En cosmologie, il existe un principe qui les gouverne tous : le bien nommé principe cosmologique. Il insiste sur le fait qu’il n’existe pas d’endroits particuliers dans le cosmos : à des échelles suffisamment grandes, tout est à peu près pareil dans toutes les directions, quel que soit le point de vue de l’observation. À première vue, cela semble être faux : il est évident que certains endroits de l’univers sont différents d’autres. Le centre du soleil n’a rien à voir avec une nébuleuse flottant dans l’espace lointain ; mon bureau est très différent de l’horizon des événements d’un trou noir.

Pour que cela soit utile, nous devons faire un zoom arrière – c’est pourquoi les déclarations modernes sur le principe cosmologique mettent au premier plan « à des échelles suffisamment grandes » et puis, la plupart du temps, mettent fin à cette période. Bien sûr, mon bureau n’est pas un trou noir, et le soleil n’est pas (encore) une nébuleuse, mais tout superamas de galaxies est à peu près le même que n’importe quel autre, et le motif de filaments et de vides que tracent ces structures gigantesques est le même dans toutes les directions. C’est la pierre angulaire de notre meilleur modèle du cosmos, appelé modèle standard, également connu sous le nom de lambda-CDM.

Pourtant, une multitude de cosmologistes ont appelé cette règle fondamentale en question. Et même si certaines de ces questions ont trouvé une réponse, elles ne peuvent pas toutes être balayées aussi facilement.

Celles qui sont les plus faciles à résoudre sont les questions d’isotropie, l’idée selon laquelle la vue sur l’espace dans toutes les directions, depuis toutes les orientations, est équivalente. Il n’y a en réalité qu’un seul grand défi à cette règle : le dipôle du fond diffus cosmologique (CMB). Le CMB est un rayonnement relique du Big Bang, brillant faiblement dans tout l’univers avec une luminosité presque uniforme. Mais il semble y avoir ce que les physiciens appellent un dipôle : une direction est plus froide que l’autre. Généralement, cela s’explique en l’attribuant au mouvement de notre galaxie dans l’espace, ce qui déformerait la lumière provenant des zones devant et derrière nous lorsque la Voie Lactée se déplace.

Les exceptions à l’idée d’homogénéité, qui exige que tout soit lisse plutôt que grumeleux lorsqu’on l’observe à des échelles suffisamment grandes, tendent à être plus menaçantes pour le principe cosmologique. Ces menaces prennent généralement la forme de structures de taille inhabituelleconduisant à des noms tels que la Grande Muraille de Sloan, le Huge Large Quasar Group, l’Arc Géant ou le Big Ring, qui mesurent tous des milliards d’années-lumière. Il est difficile de considérer notre univers comme lisse alors qu’il semble contenir d’énormes morceaux. Le « à des échelles suffisamment grandes » qui est inséré dans le principe cosmologique ne peut s’étendre que jusqu’à présent, n’est-ce pas ?

Au début des années 2000, les astronomes ont commencé à découvrir des structures un peu trop grandes pour correspondre au modèle standard. Tout le monde n’est pas d’accord sur ce que devrait être la limite, mais les propositions sont généralement de quelques centaines de mégaparsecs, ou plusieurs centaines de millions d’années-lumière – tout ce qui est plus grand que cela pose problème, et il semble certainement y avoir des structures plus grandes. Ainsi, à maintes reprises, l’homogénéité à travers l’univers a été remise en question.

Personnellement, je ne suis pas du tout inquiet de la rupture potentielle du principe cosmologique lui-même. Certains chercheurs disent qu’un peu d’agglomération est en fait acceptable dans le modèle standard, d’autres disent que l’univers s’est tellement étendu depuis sa formation que nous ne pouvons plus nous attendre à ce que le principe cosmologique soit respecté, et certains disent simplement que nous devons regarder à une échelle encore plus grande. Chacune de ces solutions est plausible, mais la vraie question pour moi est la suivante : si je dois faire un tel zoom arrière pour adapter un paradigme à l’univers réel, est-ce toujours un paradigme utile ?

Pensez à l’exemple que j’ai donné au début. Mon bureau n’est pas un trou noir – c’est une information utile pour moi chaque matin lorsque j’entre dans mon bureau sans craindre d’être spaghettifié par des forces gravitationnelles extraordinaires. En fait, non seulement il est utile que mon bureau ne soit pas un trou noir, mais il est également utile que mon bureau ne soit pas ma cuisine ou ma salle de bain. Les distinctions comptent.

En ce qui concerne l’univers, ces distinctions n’ont peut-être pas une telle signification au quotidien – que m’importe que notre système solaire se trouve dans la galaxie de la Voie Lactée et pas un autre ? Mais ils sont importants au regard des grandes questions : comment fonctionne le cosmos et y sommes-nous seuls ? Le principe cosmologique nous permet de faire une hypothèse importante et nécessaire : que l’endroit où nous nous trouvons n’a rien de spécial, que ce que nous observons depuis la Terre est vrai partout. Sans cette hypothèse, les limites de notre compréhension sont claustrophobes. Si nous voulons poursuivre l’étude de l’univers entier, nous devons supposer un certain niveau d’homogénéité et d’isotropie. Mais ce n’est pas parce qu’une hypothèse est utile, voire nécessaire, qu’elle est vraie.

En science, nous supposons constamment des choses qui ne sont pas nécessairement vraies, en grande partie pour faciliter les calculs. D’innombrables articles de recherche sont basés sur des simulations unidimensionnelles d’objets tridimensionnels et nous permettent de mieux comprendre, même si elles ne sont pas exhaustives. Chaque distance que nous mesurons par rapport à n’importe quel objet dans l’espace (et même l’échelle de distance pour le principe cosmologique lui-même) suppose une valeur pour le taux d’expansion de l’univers, même si nous ne savons pas vraiment ce que c’est. Nous pouvons accepter quelque chose d’aussi proche de la vérité pour être utile, tout en sachant que ce n’est pas tout à fait correct.

Alors, est-ce que je crois au principe cosmologique, ce fondement sur lequel repose notre compréhension de l’univers ? Non, pas vraiment. Le cosmos est trop vaste et trop varié pour que je puisse pleinement adhérer à l’idée qu’il n’existe pas de lieux uniques et spéciaux. Cela me rappelle quelques lignes de Hamlet: « Quel ouvrage que cet homme ! comme sa raison est noble ! comme ses facultés sont infinies ! » Quelle œuvre aussi que le cosmos et son contenu, et à quel point ses facultés semblent infinies.

Il est au moins suffisamment infini pour que le principe cosmologique puisse être à la fois suffisamment vrai et faux. Il y a de la vie dans notre coin de l’univers, donc il y a probablement la vie ailleurs aussi parce que, d’une certaine manière, l’univers est le même partout, dans toutes les directions. Néanmoins, l’univers est également différent partout. Mon bureau n’est pas un trou noir et les extraterrestres ne lisent probablement pas Hamletaussi nobles soient-ils en raison. Il y a des endroits spéciaux dans le cosmos, et nous sommes dans l’un d’eux, et ce n’est qu’en gardant à la fois cela et le principe cosmologique dans nos têtes que nous pouvons vraiment comprendre notre place dans l’univers.