Pendant des décennies, divers physiciens ont émis l'hypothèse que le moindre changement dans les lois fondamentales de la nature rendrait impossible l'existence de la vie. Cette idée, également connue sous le nom d'argument de "l'univers affiné", suggère que l'occurrence de la vie dans l'univers est très sensible aux valeurs de certaines physiques fondamentales. Modifiez l'une de ces valeurs (selon la logique), et la vie n'existerait pas, ce qui signifie que nous devons être très chanceux d'être ici.

Mais cela peut-il vraiment être le cas, ou est-il possible que la vie puisse émerger sous différentes constantes physiques, et nous ne le savons tout simplement pas ? Cette question a été récemment abordée par Luke A. Barnes, chercheur postdoctoral au Sidney Institute for Astronomy (SIA) en Australie. Dans son livre, "A Fortunate Universe :Life in a Finely Tuned Cosmos", lui et le professeur d'astrophysique de Sydney Geraint F. Lewis ont soutenu qu'un univers finement réglé a du sens d'un point de vue physique.

Les auteurs ont également résumé ces arguments dans un article de contribution invité, paru dans le Routledge Companion to Philosophy of Physics (1ère éd.). Dans cet article, intitulé "The Fine-Tuning of the Universe for Life", Barnes explique comment "fine- tuning » consiste à expliquer les observations en employant une « hypothèse d'une précision suspecte ». Ceci, soutient-il, a été symptomatique de théories incomplètes à travers l'histoire et est une caractéristique commune de la cosmologie et de la physique des particules modernes.

À certains égards, cette idée est similaire au principe anthropique, qui stipule que toute tentative d'expliquer les propriétés de l'univers ne peut ignorer notre existence en tant que formes de vie. Cela contraste fortement avec le principe cosmologique - alias principe copernicien, du nom de Nicolas Copernic, qui a formulé le modèle héliocentrique de l'univers - qui stipule qu'il n'y a rien d'unique ou de spécial à propos des humains ou de notre place dans l'univers.

Dans un article précédent, Barnes et Lewis ont fait valoir que loin d'être un cas d'arrogance ou de "religion déguisée", le principe anthropique est une partie nécessaire de la science. En abordant la coïncidence entre l'existence de l'humanité et un univers suffisamment ancien et gouverné par une physique qui favorise l'émergence de la vie intelligente (c'est-à-dire nous), ils en ont tiré une maxime simple :"Tout récit de la coïncidence doit considérer comment l'univers fabrique les êtres capables de le mesurer."

Mais comme Barnes l'a expliqué à Universe Today par e-mail, il existe des différences significatives entre le principe anthropique et l'univers affiné :

"Je comprends la relation entre le réglage fin et le principe anthropique comme suit. Le réglage fin fait référence au fait que de petits changements dans les constantes de la nature auraient abouti à un univers incapable de supporter la vie. Le principe anthropique dit que si la vie physique -formes existent, ils doivent observer qu'ils sont dans un univers qui est capable de soutenir leur existence."

Autrement dit, Barnes déclare que le principe anthropique est une affirmation infalsifiable (c'est-à-dire une tautologie) qui résulte de "l'effet de sélection" de notre propre existence. Puisque nous n'avons pas une population de vie et de civilisations intelligentes parmi lesquelles choisir, le principe lui-même ne peut pas être falsifié. Pendant ce temps, dit Barnes, l'argument de réglage fin est un "fait surprenant sur les lois de la nature telles que nous les connaissons".

L'argument de l'univers affiné remonte aux années 1970, lorsque la physique a commencé à noter que de petits changements dans les constantes fondamentales de la nature, ou dans les conditions initiales de l'univers, excluraient la vie telle que nous la connaissons. Si le cosmos et les lois de la physique elles-mêmes avaient évolué différemment, la stabilité nécessaire à l'existence des êtres vivants (dans toute leur complexité) n'aurait pas été possible.

Mais comme le note Barnes dans son article de synthèse, cette logique va à l'encontre du même vieux problème. Comme le modèle géocentrique de l'Antiquité, il contient des hypothèses d'une précision suspecte, qu'il aborde une à une. Le premier a à voir avec la constante cosmologique (CC), une idée proposée par Einstein en 1917 comme un ajout temporaire à ses équations de champ pour la relativité générale. Désigné par le caractère Lambda, le CC était une force qui "contrebalancerait la gravité" et garantirait ainsi que l'univers resterait statique (une vision populaire à l'époque).

Alors qu'Einstein a abandonné le CC quelques années plus tard lorsqu'il a appris que les astronomes avaient prouvé que l'univers était en expansion, l'idée a été réinterprétée depuis les années 1990. Ayant réalisé que l'expansion cosmique s'accélérait, les physiciens ont commencé à postuler que le CC d'Einstein pourrait être la force mystérieuse connue sous le nom d'"énergie noire" (DE). Cela a conduit à la théorie cosmologique largement acceptée connue sous le nom de modèle lambda de matière noire froide (LCDM).

Cependant, le CC représente également l'un des problèmes théoriques les plus importants de la physique moderne. Comme la matière noire, l'existence de DE ou d'un CC réinventé a été proposée pour expliquer la différence entre les observations et les prédictions théoriques. Comme les "épicycles" de Ptolémée qui servaient à rationaliser les observations non conformes au modèle géocentrique, le CC est une hypothèse "d'une précision suspecte".

De plus, il y a les incohérences que CC a avec la théorie quantique des champs (QFT), qui décrit les particules comme des configurations d'un champ. Selon QFT, une configuration particulière appelée "état de vide" existera toujours en l'absence de particules. Mais si l'on en croit les théories concernant CC et DE, cela signifierait qu'il y a une quantité considérable d'énergie dans l'état de vide.

La seule façon d'expliquer cela en termes acceptables pour QFT et la relativité générale est de supposer que les contributions de l'énergie du vide et des champs quantiques s'annulent. Encore une fois, cela nécessite une coïncidence « d'une précision suspecte » entre plusieurs facteurs indépendants. Dans un autre ordre d'idées, le modèle standard de la physique des particules nous dit que la matière se compose de 25 types différents de particules subatomiques réparties en quatre groupes (quarks, leptons, bosons de jauge et bosons scalaires).

L'existence de ces particules et leurs propriétés respectives (masse, charge et spin) ont toutes été vérifiées par une expérimentation rigoureuse. La moindre déviation de l'une de ces propriétés affecterait considérablement leur interaction et leur comportement, conduisant à l'instabilité complète de la matière. La même chose est vraie de la dimensionnalité de l'espace-temps, où trois dimensions de l'espace (comme postulé par Newton) sont nécessaires pour des atomes stables et des orbites planétaires stables.

Un univers à trois dimensions spatiales et une dimension temporelle (comme décrit par la relativité générale) est également essentiel. Plus, dit Barnes, et les systèmes atomiques ne pourraient pas rester stables. En d'autres termes, si le CC peut poser des problèmes théoriques, le Modèle Standard et la dimensionnalité de l'espace-temps sont cohérents avec le modèle affiné. Comme l'a dit Barnes :

"La constante cosmologique est inexpliquée dans nos équations et n'est cohérente avec un univers permettant la vie que dans une très petite plage. Sa valeur est une hypothèse non motivée et précise, dans la constante des modèles standard de la physique des particules et de la cosmologie. les autres constantes du modèle standard sont les mêmes."

La question est alors de savoir comment résoudre ces problèmes dans nos modèles conventionnels ? Quoi d'autre pourrait expliquer le fait que notre univers permet la vie alors que des variations de la plus petite espèce rendraient cela impossible ? À cela, Barnes et Lewis suggèrent que le multivers pourrait venir à la rescousse. "Peut-être le multivers - notre univers permet la vie par hasard, et il existe de nombreux autres univers variés", a-t-il déclaré.

Mais en attendant, il est toujours possible que des incohérences ou des incongruités indiquent ce qu'est la vérité. Comme Copernic, qui s'est rendu compte que les mouvements des planètes (qui nécessitaient des épicycles et des équants pour avoir un sens) étaient en fait une indication que le modèle était erroné, un réglage fin peut être une indication de la physique au-delà du modèle standard ou que le modèle lui-même a besoin révision.

"Je pense qu'un réglage fin en général est un indice vers une explication plus profonde. De petites probabilités peuvent simplement être de petites probabilités, ou elles peuvent être générées par des hypothèses incorrectes", a ajouté Barnes. "La chose intéressante à propos de l'affinement des constantes fondamentales est qu'elles sont au bas des explications scientifiques pour le moment. Elles sont aussi profondes que la physique (du moins, tant qu'elles sont étayées par des preuves.)"

Barnes et Lewis sont également responsables de "The Cosmic Revolutionary's Handbook:(Or:How to Beat the Big Bang)", qui détaille davantage leurs théories sur la cosmologie et le modèle affiné (publié en 2019).