Pourquoi l’espace-temps commence-t-il au Big Bang ?

Selon ce que j’ai compris, de ce que j’ai étudié, si l’on se tient uniquement à la relativité générale pour expliquer le début de l’univers, la loi de Hubble-Lemaître permet de calculer l’expansion de l’univers mais aussi de déduire, en compte à rebours, quand toute la matière des galaxies qui s’éloignent de nous était autrefois compactée dans un volume d’une densité infinie appelé singularité.

En relativité générale, cette singularité devrait engendrer une gravité infinie et donc une courbure infinie de l’espace-temps, ce qui devrait se caractériser par une dilatation infinie de la densité et de la courbure de l’espace-temps à l’échelle de l’univers entier. Une dilatation infinie de la courbure entraîne un ralentissement infini du temps jusqu’à l’arrêt total de celui-ci, d’où l’idée que l’espace-temps devrait cesser d’exister dans ces états extrêmes.

Cette dilatation temporelle s’accompagne également d’une contraction infinie selon les effets prévus par la contraction de Lorentz. Cela signifie que les intervalles de temps et les distances deviennent infiniment petits, rendant impossible toute mesure également spatiale.

C’est précisément pour cette raison que l’idée que le temps et l’espace cessent d’exister dans la singularité du Big Bang découle naturellement si l’on s’en tient uniquement aux équations de la relativité générale.

En ce sens, ce qui se passe dans la singularité des trous noirs, où le temps et l’espace cessent de fonctionner, n’est pas fondamentalement différent de la singularité du Big Bang puisque la gravité infinie des trous noirs va également jusqu’à annuler l’écoulement du temps et annuler les notions d’espace mesurable.

La seule différence est que la singularité d’un trou noir résulte de l’effondrement d’une étoile massive et s’applique uniquement à un niveau local, ce qui laisse à l’espace-temps la possibilité de continuer d’exister en dehors du trou noir.

En revanche, la singularité du Big Bang englobe l’ensemble de l’univers. Elle ne se limite pas à une portion de l’espace-temps mais concerne toute son étendue. Contrairement au trou noir, elle ne laisse donc aucune place pour l’existence de l’espace-temps en dehors d’elle-même.

C’est pourquoi, en relativité générale, on considère que le temps et l’espace ont commencé avec le Big Bang. Il n’y a pas de cadre spatial ou temporel “avant” le Big Bang, car ces notions n’ont plus de sens lorsque la courbure de l’espace-temps, par la gravité, atteint une valeur infinie, comme celle estimée au mur de Planck.

Pour dépasser ces limitations de la relativité générale, certaines théories proposent des alternatives qui évitent la singularité ou permettent de considérer un temps et un espace existant malgré tout à l’échelle quantique ou avant le Big Bang.

Par exemple, la gravité quantique à boucles ou la théorie des cordes suggèrent que l’espace-temps pourrait être quantifié, empêchant ainsi les densités infinies. Ces théories évoquent des concepts tels que le Big Bounce ou un univers préexistant, où le temps et l’espace continueraient de manière différente avant ou après le Big Bang. Toutefois, ces hypothèses restent spéculatives, car elles n’ont pas encore été validées par des preuves expérimentales, pas plus d’ailleurs que l’idée que le temps n’est réellement plus valable et devrait ne plus exister. Cette hypothèse s’appuie uniquement sur la relativité générale et provoque des paradoxes inexpliqués. Pour sortir de ces paradoxes, d’autres explications proposent de compléter ce que la relativité générale ne peut expliquer seule. Mais pour le moment, aucune de ces théories n’a pu être vérifiée.

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