorie du Big-bang, celle-ci n’est pas contradictoire avec le créationnisme puisque l’univers à un début et probablement une fin marquée par sa contraction sous l’effet de la gravitation de la masse de tout l’univers. Mais les cosmologistes n’acceptent pas le concordisme qui consiste à associer les croyances religieuses et les théories scientifiques.

[7] Un article paru en 1965 dans l’astrophysical Journal présente cette découverte sans l’expliquer comme étant le rayonnement centimétrique prédit par la théorie du Big-bang. Il convient de préciser que l’écho du Big-bang prédit par Alpher s’est transformé depuis les débuts de l’Univers en des ondes radio qui peuvent détectées sur Terre. C’est ce qu’ont fait par accident Penzias et Wilson.

[8] Hilary Whitehall Putnam (1926– 2016) est un philosophe américain. Son travail porte sur la philosophie des sciences, la logique, les  mathématiques, la philosophie de l’esprit, le langage, etc. Sa contribution la plus importante est la théorie de la référence langagière.

[9] Le Pape Pie XII a prononcé un discours dans lequel il affirmait que la théorie du Big-bang confirme l’existence de Dieu.

[10] Cartwright Nancy Do the laws of physics state the facts? Pacific Philosophical Quarterly 61. 1980 p.75-84.  Traduction française de Dennis Bonnay dans Philosophie des sciences, naturalismes et réalismes, textes réunis par S.Laugier et P.Wagner, Paris, Librairie Philosophique J.Vrin 2004.