Ce soir, pour la première fois depuis au moins un an,
je regarde le ciel étoilé. Je le trouve petit.
Est-ce moi qui grandit ou l’univers qui se rétrécit ?
Ou les deux choses à la fois ?SALVADOR DALI
Journal d’un génie
Cet essai impressionniste sur l’espace-temps utilise les métaphores de la photographie, de la peinture et de la musique, dans une perspective non scientifique, pour nous introduire aux nouveaux paradigmes de perception abordés dans l’Univers chiffonné de Jean-Pierre Luminet.
IMAGES DE L’ESPACE TEMPS
L’espace-temps des images
Au niveau microscopique, cette photographie n’est qu’un conglomérat d’atomes, nuages infimes d’électrons tourbillonnant autour du noyau, dans une configuration unique de la pellicule ou du papier à tirage, suite à l’excitation des sels argentiques par les photons. Mais en plus, au niveau macroscopique, devant la lentille du photographe Philippe Halsman, se déroule une mise en scène si surréaliste qu’il lui fallut 26 essais pour capturer, dans une sublime photographie, une vision tout à fait unique de l’essence de l’espace-temps de Salvador Dali !
Considérons-la momentanément comme un allégorie visuelle extraordinaire du principe d’incertitude de Heisenberg, une des portes d’entrée de la cosmologie contemporaine. Nous savons désormais, comme l’énonce Fritjof Capra dans Le Tao de la physique, “qu’au niveau subatomique, la matière n’existe pas avec certitude à des places définies, mais manifeste plutôt une «tendance à exister», et les événements atomiques ne surviennent pas avec certitude, mais manifestent plutôt des «tendances à survenir»”. On pourrait croire que ce concept fondamental de la mécanique quantique apparaît ici à notre échelle, dans cette photographie, à travers cette improbable juxtaposition d’objets capturés dans l’espace-temps. Pourrait-on conjecturer que ces chats fussent empruntés à Scrhödinger ?
Mais comme si cela n’était pas suffisant, on ne parle plus désormais de l’espace et du temps, mais bien de l’espace-temps, ces dimensions étant désormais indissociables. De telle sorte que dans cet espace-temps pictural, ces quatre dimensions sont figées irrémédiablement et astucieusement sous la forme d’une seconde allégorie pouvant nous rappeler que le Big Bang, cet instant de création fut avant toute chose une explosion d’espace-temps et non une explosion dans l’espace et dans le temps. Ainsi pourrait-on qualifier cet instant de création de Halsman, une explosion d’espace temps ayant laissé ses traces dans un portrait mémorable, fort justement intitulé Dali Atomicus.
Ce dernier siècle nous aura habitué à la naissance de nouvelles théories et de nouvelles images, telles que celles offertes par la cosmologie observationnelle. Elles s’inscrivent petit à petit dans la mémoire collective des Humains, comme ces représentations des premiers moments de l’Univers, par exemple. 
Cette variété de cartes thermographiques et spectrographiques, issues du traitement des données accumulées pendant les missions d’observation des sondes COBE et WMAP, rappelle que les scientifiques scrutent avec succès et avec de plus en plus de précision l’écho du rayonnement fossile de l’Univers. Elle apparaissent fréquemment dans les publications traitant de cosmologie, illustrant en fait les rides du temps, ces petites anfractuosités de l’Univers primordial.
Pour résumer brièvement, les cosmologistes croient que ces rides – ces infimes fluctuations de densité de la matière primordiale – combinées à la gravité, auraient conduit à la formation d’agglomérats se structurant en un réseau filamenteux pour produire les premiers amas de proto galaxies, berceaux des étoiles.
Ainsi, les données recueillies pendant ces missions d’observation orientent le travail d’autres scientifiques dédiés à la cosmologie computationnelle, leur permettant d’élaborer des scénarios de formation des premiers amas, en tentant de les représenter dans un espace tridimensionnel. 
Ce genre de simulation cosmologique permet finalement d’extrapoler également l’existence de cet immense réseau de galaxies, s’étendant sur des distances astronomiques : des milliards d’années-lumière. Même si elles ne sont que des représentations d’un phénomène physique, et en dépit du fait que l’interprétation de leur contenu n’est pas toujours aisée, ces images marqueront à jamais l’histoire de la cosmologie. Il est difficile, pour la plupart des gens, de concevoir comment plus d’une centaine de milliards de galaxies, plusieurs comportant aussi plus de cent milliards d’étoiles, peuvent s’étendre dans l’espace; ces nombres dépassent l’entendement.
Mais ces images émanant du monde scientifique, de manière identique à ces médiévales cartographies célestes maintenant accrochées dans les musées – réels ou virtuels – indiqueront aux générations futures que notre quête de sens ne cesse de modifier nos représentations. Nous sommes passés des enluminures du Moyen Âge aux subtilités de l’interprétation de données numériques, recueillies par des capteurs voyageant dans l’espace intersidéral. Elles n’en demeurent pas moins le produit de notre besoin de nous représenter visuellement l’Univers dans lequel nous habitons.
En deux métaphores visuelles, parmi tant d’autres aisément accessibles sur le réseau Internet, se résument ainsi un long chemin parcouru par la matière, pendant des milliards d’années, pour nous conduire ici et maintenant ! Dans un article précédent, quelques questions ont été abordées relativement à la géométrie de l’espace de l’Univers. Il faut reconnaître que sa topologie, c’est à dire sa forme globale, dépend de ces rides se manifestant dans son état primordial.
Ce problème topologique se pose différemment selon l’échelle à laquelle on désire le traiter. Le langage écrit et la grammaire visuelle peuvent parfois conduire à des erreurs d’interprétation et à une distorsion de nos représentations. Suffit-il de rappeler que nous interprétons des objets en trois dimensions dans un domaine à deux dimensions sur la page ou à l’écran. En plus, la topologie cosmique est une discipline assez nouvelle, si on la compare à d’autres disciplines auxquelles recourt la cosmologie. Des perspectives novatrices sur la résolution de ce problème sont d’ailleurs proposées par Jean-Pierre Luminet, auteur de L’univers chiffonné.
Avant de discuter de cet essai, un retour dans l’histoire de la photographie et de la peinture peut servir de cadre de référence, alors que s’amorce un virage de notre interprétation de l’espace-temps. Cette histoire nous aide à comprendre comment la révolution de l’espace pictural peut influencer notre compréhension des phénomènes cosmologiques, puisque le langage des images est en mutation.
PEINDRE AVEC LA LUMIÈRE
L’abandon du mode figuratif
Cette survivance d’une des premières photographies de William Henry Fox Talbot - la fenêtre Oriel de la Galerie Sud à Leacock Abbey dans le Wilthsire où il vivait – 
pourrait nous faire croire que les peintres ont été contraints d’abandonner les représentations figuratives, les photographes s’étant substitués à eux pour peindre à partir d’un pinceau de photons traversant la camera obscura, se déposant sur la pellicule argentique. Ce pourrait être une des causes principales de la révolution de l’espace pictural. Dans son essai Pour comprendre les média, traitant des prolongements technologiques de l’homme, Marshall McLuhan nous ramène au milieu du XIXème siècle, alors que ce célèbre photographe présente à la Royal Society un savant mémoire intitulé : «Exposé sur l’art du dessin photographique, procédé par lequel on peut amener les objets de la nature à se dessiner eux-mêmes sans la contribution de l’artiste». Cette révolution photographique revêt un caractère déterminant dans l’histoire, selon lui :
La photographie, en effet, reflétait automatiquement le monde extérieur et en donnait une image fidèlement reproductible. C’est ce caractère primordial d’uniformité et de répétition qui avait constitué la rupture gutenbergienne entre le Moyen Âge et la Renaissance. La photographie a été un élément presque aussi déterminant du passage de l’ère de l’industrialisation mécanique à l’ère graphique de l’homme électronique. C’est l’invention de la photographie qui marqua le passage de l’homme typographique à celle de l’homme graphique.
On reconnaîtra aujourd’hui que la photographie a eu un impact immense sur la cosmologie observationnelle, dès le moment où les astronomes ont pu capturer les photons provenant des lointains objets célestes. Des photons lointains non seulement dans l’espace, mais aussi dans le temps faut-il rappeler. Mais elle ne constitue qu’un premier pas vers une autre révolution qui s’amorce au niveau de nos représentations : l’avènement d’images de synthèse permettant désormais de nous représenter l’Univers non seulement dans la manifestation de ses objets célestes, mais aussi dans sa manière d’habiter l’espace cosmique.
Revenons un instant sur les qualités de l’espace pictural, en délaissant l’univers figuratif du portrait. Les peintres ont pu exploiter de nouvelles dimensions, nous propulsant dans un univers abstrait, où la perspective introduite à la Renaissance est mise de côté. Cependant, dans le cas de Salvador Dali, 
il continue à y recourir et conserve la forme figurative à d’autres fins. Il permet aux objets d’échapper à leur volume et de s’éclater en dehors du cube euclidien pour épouser un espace courbe. On pourrait croire que ses montres molles expriment l’élasticité du temps et de l’espace. Émaneraient-elles d’une conversation entre lui et Einstein et cela ne nous surprendrait pas. Son tableau Persistance de la mémoire (1931) serait un exemple typique. Cette analogie est fréquemment proposée par les critiques d’art; est-elle uniquement une intuition interprétative dans leur imagination ou fait-elle vraiment partie du propos de Dali ?
Si on désirait faire une analogie avec notre conception de l’espace qu’occupe l’Univers, cette révolution picturale pourrait être considérée comme équivalente du passage de l’espace rigide newtonnien à l’espace-temps flexible einsteinien. Lorsque nous tentons de nous représenter la topologie spatiale de l’Univers, la révolution relativiste impose un changement de paradigme de la perception de l’espace et du temps. Les dimensions spatiales et temporelles n’étant désormais plus séparés; une plus grande ouverture d’esprit permet de concevoir le Monde autrement, même à travers les gestes du quotidien.
À titre d’exemple, la prochaine fois que vous donnez rendez-vous à un ami et que vous conduisez votre automobile ou empruntez un transport en commun, tentez d’imaginer que votre rendez-vous a lieu dans quatre coordonnées différentes – trois pour l’espace, le coin de rue ou la devanture de restaurant – et une quatrième pour l’heure à laquelle vous allez vous rejoindre. Si par mégarde ce rendez-vous se passait la fin de semaine où l’heure change, et qu’accidentellement vous ou votre connaissance aviez oublié d’ajuster votre montre, vous vous retrouverez seul. Et lorsque que vous vous rejoindrez ensuite au téléphone, un peu plus tard dans la journée, pour faire part de l’absence de l’autre, vous pourrez bien sûr prétexter, l’un ou l’autre : «mais j’étais là, à tel coin de rue et tel restaurant»… Vous vous rendrez compte qu’il y avait une dimension dans laquelle vous ne vous êtes pas rencontré : dans le temps !
Je demeure dans un espace urbain où il est possible de se déplacer entre deux points par le réseau souterrain du métro. Au moment où la rame s’enfonce dans le tunnel, propulsée par ses moteurs électriques vers un autre point de la ville, mon imagination débordante me donne parfois l’impression d’être à bord d’une machine incroyable, que nos ancêtres n’auraient jamais imaginé. J’établis même, avec un certain plaisir, un parallèle avec ce grand tunnel de l’accélérateur de particules LHC du CERN, cet immense tunnel de vingt-cinq kilomètres de diamètre. Ne suis-je pas véhiculé à destination par l’énergie électrique, utilisant l’énergie contenue au coeur de la matière de notre Univers ? N’est-ce pas merveilleux, même si nous voyageons encore à des vitesses que nos descendants lointains trouveront sans doute ridicules !
Cette analogie peut paraître tout à fait banale, mais elle illustre assez bien que l’espace et le temps sont intimement reliés ! Donc, après ces considérations sur le monde des représentations, comment un scientifique peut-il apporter des perspectives vraiment différentes, même à la lumière des dernières percées de la cosmologie ? Il y a encore tout un monde à explorer dans nos représentations de l’Univers et même des surprises épistémologiques !
C’est le sujet du prochain article : TOPOLOGIE COSMIQUE 2 : L’Univers est-il chiffoné ?
NIVEAU 201
Bibliothèque de signets
Topologie-cosmique - Simulation cosmologique – Cosmologie computationnelle
