Le temps ne cesse de nous échapper. Il a une relation tendue avec notre expérience subjective – parfois ralentir ou s’éterniser; et à d’autres moments, elle s’accélère, les années semblant s’écouler nous survolons à mesure que nous vieillissons. Nos cellules cérébrales sont même connues pour déformer notre notion du temps quand nous sommes fatigués.
En physique, le temps devient encore plus compliquéincorporé dans les théories de relativité — l’expérience du tic-tac de l’horloge étant relatif à l’observateur et à sa place dans l’espace — et l’entropie, qui donne au temps son flux unidirectionnel. Pendant ce temps, la mécanique quantique indique que le temps peut déplacer les deux en avant et en arrièredu moins à l’intérieur des systèmes quantiques.
Dans cet extrait de « À l’heure : la physique qui fait fonctionner l’univers » (Princeton University Press, 2026), auteur et physicien théoricien Jim Al-Khalili envisage la possibilité que le temps n’ait pas commencé avec le Big Bang – mais si cette explosion n’était qu’un instant de plus, qu’y avait-il avant ?
Il existe une théorie cosmologique alternative à celle selon laquelle le Big Bang a marqué le début du temps lui-même, qui a ensuite été suivi d’une brève période d’inflation rapide de l’espace. L’alternative est connue sous le nom d’inflation éternelle. Dans ce scénario, notre univers est né comme une petite bulle dans un espace infini qui subit une inflation depuis toujours.
Ainsi, plutôt que le temps commençant avec notre Big Bang, nous devrions considérer le Big Bang comme un événement qui s’est produit à un moment donné, au cours duquel notre région de cet espace infini a soudainement cessé de gonfler et a commencé à s’étendre à un rythme plus lent.
Ainsi, au lieu d’une brève période d’inflation se produisant juste après le Big Bang, dans la théorie de l’inflation éternelle, c’est l’inverse, le Big Bang marquant la fin de l’inflation dans notre partie de l’espace, créant notre univers bulle en dehors duquel l’inflation se poursuit. La théorie prédit que d’autres big bangs se produiront ailleurs et donneront naissance à d’autres univers – peut-être un nombre infini d’entre eux – tous séparés à jamais les uns des autres et tous séparés par l’espace en constante expansion et en gonflement rapide à l’extérieur d’eux. La totalité de cet espace infini est appelée multivers, pour le distinguer des univers bulles individuels.
Certains physiciens affirment qu’une telle idée ne relève pas de la science proprement dite, puisque nous n’avons aucun moyen de la tester. Il existe deux autres idées qui méritent d’être mentionnées quant à savoir si le Big Bang a marqué ou non le début des temps, qui constituent toutes deux des alternatives à la théorie de l’inflation. La première est que notre univers fait partie d’un processus répétitif appelé cosmologie cyclique conforme.
Cette idée, proposée par Roger Penrosesuggère que notre univers traverse une série infinie de vies, ou époques, dont chacune commence par un big bang et se termine par un univers en équilibre thermique, rempli uniquement de rayonnement thermique uniformément réparti. L’idée ici n’est pas, comme on pourrait s’y attendre, que l’univers atteigne une expansion maximale avant de s’effondrer en un « Big Crunch » qui marque ensuite le Big Bang de l’époque suivante, mais plutôt à cause d’une idée géométrique subtile appelée « cartographie conforme » qui relie la fin très différente d’un univers (froid et étendu) à la naissance du suivant (chaud et dense).
Je n’en dirai pas davantage sur cette théorie, d’autant plus qu’il a été avancé qu’elle souffre de plusieurs défauts, comme le problème de conservation de l’information (semblable au soi-disant paradoxe de l’information du trou noir) et la difficulté de concilier l’entropie élevée de la fin de l’ancienne époque avec la faible entropie de la nouvelle époque.
Une hypothèse connexe, que j’avoue trouver esthétiquement plutôt attrayante, est connue sous le nom de modèle de l’univers ekpyrotique. Le nom est basé sur le mot grec ekpyrosis (ἐκπύρωσι), signifiant « conflagration », qui fait référence à un modèle cosmologique proposé par les philosophes stoïciens de la Grèce antique dans lequel l’univers cycle sans fin à travers une naissance, une expansion et un refroidissement ardents, suivis d’une contraction, d’un réchauffement et d’une renaissance.
Le nom « univers ekpyrotique » a été inventé par l’un des initiateurs de la théorie moderne, Paul Steinhardt. L’idée vient du monde hautement mathématique de la théorie des cordes. Fondamentalement, l’ensemble de notre espace tridimensionnel (qui, comme nous le savons, fait en réalité partie de l’espace-temps 4D) forme ce qu’on appelle une brane 3D (une généralisation de dimension supérieure d’une membrane ou feuille 2D). Notre brane 3D flotte dans un espace de dimension supérieure (4D), et le Big Bang se produit lorsqu’elle entre en collision avec une brane voisine (dans un sens, ce serait un autre univers). Cette collision crée une chaleur et un rayonnement considérables (le Big Bang) et déclenche l’expansion de notre espace.
Dans le même temps, il s’éloigne de l’autre brane avec laquelle il est entré en collision, mais finira par atteindre une séparation maximale d’elle avant qu’ils ne soient rapprochés, entrant en collision à nouveau dans un nouveau Big Bang. Ici, je souhaite simplement souligner que si cette théorie est exacte, il se peut qu’il n’y ait pas eu de commencement des temps, et certainement pas lors du Big Bang.
Et s’il existait un univers miroir de l’autre côté temporel du Big Bang, évoluant dans une direction que nous considérerions comme étant vers le passé ?
Un autre modèle cosmologique, qui élimine également le besoin d’inflation et suggère que le Big Bang n’était pas le début des temps, a été proposé par un autre des initiateurs de l’idée de l’univers ekpyrotique, Neil Turok. Mais cette idée, connue sous le nom de théorie de « l’univers miroir », est plutôt différente. C’est une bonne idée, et elle résout certainement le paradoxe de Loschmidt concernant le conflit entre la symétrie temporelle et la deuxième loi de la thermodynamique. En raison des équations fondamentales de la physique, symétriques dans le temps, le démarrage d’un système à tout moment arbitraire signifie que son entropie devrait augmenter de la même manière dans le passé que dans le futur.
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Mais cela n’a tout simplement aucun sens. Si le système, à tout moment avant le moment arbitraire choisi, a une entropie plus élevée, alors à partir de l’un de ces moments antérieurs, l’entropie du système devrait diminuer afin d’atteindre son état au moment arbitraire d’origine. Cela ne peut donc pas être arbitraire ; le système devait être dans un état spécialement préparé à ce moment-là, au moment du Big Bang. Il n’y aurait pas d’augmentation de l’entropie en remontant dans le temps si c’était à ce moment-là que le temps commençait.
Mais et s’il existait un univers miroir de l’autre côté temporel du Big Bang, évoluant dans une direction que nous considérerions comme étant vers le passé ? C’est précisément ce que suggère Turok. Ce qui est intéressant (ou pratique, selon à quel point vous aimez cette théorie), c’est que les deux côtés du Big Bang sont complètement séparés l’un de l’autre, chacun voyant le temps pointant dans la direction d’une entropie croissante. Si un tel univers miroir existe et contient une vie intelligente qui a également repris l’idée de l’univers miroir, alors ils penseraient que notre côté était celui d’avant le Big Bang, de la même manière que nous pensons que le leur l’est. En plus de supprimer l’inflation, cette idée explique également pourquoi il y a plus de matière que d’antimatière dans notre univers car, devinez quoi, l’univers miroir aurait la situation inverse : ce qu’ils appellent la matière normale est notre antimatière.
Dans quelle mesure devrions-nous prendre ces théories cosmologiques au sérieux ? Sont-ils vraiment de la science proprement dite ? Leurs partisans savent qu’ils ont besoin d’une sorte de preuve empirique pour étayer leurs hypothèses, comme une empreinte d’une réalité antérieure au Big Bang figée dans notre fond cosmique de micro-ondes. Car sans preuves observationnelles, ces idées resteront de simples curiosités théoriques.
Extrait de On Time : La physique qui fait tourner l’univers © 2026 par Jim Al-Khalili. Réimprimé avec la permission de Princeton University Press.
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Dans ce livre bouleversant, Jim Al-Khalili aborde de front les problèmes persistants du temps, en les examinant attentivement à travers les trois piliers centraux de la physique : la mécanique quantique, la relativité générale et la thermodynamique.
Al-Khalili fait valoir de manière convaincante que le temps est réel et non illusoire, et qu’une flèche maîtresse du temps n’est pas simplement une illusion de nos sens, mais plutôt une caractéristique fondamentale de la réalité qui a été intégrée dans la structure de notre univers dès le début.
