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A. Histoire de l'Univers.
B. L'Univers et l'Absolu.
C. Origine du temps: création et commencement.
1. Origine et singularité.
2. Création et commencement.
D. Evolution.
E. Entropie.
La conception classique de l'Univers comme immuable, ou même éternel, était fondamentalement liée à la mécanique de cette époque, théorie qui a régné sur toute la physique jusqu'au XIXe siècle. La mécanique classique n'a jamais permi d'attribuer une valeur physique, réelle et profonde au temps. Celui-ci n'était considéré le plus souvent que comme une grandeur qu'il fallait chercher à éliminer. Il n'est donc pas étonnant que les physiciens de cette époque aient tout simplement nié que l'Univers puisse avoir un temps historique, réduisant le temps à un simple procéssus faisant fonctionner les pendules.
Par exemple, dans le domaine expérimental, le physicien s'intéresse aux expériences répétables à volonté, c'est à dire à celles qu'il est possible de refaire plus tard, ou ailleurs, l'expérience la plus "probante" étant celle qui, à n'importe quel moment de l'histoire, donne le même résultat.
Pour ce qui est de la théorie, la science cherche avant tout des lois qui soient applicables quel que soit l'instant choisi. C'est d'ailleurs une caractéristique obligée pour une loi que d'être ainsi, une loi qui ne serait valable qu'à un instant donné de l'histoire ne saurait être considérée comme loi, mais seulement comme le constat particulier d'une expérience.
Cela est vrai pour plusieurs raisons. Mais plus particulièrement parce que les lois physiques doivent respecter une exigence d'efficacité: leur rôle n'est pas uniquement de faire entrer dans un cadre théorique un certain nombre d'événements du passé (ce qu'on peut appeler l'"explication"); mais aussi d'avoir une fonction de prédiction, par exemple savoir comment va évoluer un système s'il se trouve dans des conditions particulières connues.
De ce point de vue, il faut éliminer le temps, en tant qu'il comporte une efficacité, ou en tant qu'il correspond à un changement réel, à un apport de neuf ou d'imprévisible. La science n'est pas obligée de nier cette éventuelle efficacité du temps, mais elle va juste rechercher ce qui semble se conserver ou se répéter malgré le temps, trouver ce qui est constant pour pouvoir inférer avec le minimum d'erreur possible dans le futur.
Cependant, ce désir de faire abstraction du temps a toujours été si important dans la science, qu'il n'est pas étonnant qu'on ait eu naturellement tendance à mettre dans les fondements ce qui n'appartenait qu'à la méthode.
Ainsi, Newton, en appliquant le mot "universel" à sa loi de gravitation, a été un représentant caractéristique des scientifiques de son époque: cette loi énoncée est valable quel que soit le temps et quel que soit le lieu: l'Univers est ainsi considéré comme uniforme et semblable à lui-même dans la totalité de l'espace et du temps.
C'est une conception semblable qui a prévalu depuis, pour toutes les lois physiques, et ce n'est que récemment, dans l'étude de l'Univers que l'on a été conduit à mettre en cause ce postulat. On sait en particulier qu'il nous est très difficile de parler de l'état de l'Univers avant le "temps de Planck" qui est à 10-43 secondes de l'origine, parce qu'alors, dans une densité trop importante, nos lois physiques ne sont plus applicables. Par conséquent, même les lois qui nous semblent les plus "universelles", ne sont pas vraies ou applicables pour tous les états de l'Univers et pour n'importe quel instant de son histoire.
Cela représente un changement fondamental dans la conception de la science, mais il n'empêche que le vieux postulat est tenace, et à part pour ce temps extrême, toutes les cosmologies actuelles posent les "constantes" physiques comme vraiment constantes au cours du temps. Il y a eu quelques tentatives pour imaginer le contraire, dont la plus célèbre est celle de Dirac, mais ces pistes sont maintenant abandonnées.
Ce n'est en fait qu'à partir du XIXe siècle que le temps s'est vu reconnaître dans toute son importance. C'est l'effet d'une part de la découverte de l'historicité dans l'évolution des espèces -qui sera complétée plus tard par celle de l'évolution de l'Univers tout entier, et d'autre part, des découvertes en thermodynamique du Second Principe et de l'entropie.
Jusqu'au XIXe siècle, aucune lois de la physique ne faisaient intervenir le sens du temps; autrement dit, elles étaient toutes invariantes lors d'un changement de t en -t. Rien dans les équations et dans les théories physiques ne correspondait à cette irréversibilité du temps que pourtant nous constatons quotidiennement.
Carnot et Clausius ont avancé leur célèbre principe de la thermodynamique qui consiste justement à prendre en considération le sens d'écoulement du temps. Boltzmann, lui, à partir de l'observation d'un système de molécules, proposa la non moins célèbre équation (qui porte son nom) et qui, pour la première fois dans l'histoire de la physique, a une condition supplémentaire qui impose le sens du temps à la solution. A partir de là, les deux sens d'écoulement du temps cessent d'être théoriquement équivalents: l'un est privilégié par rapport à l'autre; ce sens est celui qu'indique le Second Principe de la thermodynamique: l'entropie d'un système isolé (grandeur en caractérisant l'état) ne peut qu'augmenter lorsque ce système est laissé à lui-même.
Ce que représente l'entropie est difficile à exprimer précisément par les mots. On définit souvent plus facilement son opposé: la "néguentropie" comme caractérisant l'ordre, l'organisation ou la quantité d'information d'un système. Le Second Principe de la thermodynamique affirme alors que, pour un système isolé, il ne peut y avoir d'accroissement d'information ou d'ordre, mais qu'au contraire l'information et l'organisation d'un tel système ne peuvent que se dégrader.
Cette découverte est d'une importance extrême dans l'évolution de la pensée scientifique. Sans doute, dans le fond, ce Second Principe n'affirme-t-il rien d'autre que ce qu'ont dit tous les philosophes depuis le grand Parménide: du non-être, l'être ne peut surgir, de l'être ne peut surgir à partir du rien ou du néant; et par conséquent, un système isolé, laissé seul, ne peut accroître lui-même son être, il ne peut au mieux que le conserver. Mais, au XIXe siècle, apparaît enfin une conceptualisation de ce grand principe, utilisable physiquement. Une des conséquences et non des moindres, est que tout ce qui est dans l'Univers est régi par une loi générale qui veut que l'entropie augmente, qu'il y ait dégradation de l'information.
Cependant, on ne peut utiliser le Second Principe sans quelques précautions.
Une objection possible serait de dire qu'il s'agit d'un "principe" et que, par conséquent, celui-ci n'est pas "démontré". Avancer une telle objection serait montrer une grave ignorance du fonctionnement de la pensée physique, qui procède plus par hypothèses que par démonstrations; et, même lorsqu'il y a des démonstrations (mathématiques), elles se font toujours sur la base de certains postulats, d'axiomes, ou de théories qui ont elles-mêmes besoin d'être confirmées.
Pour ce qui est du Second Principe, sa validité depuis plus d'un siècle et sa force explicative et prédictive dans tous les phénomènes thermodynamiques font qu'il est difficile de le remettre en cause. Une difficulté, cependant qu'il soulève, est qu'on n'a pas encore réussi à donner une explication physique de son origine. En cela le Second Principe possède un côté paradoxal qui, depuis Boltzmann, n'a pas échappé aux physiciens.
Le principal problème, à propos de l'utilisation du Second Principe concerne ses conditions d'application, et en particulier, pour ce qui nous intéresse, il est de savoir s'il est légitime ou non de l'appliquer à l'Univers dans son ensemble.
L'Univers, en effet, est un système isolé; puisqu'il représente la totalité du monde physique, aucune chose ne peut l'influencer: on peut donc penser à lui appliquer tout simplement le Second Principe. Si l'on fait ainsi, on en déduit que l'Univers est appelé à se dégrader petit à petit, à se désorganiser et donc à avoir une fin. De plus, si l'Univers a une fin, il a aussi nécessairement un commencement (sinon, comme l'ont compris depuis très longtemps les philosophes et les théologiens, à partir d'un passé infini, le temps de la fin ne pourrait jamais devenir présent).
Mais il y a de nombreuses raisons qui font qu'il n'est pas certain qu'on puisse appliquer le Second Principe à l'Univers tout entier.
Une des raisons est que tous les systèmes sur lesquels on a vérifié et sur lesquels on vérifie encore ce principe, que nous prétendons isolés ne le sont, en fait, pas absolument. Il n'a, par exemple, jamais été possible d'isoler un système de la pesanteur. On peut donc penser que l'inégalité qui intervient dans le Second Principe proviendrait justement de cette interaction inévitable avec un milieu extérieur. Or, celle-ci n'existe pas pour l'Univers, et il faudrait peut-être, pour l'Univers dans son ensemble, utiliser une entropie généralisée, qui pourrait alors devenir une "fonction d'état conservative" (c'est à dire dont la valeur dépend non pas du mode de transformation du système, mais de son état uniquement). Dans ce cas, l'entropie de l'Univers, seul vrai système isolé, serait non pas croissante mais constante.
D'autres arguent que l'Univers est (encore que cela ne soit pas évident) une limite infinie de ce que nous connaissons physiquement comme systèmes isolés; or les mathématiciens savent que les propriétés d'un système ne se conservent pas toujours lors d'un passage à la limite, et qu'en particulier, une inégalité large peut très bien se transformer en une égalité.
Quoi qu'il en soit, l'utilisation du Second Principe, tel qu'il est, pour l'Univers dans son ensemble, est suffisamment discutable pour qu'on ne puisse s'en servir dans une réflexion générale. On ne peut donc pas, en particulier, l'utiliser avec autorité dans ce grand débat sur l'éternité ou la non éternité de l'Univers. (Et cela rassure bien ceux qui pensent que le monde matériel est l'Absolu ou la totalité de l'être (matérialistes athées), puisqu'il faudrait dans ce cas que l'Univers ne puisse s'user ou se dégrader...)
Cependant, on peut risquer un argument de bon sens à l'encontre des détracteurs du Second Principe universel: Si l'Univers est éternel, comment expliquer qu'il reste ce qu'il est absolument quand tout en lui dégrade continuellement de l'énergie et de l'information. Et comment expliquer que cette loi d'augmentation d'entropie qui est présente partout dans l'Univers, et qui régit tout ce qui s'y trouve comme une tendance générale, ne soit pas une caractéristique propre de l'Univers lui-même?
Même si, enfin, on refuse d'appliquer à l'Univers dans son ensemble le Second Principe de la thermodynamique, cela ne suffit pas à évacuer toutes les difficultés entraînées par l'idée d'un univers matériel (c'est à dire un ensemble de choses) qui serait seul (c'est à dire auto-suffisant), et au sein duquel le Second Principe se vérifie constamment.
En effet, même s'il n'est pas appliqué à l'Univers entier, ce principe continue à être extrêmement précieux, si on l'applique, non pas à l'Univers dans son ensemble, mais à ce qui le constitue. On garde ainsi ce principe pour ce qu'il est, c'est à dire un principe local, et il nous apprend alors que toute partie de l'Univers a tendance dégrader de l'information pour se transformer dans le sens du moins organisé et du plus indifférencié. Puisque le principe s'applique à des systèmes isolés, on peut en effet parler de tendance; c'est même une tendance intime et profonde, c'est le sens de transformation dans lequel évolue de lui-même tout système qui n'est pas transformé par un autre.
C'est là que revient la question de l'évolution cosmologique relayée par l'évolution biologique, aboutissant (pour l'instant tout au moins) à l'homo sapiens sapiens. Autrement dit, il faut s'interroger sur la relation entre le principe anthropique et le Second Principe de la thermodynamique. La réflexion doit prendre en compte d'une part le fait de l'apparition de l'homme comme phénomène cosmique, et d'autre part le Second Principe comme tendance cosmique.
Cela conduit à une question qu'on peut poser de la façon suivante: comment expliquer qu'au sein d'un Univers régi par un principe général de dégradation de l'information et de l'organisation, apparaisse localement une complexification de l'organisation aboutissant à des structures extrêmement complexes et hautement improbables ? Il semble que l'Univers soit pris dans un double mouvement contraire: d'une part celui d'une tendance générale à la dégradation, et d'autre part une évolution inverse qui va vers des états de plus en plus complexes et organisés.
L'homme en effet, pour ne considérer que lui, consiste en un état très fortement organisé de la matière. Dans l'être humain vivant, il y a une quantité d'information considérable par rapport à l'amas de cellules qui le constitue, et plus encore par rapport aux éléments physiques qui le forment. L'apparition de l'homme se présente donc comme un phénomène allant dans un sens totalement opposé au Second Principe.
Le physicien dira cependant que cela n'a rien à voir avec le principe de Carnot, puisque l'homme n'est pas un système isolé. Il est vrai que si la naissance et la croissance d'un homme correspondent à une augmentation de l'information de la matière, cette augmentation se fait au détriment de son environnement: en se nourrissant, l'homme dégrade des aliments qui sont des éléments physiques, et dans l'éducation, le petit enfant qui apprend à vivre casse et détériore des objets autour de lui... à un tel point que le bilan est certainement globalement négatif dans une perspective purement matérielle.
D'un point de vue physique donc, le Second Principe n'est pas infirmé par la naissance de l'homme; heureusement d'ailleurs, sinon il cesserait d'être un principe valable puisqu'il suffirait d'une infirmation pour qu'il soit considéré comme faux.
Mais pour voir surgir la difficulté, il faut plonger son regard plus profondément dans le passé, et ne pas s'intéresser à la naissance et à la croissance de chaque homme individuel, mais à l'apparition générale de l'homme à partir d'un univers matériel dépourvu de vie.
Comment se fait-il que l'homme soit apparu, alors que chaque transformation locale dans l'Univers a tendance à se faire dans le sens d'un état d'organisation moindre?
Entre avant et après l'apparition de l'homme dans l'Univers, il y a une apparition d'information qui s'est faite lentement et dans le sens opposé à toute prédiction physique possible. Peut-être, encore une fois, un bilan énergétique à faire se montrerait-il globalement négatif, mais il n'empêche que sur ce point, il y a un phénomène qui est difficile à comprendre physiquement.
L'évolution cosmologique de l'origine jusqu'à l'homme montre un mouvement continu qui va vers des états de plus en plus complexes et organisés. Partant d'éléments simples, ce mouvement fait apparaître des atomes de plus en plus lourds et des molécules de plus en plus compliquées, puis des macromolécules, et enfin l'extraordinaire processus de la vie aboutissant à une matière tellement organisée qu'elle permette la naissance d'un psychisme.
Il faut donc admettre que le sens indiqué par le Second Principe n'est pas représentatif de la tendance générale à l'évolution qui existe dans l'Univers. Sans doute ce principe est-il vérifié physiquement pour chaque transformation locale, mais s'il existe une tendance à la dégradation d'énergie ou d'organisation dans l'Univers, il existe aussi parallèlement une tendance à la complexification qui n'a cessé d'être à l'oeuvre, depuis l'apparition de premiers éléments puis des atomes plus lourds jusqu'à la vie et au psychisme.
Il semble que cette tendance à la complexification soit comme un dynamisme créateur inhérent à l'Univers, dynamisme ou tendance qui n'est réductible à aucune loi physique, ni même explicable par une telle loi, mais qui se réalise sans en contrarier aucune.
Ce genre de pensée était, il y a quelques années inadmissible pour un physicien. En effet, jusqu'au début de ce siècle, le déterminisme régnait en physique et on pensait que tout devait être régi par une loi physique. On sait maintenant, et c'est presque universellement admis, que le comportement de la nature n'est pas entièrement déterminé par les lois (que celles-ci soient déja connues ou non); qu'il y a toujours une certaine marge d'indétermination ou de "liberté" qui se réduit d'elle-même d'une façon ou d'une autre, de manière apparemment imprévisible. C'est cela que signifient les résultats de la mécanique quantique qui se présentent sous forme de probabilités et non de résultats fixes et déterminés.
On est donc conduit à admettre que l'Univers matériel, avec ses lois physiques, ne suffit pas à rendre compte de son évolution, d'autant moins que sur le grand intervalle de temps qui nous sépare de l'origine, on voit que la marge d'indétermination naturelle ne se réduit pas au "hasard", mais continûment dans le sens d'une complexification croissante.
