Imaginez pouvoir remonter le fil du temps jusqu’à l’instant zéro, ce moment insaisissable où rien n’existait encore, ni matière, ni espace, ni même les lois censées régir l’un et l’autre. C’est précisément le vertige dans lequel s’est plongé Stephen Hawking durant les dernières années de sa vie, alors que sa santé déclinait mais que son esprit continuait d’explorer les questions les plus fondamentales de la physique. En cette rentrée où l’on aime se replonger dans les grandes énigmes scientifiques, il est fascinant de revenir sur ce travail méconnu, mené aux côtés de son collaborateur de longue date Thomas Hertog, qui bouscule notre manière de penser l’origine de l’univers.

L’univers aurait-il pu naître de mille façons différentes ?

La question paraît presque absurde tant elle échappe à notre intuition la plus élémentaire : et si le cosmos que nous observons aujourd’hui n’était pas le résultat d’un scénario unique, mais l’aboutissement de plusieurs récits possibles qui se seraient entremêlés dès les premiers instants ? C’est cette hypothèse, profondément contre-intuitive, que Stephen Hawking a explorée avec Thomas Hertog pendant près de vingt ans de collaboration scientifique. Leur ambition n’était pas de raconter une histoire de science-fiction, mais de pousser les équations de la physique quantique jusque dans leurs derniers retranchements, là où le Big Bang lui-même cesse d’être un simple point de départ pour devenir un objet d’étude à part entière.

Ce travail s’inscrit dans la continuité d’une idée plus ancienne, baptisée top-down cosmology, que les deux chercheurs avaient déjà esquissée dès 2006. Plutôt que de partir du Big Bang pour calculer ce que l’univers devait devenir, leur méthode consistait à partir de l’état actuel du cosmos, celui que nous pouvons observer, pour remonter vers les conditions initiales compatibles avec ce que nous voyons aujourd’hui. Une manière de renverser la perspective habituelle, en posant que plusieurs histoires quantiques peuvent contribuer, ensemble, à expliquer l’univers présent.

L’ultime pari scientifique d’un physicien à l’agonie

Ce qui rend cette histoire particulièrement émouvante, c’est le contexte dans lequel elle s’est écrite. Stephen Hawking, déjà affaibli par la maladie qui le rongeait depuis des décennies, a continué à travailler sur ces questions jusqu’à ses derniers mois. Son dernier article scientifique majeur, rédigé avec Thomas Hertog et publié peu après sa disparition, portait un titre presque interrogatif : A Smooth Exit from Eternal Inflation ?. Un point d’interrogation qui, à lui seul, résume l’état d’esprit du chercheur : non pas affirmer une vérité définitive, mais formuler une conjecture destinée à résoudre un problème resté sans réponse satisfaisante.

Ce problème, c’est celui de l’inflation éternelle, un phénomène selon lequel l’expansion fulgurante qui a suivi le Big Bang ne se serait pas arrêtée partout au même moment. Certaines régions de l’espace auraient cessé de gonfler pour donner naissance à des univers comme le nôtre, tandis que d’autres continueraient indéfiniment leur expansion, engendrant une infinité de bulles cosmiques distinctes. Une image vertigineuse, mais que Hawking et Hertog jugeaient incomplète, voire problématique, comme description finale du Big Bang.

Quand le Big Bang n’est plus un point de départ mais une probabilité

Pour bien comprendre l’apport de ce dernier travail, il faut imaginer une scène de crime scientifique. Vous découvrez aujourd’hui des traces, des indices, un état des lieux précis : c’est l’univers que nous observons, avec ses galaxies, son fond diffus cosmologique, sa structure à grande échelle. Plusieurs scénarios différents pourraient, en théorie, avoir produit exactement ces mêmes traces. En cosmologie quantique, la question devient alors : quelles histoires possibles de l’univers sont compatibles avec ce que nous mesurons aujourd’hui ?

C’est ici que le duo Hawking-Hertog introduit une nuance essentielle, souvent mal comprise. Leur calcul ne conclut pas que l’univers engendre un nombre infini de bulles cosmiques disparates. Au contraire, ils avancent que la sortie de l’inflation éternelle pourrait produire un ensemble fini et relativement lisse de possibilités, plutôt qu’un multivers fractal sans limite. Une conclusion presque inverse de ce que l’on prête généralement à Hawking dans l’imaginaire collectif.

La théorie qui efface les frontières du temps et de l’espace

Plus les deux chercheurs poussaient leur exploration vers les origines ultimes du cosmos, plus ils identifiaient un niveau d’évolution profond où les lois physiques elles-mêmes semblaient se transformer et se simplifier, jusqu’à ce que les particules, les forces, et le temps lui-même finissent par s’évanouir. Une idée qui rejoint un autre pilier fondateur de leur réflexion commune : la fameuse fonction d’onde sans bord, développée par Hawking avec James Hartle dès 1983, selon laquelle l’univers n’aurait ni véritable commencement ni frontière au sens classique du terme.

Cette découverte conduit à une idée profondément révolutionnaire : les lois de la physique ne seraient pas gravées dans la pierre comme des commandements immuables, mais naîtraient et évolueraient en même temps que l’univers qu’elles gouvernent, à mesure que celui-ci prend forme. Thomas Hertog qualifie lui-même cette approche de perspective darwinienne sur les origines du cosmos, où les lois physiques émergeraient avec le Big Bang et évolueraient conjointement avec l’expansion de l’univers, un peu comme des espèces qui s’adaptent à leur environnement plutôt que de suivre un plan préétabli.

Un multivers sans parallèle : la nuance oubliée de Hawking

Il est essentiel de ne pas confondre cette théorie avec l’idée, plus populaire mais différente, du multivers classique, selon laquelle une multitude d’univers auraient coexisté juste après le Big Bang, chacun régi par des lois physiques distinctes, seule une poignée d’entre eux réunissant les conditions nécessaires à l’apparition de la vie. Thomas Hertog souligne que cette vision pose elle-même de sérieux paradoxes conceptuels : dans un contexte de multivers aléatoire, on ne peut plus vraiment rien expliquer, tout devient affaire de hasard, alors qu’une explication purement mathématique suppose au contraire des lois uniques et cohérentes.

Selon Hertog, Hawking a longtemps cherché à comprendre l’univers à partir de lois immuables et transcendantes, avant de se tourner vers cette approche évolutive qui rend le scénario du multivers beaucoup plus limité et calculable. Il ne s’agit donc pas d’affirmer que tous les univers imaginables existent quelque part, ni que nous vivrions dans l’une de multiples réalités parallèles : cette théorie reste une conjecture mathématique, publiée dans le Journal of High Energy Physics, qui n’a pas été confirmée expérimentalement à ce jour.

Ce que cette idée change à notre façon de voir le cosmos

Loin de rester une simple spéculation philosophique, ce travail cherche aussi des conséquences potentiellement observables. Les deux physiciens ont étudié les différentes géométries possibles de l’univers à la sortie de l’inflation, ainsi que leurs amplitudes quantiques respectives, concluant que certaines configurations sont fortement favorisées tandis que d’autres sont, au contraire, très largement supprimées. Des travaux menés à l’université de Cambridge ont notamment évoqué la piste des ondes gravitationnelles primordiales comme moyen concret de confronter, un jour peut-être, ce type de modèle théorique aux observations réelles.

Ces travaux s’inscrivent pleinement dans l’héritage scientifique de Stephen Hawking, qui aura passé sa carrière à tenter de réconcilier la relativité générale d’Einstein avec les principes déroutants de la physique quantique. Sa dernière contribution ne clôt pas le débat, elle l’ouvre autrement, en suggérant que même les lois qui régissent notre réalité ont pu naître et évoluer avec elle, plutôt que de préexister de toute éternité.

Ainsi, derrière cette idée vertigineuse d’un univers aux multiples histoires possibles se cache une leçon plus modeste, mais tout aussi fascinante : la science n’a pas fini d’interroger ses propres fondations. Reste à savoir si les futures observations, notamment celles portant sur les ondes gravitationnelles les plus anciennes, permettront un jour de trancher entre ces différents récits cosmiques, ou si cette question continuera longtemps encore d’alimenter notre curiosité pour les origines du monde.