Il existe une série de nombres étranges, présents dans toutes les équations de la physique moderne. Ils sont les piliers de notre compréhension de la réalité. Et pourtant, personne ne sait pourquoi ils existent, ni pourquoi ils valent ce qu’ils valent. Ce sont les constantes fondamentales de la nature, et elles posent l’une des plus grandes énigmes de la science contemporaine.

Des chiffres indispensables… mais inexpliqués

La physique moderne repose sur des modèles mathématiques : des équations conçues pour décrire le comportement de la matière, de l’énergie, de l’espace et du temps. Ces modèles expliquent aussi bien le mouvement des planètes que la structure des particules élémentaires. Ils sont d’une efficacité redoutable. Mais ils ont un point faible.

À chaque fois qu’un physicien utilise une équation pour décrire un phénomène réel, il doit y insérer des valeurs fixes. Ces nombres ne viennent pas des équations elles-mêmes. Ils doivent être mesurés par l’expérience. On les appelle les constantes fondamentales. Et elles soulèvent une question vertigineuse : d’où viennent-elles ?

La vitesse de la lumière, la force de gravitation, la masse de l’électron, la constante de Planck… Une vingtaine de ces constantes sont aujourd’hui considérées comme essentielles à notre compréhension du cosmos. Elles sont au cœur de toute la physique moderne, mais leur origine reste un mystère total.

Et si elles n’étaient pas si constantes ?

L’une des pistes explorées par les scientifiques est de vérifier si ces constantes sont vraiment… constantes. Car si l’une d’elles variait ne serait-ce qu’un tout petit peu dans le temps ou l’espace, cela voudrait dire qu’elle n’est pas fondamentalement figée, mais plutôt le reflet d’un phénomène plus profond que nous ne comprenons pas encore.

On peut prendre un exemple simple : si vous ne connaissiez rien à la gravité, vous pourriez mesurer l’accélération des objets qui tombent et en déduire une constante (9,8 m/s²). Mais en mesurant plus précisément, vous remarqueriez que cette valeur varie légèrement selon l’endroit où vous vous trouvez sur Terre. Cette variation révélerait un mécanisme plus complexe : une force gravitationnelle universelle.

Les physiciens et les astronomes appliquent ce raisonnement aux véritables constantes de la nature. S’il existait des variations, aussi infimes soient-elles, cela indiquerait qu’il existe un niveau plus fondamental de réalité que nous n’avons pas encore atteint.

Regarder loin pour remonter dans le temps

Mais comment détecter une variation, si petite soit-elle, sur des constantes qui semblent absolument fixes ? En observant les objets les plus anciens et les plus lointains de l’univers.

Les quasars, par exemple, sont des sources lumineuses extrêmement éloignées, visibles telles qu’elles étaient il y a des milliards d’années. De même, le fond diffus cosmologique, vestige lumineux de l’univers quelques centaines de milliers d’années après le Big Bang, fournit une sorte de photographie de la physique très ancienne.

En analysant la lumière de ces objets, les scientifiques peuvent détecter d’éventuels changements dans les propriétés physiques fondamentales : un léger décalage dans le spectre lumineux pourrait trahir une variation de la vitesse de la lumière, de la masse des particules, ou d’autres constantes.

Une image du fond diffus cosmologique (FCC), créée par le satellite Planck de l’Agence spatiale européenne, qui montre les échos du Big Bang laissés par l’aube de l’univers. Crédit image : Consortiums ESA/LFI et HFI)

Des horloges pour traquer l’invisible

Plus près de nous, sur Terre, les horloges atomiques permettent de mesurer avec une extrême précision les propriétés des atomes. Ces dispositifs sont si sensibles qu’ils peuvent détecter des changements infimes dans les vibrations atomiques — vibrations qui dépendent directement des constantes physiques.

Les résultats ? Jusqu’à présent, toutes les mesures indiquent que les constantes fondamentales ne varient pas, même à des niveaux de précision extrêmes. Pour certaines d’entre elles, les variations ont été limitées à moins d’une partie par milliard par an.

Une question sans réponse… pour l’instant

Même si tout semble stable, la question reste entière : pourquoi ces constantes ont-elles exactement ces valeurs ? Pourquoi la lumière voyage-t-elle à cette vitesse précise ? Pourquoi la force de gravité est-elle si faible par rapport à la force nucléaire ? Pourquoi la masse du proton est-elle ce qu’elle est ?

Certaines hypothèses évoquent la possibilité d’un multivers : un ensemble d’univers parallèles, chacun avec ses propres constantes. Le nôtre serait simplement l’un des rares où les conditions permettent l’émergence de la matière, de la complexité… et de la vie.

Mais pour l’instant, ces constantes restent ce qu’elles sont : des nombres fixés, inexplicables, que la nature semble nous imposer.

La prochaine révolution scientifique ?

Il est possible que ces constantes ne soient qu’un rideau. Et que derrière se cache une nouvelle couche de réalité, une nouvelle physique encore inconnue. Comme si notre compréhension actuelle n’était qu’une approximation, comme l’étaient les lois de Newton avant Einstein.

Un jour peut-être, une découverte viendra remettre en cause tout ce que nous croyions savoir. En attendant, ces mystérieux chiffres continuent de régir l’univers… et de défier notre intelligence.