Ainsi, il semble bien que l'ensemble de l'univers ait été comprimé au début en un point unique de densité infinie. Cet instant primordial a été appelé singularité et a eu lieu il y a moins de seize milliards d'années. Une singularité est un état où il n'y a plus rien : ni matière, ni espace, ni temps. Or vers 1960, le théorème de Penrose et Hawking, n'utilisant que des hypothèses pouvant être confirmées par l'observation, montra que la théorie de la gravitation d'Einstein permet de concevoir l'existence d'une singularité de l'espace-temps si la force d'attraction est toujours positive (mais l'est-elle?) et s'il existe assez de matière dans l'univers pour créer une région piège. Si nous tenons compte de la gravitation, deux rayons lumineux se courbent et convergent légèrement l'un vers l'autre par leur attraction gravitationnelle ou par la présence de la matière. On sait par exemple que pendant les éclipses de soleil, des étoiles cachées par cet astre peuvent néanmoins être observées, car leurs rayons lumineux sont déviés par la masse solaire, ce qui permet de les voir sur ses côtés. Ainsi, supposons que suffisamment de matière s'accumule dans une région de l'univers, l'attraction qu'elle exercera empêchera tout rayon lumineux qui s'en approchera suffisamment d'en sortir. C'est là une surface piège. Le fond de rayonnement cosmique montre que l'univers tout entier a possédé une surface piège. Il existe donc une singularité à l'origine de notre univers en expansion.
Des régions pièges locales peuvent exister dans cet univers que les astronomes appellent des trous noirs. Il est étonnant de savoir qu'en 1783, un ecclésiastique britannique, John Michell, avait pensé que la lumière devait être composée de petits corpuscules se déplaçant à grande vitesse. Il eut l'idée que si un objet assez massif et petit atteignait la vitesse de la lumière, il serait invisible à des observateurs éloignés / car la lumière serait « piégée » par cet objet. I jl suggéra que cet objet ne pourrait être détecté que par le mouvement orbital anormal qu'il infligerait à une étoile dont il pourrait être le compagnon invisible. On croit aujourd'hui que certaines étoiles à neutrons peuvent s'effondrer sur elles-mêmes et donner naissance à un trou noir. Si nous imaginons une sphère où le champ gravitationnel peut empêcher même la lumière d'en sortir, la formule de Michell en donne le rayon qui correspond à une vitesse d'évasion égale à la vitesse de la lumière. La surface sphérique qui correspond à ce rayon s'appelle l'horizon du trou noir.

Si nous pénétrions au-delà de cet horizon, d'une part nous ne pourrions plus revenir en arrière, et d'autre part, nous serions soumis en approchant de son centre à des forces gravitationnelles de plus en plus intenses qui nous démantibuleraient en pièces détachées de plus en plus petites. L'espace et le temps dans lesquels nous vivons n'existeraient plus à la rencontre de la singularité. De plus on ne peut savoir ce qui s'y passe. Il peut s'agir d'un chaos inimaginable accompagnant un bouleversement des lois physiques que nous avons eu tant de peine à établir. Mais dans les systèmes aléatoires, les lois statistiques existent encore : on ne peut prévoir un événement mais une séquence d'événements peut l'être.

Un détail susceptible de vous intéresser : les trous noirs sont capables de s'évaporer. En 1974, S. Hawking montra que la création de paires virtuelles (voir plus haut) a lieu à l'horizon d'un trou noir. Si l'un des membres de la paire pénètre sous l'horizon, l'annihilation ne peut plus avoir lieu et l'autre particule s'échappe dans l'espace en tant que particule réelle. Le trou noir devient ainsi moins massif qu'il n'était avant. Mais au fur et à mesure de son évaporation, la masse du trou noir diminuant, la courbure de son horizon s'accentue progressivement et la création de particules est accélérée. Il finit par disparaître en explosant, en laissant - pour certains - une singularité nue de l'espace-temps en son centre. Les astronomes ont cherché, jusqu'ici en vain, à découvrir ces explosions des petits trous noirs. La question n'est pas sans importance, parce que s'ils y parvenaient, ils pourraient assister à un processus de gravitation quantique, reproduisant en miniature ce qui est survenu au moment du big bang et laissant une singularité de l'espace-temps. Les cosmologistes nous disent qu'il existe au moins une singularité nue : le big bang. Or l'univers dans lequel nous vivons paraît être parfaitement ordonné, plutôt que chaotique.

Revenons à la première seconde après le big bang. A cause de la température élevée, les radiations électromagnétiques, rayons gamma surtout, sont dix millions de fois plus abondantes que la matière. La masse du cosmos est surtout faite de radiations puisque E = mc2.
Mais au temps cosmique de dix secondes, l'expansion de l'espace s'accompagne d'une chute thermique de quelques milliards de degrés. Les radiations perdent de leur énergie primitive et quand un proton rencontre un neutron, qu'est-ce qu'ils se racontent ? - une histoire de deutérium dont le noyau a plus de chances de persister, puisque les radiations sont diminuées. La production de deutérium augmente jusqu'à trois minutes, puis est remplacée par celle d'hélium-3 (un deutérium et un proton) et d'hélium-4 (deux deutérium) plus un petit peu de lithium (comme quoi en ces instants précoces de la formation de l'univers, la thérapeutique des maniaco-dépressives était déjà prévue).