Le ciel ne se tait jamais. À l’instant même où vous lisez cette ligne, des particules venues de l’espace traversent votre corps quelques centaines de fois par seconde, et vous n’en sentez aucune. Rester en surface pour tenter d’attraper un événement très rare revient donc à vouloir entendre tomber une épingle au milieu d’un stade. Il faut d’abord vider le stade.
La seule manière de le vider est de descendre sous terre. On prend un ascenseur au fond d’une ancienne galerie de mine creusée dans une montagne, jusqu’à ce qu’il reste mille quatre cents mètres de roche au-dessus de la tête. Cette roche travaille comme un immense casque antibruit : elle filtre la quasi-totalité des particules qui tombent du ciel et laisse derrière elle un silence qui bourdonne aux oreilles.
Dans le laboratoire, au bout de la galerie, au milieu de la salle, se dresse une cuve en acier inoxydable de la taille d’une cabine d’ascenseur. Elle est remplie de xénon liquide. Le xénon est ordinairement un gaz incolore ; descendez-le sous les cent degrés au-dessous de zéro et il devient un liquide clair et lourd, assez semblable à de l’eau. La cuve n’a qu’une seule tâche : attendre que l’on frappe à la porte.
Ce que l’on attend, c’est une particule que personne n’a jamais vue. Nous ne l’avons pas vue, et pourtant nous pensons qu’elle constitue les quatre cinquièmes de toute la matière de l’univers. Autrement dit, tout ce vers quoi nous avons jamais braqué un télescope, chaque étoile, chaque planète, chaque nuage de gaz, n’est que le cinquième restant de l’histoire.
La physicienne des astroparticules Dr Ilse Reinhardt attend ce coup unique depuis quinze ans. En face d’elle, le cosmologiste théoricien Dr Kwame Adjei a la charge d’expliquer pourquoi l’invité attendu n’est toujours pas arrivé. Sur la table, entre eux, repose une montre-bracelet qui semble n’avoir aucun rapport avec la conversation.
Nommer ce que l’on ne voit pas
« Encore un mois vide, dit Ilse. Quinze ans, zéro signal. »
« Zéro signal est une réponse, lui aussi, dit Kwame. »
« Quelle sorte de réponse ? »
« Celle-ci. Tu entres dans une pièce et les rideaux bougent. Tu ne vois pas le vent, tu ne peux pas le tenir, tu ne peux pas le photographier. Mais tu sais que la fenêtre est ouverte, et personne ne vient te contredire. Dans l’univers aussi, les rideaux bougent. Voilà cent ans que nous regardons ces rideaux. »
« Quels rideaux ? »
« La rotation des galaxies. Prends-le ainsi : tu attaches une pierre au bout d’une ficelle et tu la fais tourner au-dessus de ta tête. Plus la pierre va vite, plus tu dois tenir ferme. Passé une certaine vitesse la ficelle cède, casse, et la pierre s’envole. À la vitesse de la pierre, donc, tu peux déduire la solidité de la ficelle, même sans jamais voir la ficelle. »
« Et dans le ciel, cette ficelle, c’est la gravitation. »
« Exactement. Le système solaire applique la règle à la lettre. Mercure est tout contre le Soleil, sa ficelle est courte et tendue, elle boucle son tour en quatre-vingt-huit jours. Neptune est loin, sa ficelle est lâche, il lui faut cent soixante-cinq ans pour le même voyage. Plus on s’éloigne, plus on est lent. C’est l’une des règles les plus sûres que nous ayons. »
« Et les galaxies l’enfreignent. »
« Totalement. Dans une galaxie, les étoiles du bord tournent presque aussi vite que celles du centre, comme si toutes étaient boulonnées à un même disque de bois et que le disque tournait. Reprends alors le calcul de la ficelle : pour retenir une pierre lancée à cette vitesse, il la faudrait bien plus épaisse. Or, en pesant toutes les étoiles visibles, tous les nuages de gaz, toute la poussière, la ficelle obtenue est un fil. Elle aurait dû casser il y a des milliards d’années et les étoiles du bord auraient dû être jetées dans le noir. Elles ne l’ont pas été. »
« Quelque chose d’autre tient donc la ficelle. »
« Et cette chose est invisible. Elle enveloppe la partie visible de la galaxie et ne parle jamais à la lumière : elle ne brille pas, elle ne projette pas d’ombre. C’est pour cela que nous l’avons appelée matière noire. Remarque bien ce que c’est : pas un nom, pas même une description. Seulement l’aveu que nous ne la voyons pas. »
« Et elle a une sœur, poursuivit Kwame. Tu lances une balle en l’air. Elle ralentit en montant, s’arrête un instant, puis retombe. Tout le monde sait cela. Que penserais-tu maintenant si la balle allait plus vite à mesure qu’elle monte, et plus vite encore à chaque seconde ? »
« Que quelqu’un la pousse. »
« C’est exactement ce que fait l’univers. Les galaxies lointaines s’éloignent de nous, et leur vitesse de fuite croît à chaque milliard d’années. Nous appelons cela énergie noire. Mais ce nom n’est pas celui de ce qui pousse la balle. C’est l’abréviation de la phrase quelque chose pousse la balle. En disant noire, nous avons dit qu’elle n’interagit pas avec la lumière, et rien d’autre. Pas une explication, un aveu. »
Ilse sourit. « Cela devrait nous être familier. Le dix-neuvième siècle se tenait exactement ici et il est tombé dans le même piège. »
« Raconte. »
« Il y a une expérience d’école. On place une sonnerie sous une cloche de verre et l’on pompe l’air. On continue de voir le marteau frapper, mais le son faiblit puis s’arrête tout à fait, parce que le son a besoin d’air pour être porté. Ôte l’air et tu as ôté le son. La vague a besoin d’eau, le son a besoin d’air. »
« Et l’on a découvert que la lumière aussi était une onde. »
« C’est là que la question s’est posée : quelle est l’eau de la lumière ? L’expérience la rendait plus pressante encore, car en pompant l’air on tuait le son mais la lumière continuait de traverser le verre. Ce qui portait la lumière n’était donc pas l’air, et cela existait même dans le vide. On a supposé une substance invisible, sans poids, traversant tout et remplissant chaque recoin de l’univers. On l’a appelée l’éther. »
« Et on ne l’a pas trouvée. »
« En 1887, Michelson et Morley ont décidé d’aller la chercher, dit Ilse. Leur logique était très simple. Imagine deux personnes nageant à la même vitesse dans une rivière. La première descend cent mètres au fil du courant et revient ; le courant la pousse à l’aller et la retient au retour. La seconde traverse cent mètres jusqu’à l’autre rive et revient ; le courant la déporte sans cesse, si bien que pour atteindre son but elle doit nager en biais tout du long. Toutes deux parcourent exactement la même distance. Mais si la rivière coule, leurs durées ne peuvent jamais être égales. L’une sera forcément en retard. »
« Et ils ont fait de la lumière ces deux nageuses. »
« Ils ont coupé un faisceau en deux. Une moitié dans une direction, l’autre à angle droit, toutes deux ramenées par des miroirs, puis posées côte à côte pour voir laquelle avait pris du retard. Si la Terre traverse une mer d’éther à trente kilomètres par seconde, l’une devait être en retard. Et comme ils ignoraient le sens du courant, ils ont fait flotter tout l’appareil sur un bain de mercure et l’ont fait pivoter lentement dans toutes les directions, un été entier. Pour le saisir au moins une fois. »
« Et alors ? »
« Aucun retard, dans aucune direction. Les deux nageuses sont rentrées main dans la main à chaque fois. »
« Il n’y avait donc pas de rivière. »
« Pas de rivière. Pas d’eau. Ne rien trouver est l’échec le plus fécond de l’histoire de la physique, car dès que l’on accepte ce résultat il faut en accepter un bien plus dérangeant : la vitesse de la lumière ne dépend pas de qui la mesure. Que tu la poursuives ou que tu fuies en sens inverse, tu obtiens le même chiffre. Et si la vitesse est la même pour tous, alors ce qui s’étire n’est pas la lumière : c’est le temps et la distance eux-mêmes. Dix-huit ans plus tard, la relativité en est sortie tout droit. »
« L’éther était donc une mauvaise réponse. »
« Non, dit Ilse. L’éther était une réponse honnête à une question mal posée. La question était : dans quoi la lumière se propage-t-elle ? La bonne riposte n’était pas de trouver le nom d’une substance, mais d’annuler la question. La lumière n’a besoin de rien pour se propager. Nous courons le même risque en disant matière noire aujourd’hui. Peut-être existe-t-il vraiment une particule invisible, et un jour elle frappera la cuve. Ou peut-être posons-nous une mauvaise question sur la gravitation, et la bonne riposte n’est pas le nom d’une particule mais l’annulation de la question. »
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Le moteur sous le capot
Kwame tira vers lui la montre posée sur la table. « Heureusement que tu l’as apportée. Quelqu’un a fait ici la seule chose que nous n’arrivons pas à faire depuis quinze ans. »
« Dans une montre-bracelet ? »
« Dans une montre-bracelet. Il faut d’abord savoir ceci : dans une montre, ce ne sont pas les aiguilles qui décident de l’heure. Les aiguilles ne sont que des messagères. La seule pièce qui décide de l’heure est le balancier. »
« Et qu’est-ce que c’est ? »
« Une petite roue fixée à un ressort spiral fin comme un cheveu. Elle oscille sans fin d’un côté puis de l’autre. Pense à un enfant sur une balançoire. La durée d’un aller-retour ne dépend pas de la force de la poussée ; elle dépend de la longueur de la corde. Pousse plus fort et l’enfant montera plus haut, mais il reviendra dans le même temps. Cette propriété entêtée est la seule raison pour laquelle une montre peut fonctionner. Dans un balancier, la longueur de la corde est remplacée par le poids de la roue et la raideur du spiral. »
« Et qui pousse la balançoire ? »
« La pièce que l’on appelle échappement. Comme quelqu’un placé derrière la balançoire, qui donne exactement une poussée à chaque retour de l’enfant. Ni plus, ni moins ; elle ne fait que remplacer l’énergie perdue en frottement. Ici, la balançoire fait vingt et un mille six cents allers-retours par heure, trois par seconde. Tout ce que tu vois sur le cadran n’est que la somme d’un nombre compté trois fois par seconde. »
« Compris. Et qu’y a-t-il d’inhabituel dans celle-ci ? »
« La place du balancier. Dans une montre ordinaire, il se tient sous le cadran, derrière la surface que tu regardes. Pour le voir, il faut retourner la montre et regarder par le fond. Même logique qu’une voiture : le moteur est sous le capot et l’on regarde le tableau de bord. Toute la journée on porte l’effet à son poignet, jamais la cause. »
« Et ici ? »
« Ici, le capot a été retiré et le moteur monté sur le pare-brise. Le cadran a été démonté presque entièrement et le balancier remonté, sur son propre pont, à l’étage des aiguilles. À l’instant où tu regardes la montre, tu regardes ce qui fabrique la montre. »
Ilse releva la tête. « Et c’est exactement ce que nous ne pouvons pas faire. »
« Exactement. Tu mesures la vitesse d’une étoile : tu lis le tableau de bord. Le moteur, tu ne peux pas le poser sur le pare-brise, parce qu’il n’y a aucun capot à soulever. C’est bien pour cela que tu es descendue sous mille quatre cents mètres de roche. Prends-le ainsi : un billard dans une salle plongée dans le noir, et la moitié des billes sont invisibles. Quand une bille invisible en frappe une visible, tu ne vois que la visible sauter ; tu ne vois jamais ce qui l’a heurtée. Le xénon liquide de la cuve est plein de ces billes visibles. Si une particule invisible frappe un noyau de xénon, le noyau est délogé, et en étant délogé il émet une unique étincelle de lumière. C’est cette étincelle que tu attends depuis quinze ans. »
« Et la roche ? »
« La roche garde la salle silencieuse. Si les particules du ciel martelaient la table toute la journée, tu ne pourrais jamais distinguer quel saut était le vrai. »
« Et poser le moteur sur le pare-brise, cela se paie ? »
« Cela se paie cher. D’abord, le cadran est aussi un couvercle. C’est la seule chose qui protège le balancier de la poussière, de la sueur et des chocs, et l’ôter, c’est ôter la protection. Ensuite, il y a le pont. Fixe par une seule extrémité le pont qui porte le balancier et l’autre bout reste en l’air comme un balcon. Chaque coup encaissé par le poignet fait fléchir ce balcon de quelques microns, et dès qu’il fléchit l’axe du balancier perd son aplomb. »
« Ce qui veut dire, concrètement ? »
« Un balancier hors d’aplomb ne marche pas à la même cadence couché et debout. La montre indique une heure sur la table et une autre au bras. Un balancier porté à l’étage supérieur exige donc un pont plus épais que la normale et serré en deux points. Ici, la visibilité n’est pas un ornement : c’est une dette d’ingénierie à rembourser. »
La première montre d’un sous-marinier
« Elle s’appelle L’Impétrant, dit Kwame. Son auteur est Stéphane Pierre, ingénieur en micromécanique qui a passé des années dans l’industrie des sous-marins. Impétrant désigne le jeune sous-marinier affecté à un équipage mais pas encore pleinement admis dans le groupe. Il a donné à sa première montre le nom de sa propre condition d’alors. J’aime cela : un créateur qui se compte encore parmi les candidats. »
Ilse se pencha. « Les aiguilles sont étranges. Elles ne tournent pas. »
« Non. Les heures comme les minutes sont rétrogrades. L’aiguille avance le long d’un secteur et, arrivée au bout, revient au départ en une fraction de seconde pour recommencer. Une aiguille rotative, c’est un coureur qui tourne indéfiniment sur une piste. Une aiguille rétrograde, c’est un coureur qui fait cent mètres et que l’on doit ramener à la ligne de départ à chaque fois. »
« Et qu’est-ce qui le ramène ? »
« Une pièce appelée came escargot. Le nom vient de sa forme : une rampe en spirale qui monte et s’achève en falaise. Un petit doigt s’appuie contre cette rampe. À mesure que la came tourne, le doigt grimpe lentement et pousse l’aiguille le long de son secteur. À l’instant où il atteint le bord de la falaise, le sol se dérobe sous lui, un ressort tendu l’arrache jusqu’en bas, et l’aiguille repart à zéro. Comme le cadran a été retiré, on peut suivre cette montée et cette chute à l’œil nu ; d’ordinaire, personne d’autre que l’horloger n’y assiste. »
« Et qu’est-ce que cela coûte ? »
« Une aiguille rotative est entraînée par une force constante, sa facture est prévisible. Une aiguille rétrograde doit en plus nourrir un ressort que l’on tend en permanence. Chaque minute, on vole un peu d’argent au budget énergétique de la montre. Et chaque remise à zéro assène une petite gifle au mouvement. Si l’on n’absorbe pas cette gifle, l’oscillation du balancier se raccourcit et la montre retarde à l’instant précis du saut. »
« Nos compteurs travaillent de la même façon, dit Ilse. La fenêtre de mesure se remplit, le système se remet à zéro, une nouvelle fenêtre s’ouvre. Nous ne tenons pas un enregistrement continu ; nous tenons des tranches. Le rétrograde est en vérité la forme honnête de la mesure : il n’y a pas de flux infini, seulement des fenêtres finies. »
« Et à l’intérieur ? »
« Son propre calibre, et trois entêtements distincts. D’abord la taille du balancier : onze millimètres et demi, énorme pour une montre-bracelet. Une grande roue est plus lourde, et ce qui est lourd se laisse difficilement écarter de sa route. Une balançoire lourde est pénible à lancer, mais une fois lancée, un passant qui la bouscule ne la dérange pas. Un balancier petit et léger, lui, tressaille au moindre choc. »
« Ensuite ? »
« La manière de le régler. Dans une montre ordinaire, la cadence est fixée par une raquette qui saisit le spiral au collet et raccourcit sa partie active ; on la fait glisser et la montre avance ou retarde. C’est une solution commode, mais la raquette dérive d’elle-même avec le temps. Ici, pas de raquette. La cadence se règle en vissant de minuscules masselottes vers l’intérieur ou l’extérieur de la serge. Une vis ne dérive pas. »
« Et le troisième ? »
« La dernière spire du ressort. En travaillant, un spiral s’ouvre et se referme comme une respiration. Dans un spiral plat, cette respiration n’est pas bien centrée : le ressort se gonfle d’un côté et appuie l’axe du balancier contre son coussinet. Comme un accordéon que l’on tire par un bout : il s’ouvre, mais de travers. Ici, la dernière spire a été relevée au-dessus des autres. Le ressort s’ouvre et se referme comme un cercle véritable, et l’axe reste au centre quelle que soit la position. »
« Et il y a une quatrième chose, dit Kwame, mais celle-là n’est pas un entêtement : c’est un refus. On l’appelle croix de Malte. »
« Que fait-elle ? »
« L’énergie d’une montre vient d’un ressort enroulé. Armé à fond, ce ressort pousse beaucoup trop fort ; presque détendu, beaucoup trop faiblement ; au milieu, il est régulier. Pense à une citerne : pleine à ras bord la pression est trop forte, et près du fond on tire le dépôt. La croix de Malte est un verrou en forme de croix monté sur la roue de remontage, qui interdit physiquement d’employer les premiers et les derniers tours du ressort. La montre ne marche que sur la section propre du milieu. »
« Elle refuse donc délibérément une partie de sa propre citerne. »
« Délibérément. Elle renonce à de la réserve et achète de la régularité avec. »
« Et le boîtier ? »
« Titane grade 23. Le titane pèse déjà moitié moins que l’acier ; le grade 23 en est la version dont l’oxygène et le fer ont été délibérément abaissés, celle que l’on emploie pour les implants médicaux. L’oxygène présent dans l’alliage durcit le métal mais le rend cassant. Comme trop de farine dans une pâte : elle tient magnifiquement sa forme et se fend à la moindre contrainte. Le grade 23, c’est cette farine réduite, un métal plus doux, plus indulgent, qui ne laisse pas courir une fissure. Trente-neuf millimètres de diamètre, dix virgule huit d’épaisseur, douze virgule deux avec le verre bombé. »
« Combien en a-t-il fait ? »
« La première sortie est une souscription de quinze pièces, suivie de cinquante en titane. Quatre-vingt-quatre mille francs suisses hors taxes. »
« L’a-t-il faite seul ? »
« Non, et il ne le cache pas. Il l’a développée avec le prototypiste Julien Tixier, et une trentaine de spécialistes y ont mis la main. Comme la liste d’auteurs d’un de nos articles. Le mythe du génie solitaire tient dans un atelier exactement autant que dans un laboratoire. »
Ilse leva la montre vers la lumière. « J’ai remarqué une chose. En me décrivant cette montre, tu n’as jamais parlé du temps. Tu as parlé de matière, de poids, de flexion et de frottement. »
« Parce que le temps n’est pas une substance, dit Kwame. Ce que nous mesurons n’a jamais été le temps. Chaque fois, nous avons compté la répétition régulière d’autre chose : l’oscillation d’un pendule, la vibration d’un quartz, la transition d’un atome de césium. Nous ne mesurons pas le temps ; nous comptons une répétition à laquelle nous nous fions, et nous l’appelons temps. »
« Exactement comme la matière noire, dit Ilse. Elle non plus, nous ne la mesurons pas. Nous comptons son effet et nous lui donnons un nom. Le rideau bouge, et nous disons vent. »
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Hasan Bekmezci