Laura Mersini-Houghton est né en Albanie et a grandi sous un régime communiste totalitaire qui, jusqu’à son effondrement en 1991, a coupé le pays du reste du monde. Influencée par son père, Nexhat Mersini, un mathématicien, elle a développé un vif intérêt pour la physique et, en 1994, a remporté une bourse Fulbright pour étudier aux États-Unis. Son premier livre, Avant le Big Bang, décrit sa quête pour éclairer les origines de notre univers et prouver que nous sommes l’un des nombreux univers dans un multivers beaucoup plus vaste. Mersini-Houghton est maintenant professeur de physique théorique et de cosmologie à l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, bien qu’elle soit actuellement à Cambridge, en Angleterre, où elle passe du temps chaque été à faire de la recherche.
Comment la vie dans une société fermée a-t-elle façonné votre façon de penser ?
Je pense que cela a encouragé un plus grand amour de la liberté et de la connaissance – chaque fois qu’il vous est interdit de découvrir un endroit au-delà, cela ne fait que vous rendre plus curieux. De plus, à cause de la réalité très sombre de l’Albanie, nous avions peu de distractions, donc les gens avaient plus soif de connaissances que je ne le vois maintenant dans l’ouest. En outre, il y a la détermination à vouloir trouver la réponse et à ne pas être vraiment impressionné par la philosophie dominante du domaine à l’époque.
Qu’est-ce qui vous a attiré vers la physique théorique et la cosmologie en particulier ?
La cosmologie contient toutes les questions les plus fascinantes auxquelles je rêvais depuis mon enfance : d’où vient l’univers et qu’y avait-il avant qu’il n’existe ? Pour ce qui est de travailler en physique théorique plutôt qu’expérimentale, je ne suis vraiment pas une personne pratique – si on me mettait dans un laboratoire, j’y mettrais probablement accidentellement le feu.
Vous écrivez que le début de ce siècle était un bon moment pour entrer dans le domaine de la cosmologie. Pourquoi?
Parce que les connaissances avaient tellement progressé et que pour la première fois, nous pouvions poser ces grandes questions qui me fascinaient quand j’étais enfant. Il y avait deux découvertes majeures qui ont vraiment propulsé cette curiosité. En 1998, un groupe d’astronomes supernova a découvert qu’il y a de l’énergie noire dans l’univers, et en fait c’est la composante dominante – et c’est exactement le même type d’énergie que celle qui existait au moment du big bang.
L’autre ingrédient était les découvertes théoriques de la théorie des cordes. Maintenant, la théorie des cordes a été conçue pour réaliser ce rêve einsteinien de toute une vie d’un univers unique expliqué par la théorie de tout. Mais vers 2004, la théorie des cordes s’est retrouvée avec tout un paysage de nombreuses énergies potentielles qui pourraient démarrer des univers comme le nôtre.
Dans le livre, vous décrivez un moment eurêka que vous avez eu dans un café de Caroline du Nord. Qu’avez-vous réalisé?
J’ai été très intrigué par [Nobel prize-winning physicist] L’estimation de Roger Penrose qu’il n’y avait presque aucune chance pour que notre univers existe. Je comprends disséquer son argument, qui est basé sur la deuxième loi de la thermodynamique, en essayant de savoir s’il a fait quelque chose de mal. Puis j’ai réalisé que le problème n’était pas avec le calcul réel, c’était plus avec notre façon de penser, que nous avions besoin d’un changement de paradigme d’un univers à plusieurs. Et c’est là que j’ai commencé à emprunter le paysage de la théorie des cordes pour effectuer le calcul. Dans le café, j’ai pensé, OK, je me suis convaincu que j’avais besoin d’un pool de nombreux univers infantiles possibles parmi lesquels choisir, mais comment puis-je dériver la réponse, lequel est le nôtre ? Et puis j’ai compris, bien sûr : la mécanique quantique dans le paysage de la théorie des cordes. En d’autres termes, pensez à l’univers comme une onde, puis les équations quantiques me diront ce qui arrive à cette onde.
Beaucoup de travail mathématique acharné a suivi. Vous étiez perplexe après votre premier tour de calculs. Qu’avez-vous oublié ?
J’avais raté l’ingrédient le plus important et c’est : la solution à cette équation n’est pas seulement une branche ou un univers, c’est toute une famille. Ainsi, ces branches qui pourraient croître et devenir des univers sont toutes enchevêtrées quantiquement les unes avec les autres. Pour que chacun puisse créer sa propre identité en grandissant dans des univers classiques, ils doivent se découpler les uns des autres. Ceci en physique est connu sous le nom de décohérence, ou élimination de toute trace d’intrication quantique qui n’a pas d’équivalent en physique classique. Je n’avais pas pris cela en compte.
Une fois votre calcul prêt, comment avez-vous procédé pour le tester ?
Lorsque le processus de séparation [of universes] arrive, c’est le moment où le fond diffus cosmologique (CMB) est créé. Ainsi, toutes les fluctuations de l’inflation laisseront des cicatrices ou des bosses à la suite de cet enchevêtrement, et celles-ci seront imprimées sur notre [universe’s] CMB. C’était quelque chose que nous pouvions calculer. J’ai donc calculé la force de l’enchevêtrement entre les différentes branches et la rapidité avec laquelle cet enchevêtrement est éliminé. Cela m’a permis de découvrir combien de bosses ou de cicatrices cet enchevêtrement laisserait sur notre ciel lors de sa création pendant l’inflation, puis d’avancer rapidement jusqu’à nos jours, pour faire des prédictions sur l’apparence de ces anomalies à très grande échelle. L’une des principales prédictions de l’inflation cosmique est que tout est éparpillé uniformément dans le ciel. Mais maintenant, les cicatrices provenant de l’enchevêtrement avec les autres univers modifient ou entaillent cette uniformité, la violant à des échelles très légères. Nous les avions prédits, et ils ont été vus par le satellite Planck [in 2013].
Cela a dû être un incroyable moment de validation.
Oui. Et je pense que c’est à ce moment-là que les gens ont commencé à accorder beaucoup plus d’attention à ce travail. Jusque-là, on croyait que, pour voir au-delà de l’horizon de notre univers, il faudrait casser la vitesse de la lumière, ce que nous ne pouvons pas faire. Donc, si nous ne pouvons pas tester le multivers, pourquoi s’embêter à le rechercher ? Mais Rich Holman, Tomo Takahashi et moi avons montré que vous n’avez pas besoin de sortir de cet univers, vous pouvez en fait trouver toutes les traces à l’intérieur de votre ciel. C’est alors que tout le domaine a soudainement changé et que tout le monde faisait des recherches sur le multivers.
Et diriez-vous que c’est courant maintenant?
Oh, absolument. Tous les grands esprits y travaillent. Roger Penrose a sa propre théorie du multivers. Et Stephen Hawking, au cours des dernières années de sa vie, a commencé à travailler sur le multivers. Partout où je regarde, soudainement tout le monde a une version du multivers.
Le multivers est un concept ahurissant. Pensez-vous souvent aux autres univers là-bas?
Oui j’aime ça. D’une certaine manière, c’est l’extension la plus naturelle du principe copernicien, car autrefois nous pensions que la Terre était le centre de l’univers, puis du système solaire et de notre galaxie, et maintenant nous découvrons que même notre univers n’est qu’un tout petit grain de poussière dans un cosmos beaucoup plus complexe et beau. Pour moi, cela a beaucoup plus de sens.
Semble-t-il probable que d’autres univers pourraient abriter la vie ?
Absolument. Avec Fred Adams, astrophysicien à [the University of Michigan in] Ann Arbor, j’ai décidé de découvrir si des structures se formeraient dans des univers qui avaient des conditions très différentes des nôtres. Nous avons découvert que vous pouvez changer la constante de Newton de 10 000 – six ordres de grandeur – et vous pouvez faire la même chose avec la constante de Planck, et toujours obtenir la vie dans d’autres univers. En fait, notre univers semble être à la limite de l’habitable. Nous étions assis juste à la frontière entre l’habitable et l’inhabitable.
Avez-vous aimé écrire le livre? Et était-ce satisfaisant de revenir pas à pas sur votre travail ?
Oui et non. Au début, j’étais enthousiaste à l’idée de partager cette passion et cet enthousiasme de la recherche avec le grand public. Mais ensuite, il y a eu une poussée pour partager de plus en plus d’histoires personnelles. Et maintenant, mes collègues, qui ne savaient absolument rien de ma vie, peuvent soudain tout découvrir. C’est un sentiment étrange.
Passez-vous beaucoup de temps en Albanie ces jours-ci ?
Je n’y suis pas retournée depuis un certain temps, car ma famille a déménagé à Toronto et mon père est décédé et je n’ai plus personne là-bas. Je vais vous confier un secret. Stephen Hawking et moi organisions une conférence en Albanie. Il était tellement excité à ce sujet et tout était en place, mais il est décédé un mois avant que cela ne se produise. Je l’ai appelé chaque semaine pour vérifier son état de santé, et après cela, nous avons décidé d’annuler [because Hawking was unwell], je me souviens que son infirmière en chef disait : « Quoi que vous fassiez, ne lui dites pas que vous avez annulé la conférence en Albanie, car il a tellement hâte d’y être. Donc je ne lui ai jamais dit.