Selon la théorie de la relativité d'Einstein, la courbure de l'espace-temps était infinie au big bang. En réalité, à ce stade, tous les outils mathématiques échouent, et la théorie s'effondre. Cependant, il restait l'idée que peut-être le début de l'univers pourrait être traité d'une manière plus simple, et que les infinis du big bang pourraient être évités. C'est en effet l'espoir exprimé depuis les années 1980 par les célèbres cosmologues James Hartle et Stephen Hawking avec leur « proposition sans frontière », et par Alexander Vilenkin avec sa "proposition de tunnel". Maintenant, les scientifiques de l'Institut Max Planck de physique gravitationnelle (Institut Albert Einstein/AEI) à Potsdam et de l'Institut Perimeter au Canada ont pu utiliser de meilleures méthodes mathématiques pour montrer que ces idées ne peuvent pas fonctionner. Le Big Bang, dans sa gloire compliquée, garde tout son mystère.

L'un des principaux objectifs de la cosmologie est de comprendre le début de notre univers. Les données de la mission du satellite Planck montrent qu'il y a 13,8 milliards d'années, l'univers était constitué d'une soupe chaude et dense de particules. Depuis lors, l'univers est en expansion. C'est le principe principal de la théorie du big bang chaud, mais la théorie ne parvient pas à décrire les toutes premières étapes elles-mêmes, car les conditions étaient trop extrêmes. En effet, à l'approche du big bang, la densité d'énergie et la courbure croissent jusqu'à atteindre le point où elles deviennent infinies.

Comme alternative, les propositions "sans frontière" et "tunneling" supposent que le minuscule univers primitif est né de l'effet tunnel quantique à partir de rien, et par la suite grandi dans le grand univers que nous voyons. La courbure de l'espace-temps aurait été grande, mais fini dans cette étape initiale, et la géométrie aurait été lisse - sans frontière (voir Fig. 1, panneau de gauche). Cette configuration initiale remplacerait le big bang standard. Cependant, pendant longtemps, les véritables conséquences de cette hypothèse sont restées floues. Maintenant, à l'aide de meilleures méthodes mathématiques, Jean-Luc Lehners, chef de groupe à l'AEI, et ses collègues Job Feldbrugge et Neil Turok du Perimeter Institute, a réussi pour la première fois à définir les théories de 35 ans de manière précise, et de calculer leurs implications. Le résultat de ces investigations est que ces alternatives au big bang ne sont pas de vraies alternatives. En raison de la relation d'incertitude de Heisenberg, ces modèles n'impliquent pas seulement que les univers lisses peuvent creuser à partir de rien, mais aussi des univers irréguliers. En réalité, plus ils sont irréguliers et froissés, le plus probable (voir Fig. 1, panneau de droite). "Par conséquent, la "proposition sans frontière" n'implique pas un grand univers comme celui dans lequel nous vivons, mais plutôt de minuscules univers courbes qui s'effondreraient immédiatement", dit Jean-Luc Lehners, qui dirige le groupe "cosmologie théorique" à l'AEI.

On ne peut donc pas contourner le big bang si facilement. Lehners et ses collègues essaient maintenant de comprendre quel mécanisme aurait pu contenir ces grandes fluctuations quantiques dans les circonstances les plus extrêmes, permettant à notre vaste univers de se déployer.