Que faisait Dieu avant ?

avant ~10⁻⁴³ s (ère de Planck)

Une objection moqueuse

Vers l'an 400, les chrétiens qui affirment que Dieu a créé le monde se voient opposer une question : que faisait Dieu avant de le créer ? Augustin d'Hippone la prend au sérieux, au livre XI de ses Confessions. Il commence par rapporter la réponse d'un autre, qui s'en tirait par une plaisanterie : Dieu « préparait l'enfer pour ceux qui scrutent de trop près » augustin-conf¹. Augustin ne la reprend pas à son compte. Une réponse qui menace celui qui questionne laisse la question entière, et elle reconnaît au passage qu'il y aurait bien eu un « avant » où Dieu s'occupait à quelque chose.

La réponse d'Augustin passe par la question elle-même. Demander ce que Dieu faisait avant, c'est supposer un temps antérieur au monde, une durée où Dieu aurait attendu, hésité ou préparé. Or, pour Augustin, le temps fait partie de ce qui est créé, au même titre que le ciel et la terre ; et « il n'y avait pas d'"alors" quand il n'y avait pas de temps » augustin-conf. Le mot « avant » désigne une place dans le temps. Si le temps commence avec le monde, aucune place ne précède le monde, et la question n'a pas d'objet.

Augustin ne donne aucun renseignement sur ce qui aurait précédé le monde : il met au jour une hypothèse que la question contenait sans la dire, celle d'un temps qui existerait hors du monde, comme une horloge qui tournerait avant qu'il y ait quoi que ce soit. Otez cette hypothèse, et l'objection tombe. Toute l'histoire que ce chapitre raconte consiste à savoir si l'on a le droit de l'ôter.

Il faut noter qu'Augustin fait ce geste sans prétendre savoir ce qu'est le temps. C'est dans ce même livre XI qu'il écrit : « Qu'est-ce donc que le temps ? Si personne ne me le demande, je le sais » augustin-conf. Son argument est logique : il porte sur ce que suppose une question, sans rien avancer sur ce que le temps est fait. Quinze siècles plus tard, la physique fournira une théorie dans laquelle le temps appartient au monde, et l'on pourra se demander si elle donne raison à Augustin, et jusqu'où.

Trois questions sous un seul mot

Avant d'aller plus loin, il faut démêler ce que l'on demande quand on parle du « commencement de l'Univers ». Le mot recouvre au moins trois questions qui n'ont ni le même statut ni les mêmes interlocuteurs sorensen-sep².

La première porte sur la structure du temps : le passé de l'Univers est-il fini ? Si l'on remonte le cours des choses, arrive-t-on à un bord, ou peut-on remonter sans fin ? La physique a des choses à dire sur cette question, et elle en dit.

La deuxième porte sur l'avant : s'il y a un bord, qu'y a-t-il au-delà ? C'est la question qu'on posait aux chrétiens, et Augustin vient de montrer qu'elle peut être mal posée si le temps naît avec le monde. Elle dépend donc de la réponse à la première, mais elle ne s'y réduit pas : on peut admettre un passé fini et se demander encore si le mot « avant » garde un sens au bord.

La troisième porte sur l'existence : pourquoi y a-t-il quelque chose plutôt que rien ? Elle est indépendante des deux autres. Un univers éternel, sans aucun commencement, la poserait tout autant : on pourrait toujours demander pourquoi il existe, lui, plutôt que rien du tout. C'est la question de Leibniz.

Une quatrième notion se glisse souvent entre elles, celle de création. Au sens où l'entendent les philosophes médiévaux, être créé veut dire dépendre d'une cause, ce qui n'est synonyme d'aucune des trois questions précédentes. Un monde pourrait dépendre d'une cause sans avoir eu de premier instant ; un monde pourrait avoir eu un premier instant sans dépendre de rien. Une bonne part de l'histoire de ce problème, d'Augustin à Lemaître, consiste à apprendre à ne plus confondre commencement et création.

Ce chapitre traite les deux premières questions : le passé est-il fini, et que devient la question de l'avant quand la physique s'en mêle. La troisième question et la notion de création appartiennent au chapitre suivant, (→ chap. 2), parce qu'elles demandent de savoir de quel « rien » on parle, et que les physiciens et les philosophes n'emploient pas ce mot dans le même sens.

Ni l'un ni l'autre ne se démontre

Au XIIIᵉ siècle, la redécouverte d'Aristote rouvre le débat, car pour Aristote le monde est éternel. Thomas d'Aquin y consacre un traité, Sur l'éternité du monde, vers 1270. Sa conclusion surprend ceux qui attendent d'un théologien qu'il défende un commencement : « aucun argument démonstratif n'est possible dans un sens ou dans l'autre » aquinas-sep. Dieu aurait pu créer un monde qui a toujours existé. Que le monde ait commencé, Thomas le tient pour vrai, mais au titre de la foi, « non susceptible de preuve philosophique » aquinas-sep.

Cette position repose sur la distinction posée plus haut : pour Thomas, être créé veut dire dépendre d'une cause, non avoir un premier instant aquinas-sep, et c'est au chapitre 2 que cette distinction est reprise en détail.

Cinq siècles plus tard, Kant va plus loin. Dans la Critique de la raison pure (1781), la première de ses « antinomies » (des couples de thèses contraires que la raison démontre avec une force égale) porte exactement sur les limites du monde dans le temps wiki-antinomy³.

La thèse affirme que le temps a un commencement. Sinon, une infinité de moments se serait déjà écoulée jusqu'à aujourd'hui ; or une infinité ne peut pas être parcourue jusqu'au bout, une étape après l'autre, et le présent n'aurait jamais pu être atteint wiki-antinomy.

L'antithèse affirme que le temps n'a pas de commencement. Sinon, il faudrait un « temps vide » d'où le monde serait sorti ; mais dans un temps vide, rien ne distingue un moment d'un autre, rien n'y change, et rien ne peut donc en sortir wiki-antinomy.

Les deux preuves étant également bonnes, Kant conclut que la question des limites du temps doit être tenue pour dénuée de sens wiki-antinomy. Il en donne la raison : la contradiction vient de ce que la raison applique au monde pris comme un tout des concepts qui ne valent que pour l'expérience. Le monde comme totalité n'est jamais un objet d'expérience ; on ne peut donc pas lui attribuer un âge comme on en attribue un à une pierre wiki-antinomy.

Une remarque rattache Kant à Augustin. L'antithèse repose sur un temps vide qui précéderait le monde, c'est-à-dire sur l'hypothèse cachée qu'Augustin avait écartée : un temps extérieur, dans lequel le commencement du monde aurait lieu. Si le temps naît avec le monde, l'argument de l'antithèse perd son appui. Mais la position d'Augustin tombe elle aussi sous le diagnostic de Kant, puisqu'elle affirme quelque chose du monde pris comme un tout, à savoir que le temps commence avec lui : Augustin énonce une thèse que l'expérience ne peut pas atteindre plus que la thèse contraire. (Cette application du diagnostic de Kant à Augustin est une lecture proposée ici, pas un texte de Kant.)

À la fin du XVIIIᵉ siècle, la question paraît donc réglée par épuisement : un commencement ne se démontre pas, l'éternité non plus, et la question elle-même excède ce que la raison peut trancher. Il faudra la physique du XXᵉ siècle pour lui rendre un contenu.

« Un peu avant le commencement de l'espace et du temps »

Le premier à proposer un commencement physique du monde est Georges Lemaître, physicien et prêtre belge. Dans une note publiée en 1931, il imagine que l'Univers est parti d'un seul quantum, un « atome primitif », et il en tire une conséquence sur le temps lui-même : si le monde a commencé par un seul quantum, « les notions d'espace et de temps n'auraient au commencement aucun sens » ; elles n'en prendraient un qu'une fois ce quantum divisé. D'où sa phrase : « le commencement du monde a eu lieu un peu avant le commencement de l'espace et du temps » Luminet 2015.

La formule est remarquable par sa maladresse même. Lemaître dit que le temps n'a pas encore de sens au commencement, et il ne peut pas le dire sans employer le mot « avant ». La langue n'a que des mots de temps pour exprimer une antériorité qui serait seulement logique, celle d'une condition sur ce qu'elle conditionne. Le « un peu avant » de Lemaître est l'« alors » d'Augustin retourné : Augustin refusait le mot, Lemaître l'emploie en sachant qu'il ne convient pas. Dans les deux cas, le langage bute sur le seuil.

L'idée n'a pas d'abord été discutée comme une hypothèse de physique. Arthur Eddington, l'un des astrophysiciens les plus influents de l'époque, écrivait : « la notion d'un commencement du monde m'est répugnante ». Einstein jugeait l'atome primitif « inspiré par le dogme chrétien de la création, et totalement injustifié du point de vue physique » Luminet 2015⁴. Le commencement a donc été soupçonné de théologie avant d'être tenu pour une hypothèse scientifique, et ce soupçon tenait au moins autant aux préférences de ceux qui l'exprimaient qu'aux données : un univers éternel paraissait plus acceptable à des esprits qui voulaient tenir la physique à l'écart de la religion.

Le soupçon visait à côté. Lemaître lui-même tenait que le commencement physique du monde était tout autre chose que la notion métaphysique de création Luminet 2015, retrouvant par un autre chemin la distinction de Thomas d'Aquin. La manière dont il a défendu cette séparation, jusque devant le pape, appartient au chapitre suivant.

Le temps fait partie du monde

Entre Kant et Lemaître, la théorie du temps a changé, en deux étapes. La relativité restreinte d'Einstein avait déjà supprimé l'horloge universelle : deux observateurs en mouvement l'un par rapport à l'autre ne découpent pas le monde en « maintenant » de la même manière. La relativité générale (1915) ajoute que le temps cesse d'être un cadre extérieur où les choses se passeraient : il devient une dimension du monde, liée à l'espace, qui se courbe et se dilate avec la matière qu'il contient smeenk-sep. Sur le point qui l'opposait à ses adversaires, Augustin reçoit ici une forme de confirmation : il n'y a pas de temps hors du monde, parce que le temps est une propriété du monde.

Cela pose un problème immédiat. Si la relativité interdit un temps universel, de quel temps parle-t-on quand on dit que l'Univers a 13,8 milliards d'années ? La réponse de la cosmologie ne réintroduit aucun temps absolu dans les lois. Elle tire parti d'un fait propre à notre Univers : à grande échelle, il est homogène (la matière y a partout la même densité) et isotrope (il a la même apparence dans toutes les directions).

Les modèles qui décrivent un tel univers sont dits FLRW, des initiales de Friedmann, Lemaître, Robertson et Walker. L'espace-temps s'y découpe en tranches d'espace homogènes, et le temps cosmique est le numéro de ces tranches : c'est « la coordonnée de temps standard » de ces solutions smeenk-sepwiki-cosmic-time.

Ces tranches ont des témoins : les observateurs dits « comobiles », au repos par rapport à la matière et emportés par l'expansion sans mouvement propre. Le temps cosmique est le temps propre qu'ils mesurent, celui que marquerait une horloge emportée avec eux smeenk-sepwiki-cosmic-time. « Au même moment », à l'échelle du cosmos, veut dire alors : sur la même tranche, là où l'Univers a partout la même densité. Comment chacun de ces observateurs peut lire ce temps sans échanger de signal, et où nous nous situons par rapport à lui, est l'objet du chapitre 25.

La conséquence est décisive pour la question de l'avant. Le temps qui date l'Univers est une propriété de la solution, c'est-à-dire de la manière dont la matière est répartie, et non des équations. Un univers très inhomogène n'aurait pas de temps cosmique. C'est un temps de fait, porté par le monde, qui existe parce que la matière est homogène et seulement dans cette mesure.

Même l'âge de l'Univers est défini avec cette prudence. Les tables de la mission Planck définissent l'âge comme le temps écoulé « depuis le début du Big Bang chaud » planck2018tab⁵, non depuis un instant zéro. Comment on obtient ce nombre, et ce qu'il suppose, fait l'objet du chapitre 7.

Le bord du modèle

Si le temps cosmique est porté par la matière, il faut se demander ce qu'il devient quand on remonte vers des états de la matière où rien ne peut plus servir d'horloge. Les philosophes de la physique Svend Rugh et Henrik Zinkernagel ont posé la question en 2009 : pour eux, le concept de temps doit reposer sur des processus physiques possibles entre les constituants de l'Univers Rugh 2009. Une horloge, au sens large, est un système qui change de façon régulière ; encore faut-il que de tels systèmes puissent exister.

En remontant, ils voient apparaître deux difficultés. La première vient vers 10⁻⁵ seconde, au-delà de la transition où les quarks se lient en protons et en neutrons : plus tôt, il n'y a plus de systèmes liés Rugh 2009wiki-chrono. La seconde, plus sérieuse, vient vers 10⁻¹¹ seconde, au-delà de la transition électrofaible⁶. Là, la propriété de masse disparaît presque, et il devient difficile de donner une base physique aux échelles de longueur, d'énergie et à la température, « toutes intimement liées au concept de temps en cosmologie moderne » Rugh 2009. Des particules sans masse filent à la vitesse de la lumière, et pour elles le temps propre ne s'écoule pas. Leur conclusion : l'échelle de temps de la cosmologie très primitive manque de base physique, ou devra reposer sur une physique nouvelle, encore spéculative Rugh 2009. C'est une thèse de philosophie de la physique, non un résultat de mesure : elle ne change aucun calcul, mais elle dit ce que les calculs désignent.

Plus haut encore, c'est la théorie elle-même qui cesse de s'appliquer. Dans les années 1960, Stephen Hawking et Roger Penrose ont démontré des théorèmes dits de singularité : dans une large classe de modèles, la relativité générale prédit que l'Univers est fini vers le passé, et que les densités y deviennent infinies. Mais cette prédiction est d'ordinaire tenue pour un défaut profond de la relativité générale plutôt que pour la description d'un événement smeenk-sep. Une théorie qui donne des valeurs infinies à des grandeurs physiques signale l'endroit où elle ne vaut plus. En deçà d'environ 10⁻⁴³ seconde, ce qu'on appelle l'ère de Planck, la physique connue ne s'applique plus, et la compréhension de cette période attend une théorie qui unisse la gravitation et la physique quantique wiki-bigbang. La singularité initiale « pourrait être absente dans une théorie de la gravitation quantique ; elle provient d'une extrapolation de la relativité générale » wiki-bigbang. Même l'inflation, la plus ancienne phase dont on ait des indices, n'échappe pas à ce bord : un théorème de Borde, Guth et Vilenkin montre qu'elle requiert « une physique autre que l'inflation » pour décrire sa frontière passée Bgv 2003, ce que détaille (→ chap. 3).

La formule la plus nette vient de la philosophie de la cosmologie : il n'y a pas de « premier moment » du temps, car le concept même de temps cesse d'être défini quand on s'approche de t = 0 smeenk-sep. Sur la question de ce qu'on peut dater, la singularité n'est pas un événement de l'histoire de l'Univers : c'est le bord de la description qu'on en donne.

Trois conséquences en découlent, et le livre s'y tiendra. D'abord, le mot « Big Bang », au sens le plus sûr, désigne une phase précoce, chaude et dense, et non un instant wiki-bigbang. Il ne désigne pas davantage une explosion : une explosion suppose un espace préexistant où la matière serait projetée, alors que le Big Bang décrit l'expansion du contenu de l'Univers partout à la fois ; il n'a pas de centre wiki-bigbang. Ensuite, le « zéro » des frises est une origine conventionnelle des horloges, sans rien de daté : les chronologies de référence ne remontent pas jusqu'au temps zéro, et certaines comptent les durées à partir de la fin de l'inflation wiki-chrono. Enfin, « 10⁻⁴³ seconde » ou « 10⁻³⁶ seconde » sont des valeurs de la coordonnée t d'un modèle prolongé au-delà de son domaine⁷. Aucune horloge ne les a marquées, et aucune ne pouvait le faire, puisqu'à ces époques, selon Rugh et Zinkernagel, rien ne pouvait en tenir lieu Rugh 2009.

Une question suspendue

Que reste-t-il alors de la question « qu'y avait-il avant ? ». Elle n'est pas absurde, puisque rien dans la physique connue n'interdit qu'une théorie plus complète décrive quelque chose au-delà du bord. Elle n'est pas résolue non plus, puisque la relativité générale, qui trace ce bord, ne dit rien de ce qu'il y a derrière. Elle est suspendue : toute description de conditions « avant le big bang » doit reposer sur une théorie qui dépasse la relativité générale smeenk-sep. La vieille question devient une question sur une théorie qu'on n'a pas encore, la gravitation quantique.

L'idée que la singularité n'est pas réelle est presque aussi ancienne que l'inflation : Alexeï Starobinsky la soutenait dès 1980 wiki-inflation, comme on le verra au chapitre 3. Depuis, plusieurs programmes théoriques proposent de décrire ce que la relativité ne décrit pas. Ils ne s'accordent pas, et ils ne répondent pas tous de la même manière à la question de l'avant.

Pour certains, le mot « avant » perd son sens. Quand on applique les méthodes de la physique quantique à la gravitation et à l'Univers entier, on obtient une équation, dite de Wheeler-DeWitt, qui ne contient pas de temps Bamonti 2025. La description fondamentale serait intemporelle, et tout le problème est de retrouver, à partir d'elle, un Univers qui évolue. Une réponse répandue est que le temps émergerait comme une approximation, par exemple en prenant la taille de l'Univers comme horloge interne. Si c'était le cas, « avant » cesserait de s'appliquer au bord, comme la notion de température cesse de s'appliquer à une seule molécule : non parce qu'elle deviendrait fausse, mais parce qu'elle n'y aurait pas de prise. Cette idée de temps émergent est elle-même contestée : un article de philosophie de la physique paru en 2025 conclut qu'elle demande un examen plus poussé de ce qu'est la dynamique dans ce cadre Bamonti 2025.

La proposition la plus célèbre de cette famille est l'état « sans bord » de James Hartle et Stephen Hawking (1983). Ils décrivent l'état quantique d'un univers fermé par une fonction d'onde définie sur ses géométries possibles, calculée par une somme sur des géométries à quatre dimensions dont l'Univers présent est le seul bord Hartle 1983. En image : quand on remonte, le temps se comporte comme une direction d'espace, et l'histoire de l'Univers se referme comme une sphère se referme au pôle Sud, sans point de départ singulier. Demander ce qu'il y avait avant serait aussi mal posé que demander ce qu'il y a au sud du pôle Sud⁸. L'image a donné sa forme moderne à la réponse d'Augustin. Mais elle repose sur des choix techniques discutés : en reformulant le calcul avec un temps réel (on dit « lorentzien »), Job Feldbrugge, Jean-Luc Lehners et Neil Turok obtiennent en 2017 un facteur « exactement l'inverse du fameux résultat de Hartle-Hawking » Feldbrugge 2017, ce qui change ce que la proposition prédit.

Pour d'autres programmes, l'avant retrouve un sens. En appliquant à l'Univers entier les méthodes de la gravité quantique à boucles, Abhay Ashtekar, Tomasz Pawlowski et Parampreet Singh montrent en 2006, dans un modèle simplifié, que « le big bang est remplacé par un grand rebond », et que l'évolution reste déterministe à travers le régime de Planck Ashtekar 2006. Notre Univers en expansion aurait été précédé d'un univers en contraction. Il y aurait alors un « avant » au sens ordinaire, avec un temps qui traverse le bord. Ce programme est développé Ashtekar 2011, mais il repose sur des modèles très symétriques et sur une théorie de la gravitation quantique qui n'est pas confirmée.

Aucune de ces propositions n'a d'appui observationnel. Ce qu'elles changent, c'est la forme de l'antinomie de Kant. Kant opposait un temps fini à un temps infini, et montrait que la raison démontre également l'un et l'autre. La physique ne choisit pas entre les deux branches : elle déplace la question. Il ne s'agit plus de savoir si le temps a commencé ou non, mais de savoir si le mot « avant » garde un sens au bord de la description, et la réponse dépend d'une théorie qui reste à trouver. « La question de l'avant n'a pas de sens » est donc une position, défendue par Augustin, par Kant et par Hawking, et non un consensus : les modèles à rebond lui en donnent un Hartle 1983Ashtekar 2006.

Ce qu'on ne sait pas

On ne peut dire, en l'état, ni qu'il y a eu un instant zéro, ni qu'il n'y avait rien avant, ni qu'il y avait quelque chose avant. Aucune observation ne remonte au-delà de l'inflation, et les indices les plus solides qu'on ait sur celle-ci portent sur ses effets, pas sur ce qui l'a précédée wiki-chronoBgv 2003. Les propositions sur le bord ne sont pas pour autant invérifiables : le rebond prédit des effets aux plus grandes échelles du rayonnement fossile, l'état sans bord prédit la courbure d'ensemble de l'Univers, et le chapitre 3 montre pourquoi ces prédictions ne départagent encore rien.

Un scénario à éons successifs, la cosmologie cyclique de Roger Penrose, a même été confronté au rayonnement fossile, et ses tests sont négatifs Wehus 2011Jow 2020 (→ (→ chap. 3)). La question de l'existence, elle, échappe par construction à ce type d'épreuve, puisque toute théorie physique suppose au moins ses propres lois smeenk-sep.

Plusieurs points de ce chapitre ont des degrés de confiance différents. Que la singularité soit une extrapolation et non une observation est établi wiki-bigbangsmeenk-sep. Que le temps cosmique perde sa base physique avant 10⁻¹¹ seconde est une thèse de philosophie de la physique, défendue par Rugh et Zinkernagel Rugh 2009 ; elle ne modifie aucun calcul et porte sur ce que les dates désignent. Que le temps émerge d'une description intemporelle est une hypothèse, contestée en 2025 Bamonti 2025. Le rebond et l'état sans bord sont des hypothèses, à des stades de développement différents.

Ce que ce chapitre démontre

La question « que faisait Dieu avant ? » contenait une hypothèse, celle d'un temps extérieur au monde. Augustin l'a écartée vers 400, sans savoir dire ce qu'est le temps. Thomas d'Aquin a montré qu'on ne peut démontrer ni un commencement ni l'éternité, et que la création n'exige pas de premier instant. Kant a montré que la raison prouve également que le temps a commencé et qu'il n'a pas commencé, et il en a conclu que la question excède l'expérience.

La physique du XXᵉ siècle a donné une forme précise à la thèse d'Augustin. En relativité générale, le temps est une dimension du monde, et le temps qui date l'Univers est celui d'horloges portées par une matière homogène ; il n'existe que dans la mesure où cette matière le porte. En remontant, ce temps perd ses horloges possibles, puis la théorie qui le définit cesse de valoir. Le « commencement » que proposait Lemaître en 1931, « un peu avant le commencement de l'espace et du temps », est devenu un bord du modèle : les dates qui s'en approchent sont des coordonnées extrapolées, et le zéro est une convention. La question de l'avant n'est ni absurde ni résolue : elle attend une théorie qui dépasse la relativité générale, et les candidates répondent différemment, les unes en dissolvant l'avant, les autres en lui rendant un sens.

Ce chapitre fixe la règle que le livre suivra. On sait qu'une phase chaude et dense a existé et que la physique connue la décrit à partir d'un certain seuil. On suppose, avec des indices, une phase d'inflation plus ancienne. On ne peut pas dire ce qui se trouve au bord, ni s'il y a un avant. Ces trois registres seront tenus séparés jusqu'au dernier chapitre.

Reste la question qu'Augustin n'a pas épuisée en supprimant l'« alors ». Même sans avant, même si le temps naît avec le monde ou émerge d'une description intemporelle, on peut toujours demander pourquoi il y a un monde. Cette question ne dépend pas de la forme du temps, et c'est l'objet du chapitre 2.

Notes