L'univers | Multivers | Univers parallèle | Espace temps | La théorie du Big Bang

Il existe de nombreuses preuves scientifiques qui corroborent l’image de l’univers en expansion et du Big Bang. Toute l'énergie de masse de l'Univers a été libérée lors d'un événement d'une durée inférieure à 10-30 secondes; l’aspect le plus énergique de l’histoire de notre univers. NASA / GSFC

Il n’ya que 13,8 milliards d’années depuis le Big Bang, et la vitesse maximale à laquelle toute information peut voyager - la vitesse de la lumière - est finie. Même si l'univers entier lui-même est véritablement infini, l'univers observable est limité. Cependant, selon les idées maîtresses de la physique théorique, notre univers pourrait n'être qu'une région minuscule d'un multivers beaucoup plus vaste, dans lequel de nombreux univers, peut-être même un nombre infini, sont contenus. Cela fait partie de la science actuelle, mais d’autres n’est rien de plus que de la spéculation, un voeu pieux. Voici comment savoir qui est lequel. Mais d'abord, un peu de contexte.

L'Univers connaît aujourd'hui quelques faits relativement faciles à observer, du moins avec des installations scientifiques de classe mondiale. Nous savons que l’Univers est en pleine expansion: nous pouvons mesurer les propriétés des galaxies qui nous apprennent à la fois leur distance et la rapidité avec laquelle elles semblent s’éloigner de nous. Plus ils sont éloignés, plus ils semblent reculer rapidement. Dans le contexte de la relativité générale, cela signifie que l'univers est en expansion.

Et si l’Univers s’agrandit aujourd’hui, cela signifie qu’il était auparavant plus petit et plus dense. Si vous extrapolez suffisamment loin, vous constaterez que les choses sont également plus uniformes (parce que la gravité prend du temps à rassembler les choses) et plus chaudes (parce que des longueurs d’onde plus petites pour la lumière signifient des énergies / températures plus élevées). Cela nous ramène au Big Bang.

Une illustration de notre histoire cosmique, du Big Bang au présent, dans le contexte de l'univers en expansion. La première équation de Friedmann décrit toutes ces époques, de l'inflation au Big Bang en passant par le présent et l'avenir, parfaitement aujourd’hui, même aujourd’hui.NASA / WMAP SCIENCE TEAM

Mais le Big Bang n’était pas le tout début de l’Univers! Nous ne pouvons qu’extrapoler à une certaine époque avant que les prédictions du Big Bang ne s’effondrent. Nous observons dans l’univers un certain nombre de choses que le Big Bang ne peut expliquer, mais une nouvelle théorie qui instaure le Big Bang - l’inflation cosmique - le peut.

Les fluctuations quantiques qui se produisent pendant l’inflation s’étendent sur l’Univers et, à la fin de l’inflation, elles deviennent des fluctuations de densité. Cela conduit, au fil du temps, à la structure à grande échelle dans l’Univers actuel, ainsi qu’aux fluctuations de la température observées dans le CMB.E. SIEGEL, AVEC DES IMAGES ISSUS DE L'ESA / PLANCK ET DU GROUPE DE TRAVAIL INTERAGENCE DOE / NASA / NSF SUR LA RECHERCHE CMB

Dans les années 1980, un grand nombre de conséquences théoriques de l'inflation ont été élaborées, notamment:

  • à quoi devraient ressembler les graines d'une structure à grande échelle,
  • que les fluctuations de température et de densité doivent exister à des échelles plus grandes que l'horizon cosmique,
  • que toutes les régions de l'espace, même avec des fluctuations, doivent avoir une entropie constante,
  • et qu'il devrait y avoir une température maximale atteinte par le Big Bang chaud.

Dans les années 1990, 2000 et 2010, ces quatre prévisions ont été confirmées par l'observation avec une grande précision. L'inflation cosmique est un gagnant.

L’inflation provoque une expansion exponentielle de l’espace, ce qui peut très rapidement faire apparaître à plat tout espace incurvé ou non lisse préexistant. Si l’Univers est courbé, son rayon de courbure est au moins plusieurs centaines de fois plus grand que ce que nous pouvons observer.E. SIEGEL (L); DIDACTICIEL NED WRIGHT SUR LA COSMOLOGIE (R)

L’inflation nous dit qu’avant le Big Bang, l’Univers n’était pas rempli de particules, d’antiparticules ni de radiations. Au lieu de cela, il était rempli d'énergie inhérente à l'espace lui-même, et cette énergie entraînait une expansion rapide, implacable et exponentielle de l'espace. À un moment donné, l'inflation prend fin et toute (ou presque) cette énergie est convertie en matière et en énergie, donnant naissance au Big Bang. La fin de l’inflation, appelée réchauffement de notre univers, marque le début du Big Bang. Le Big Bang existe toujours, mais ce n’est pas le tout début.

L'inflation prédit l'existence d'un énorme volume d'univers non observables au-delà de la partie que nous pouvons observer. Mais cela nous donne encore plus que cela.E. SIEGEL / AU-DELÀ DE LA GALAXIE

Si c’était toute l’histoire, nous n’avions qu’un seul univers extrêmement vaste. Il aurait les mêmes propriétés partout, les mêmes lois partout, et les parties situées au-delà de notre horizon visible seraient similaires à celles où nous sommes, mais ce n’est pas à juste titre appelé le multivers.

Jusqu'à ce que vous vous souveniez que tout ce qui existe physiquement doit être intrinsèquement quantique. Même l'inflation, avec toutes les inconnues qui l'entourent, doit être un champ quantique.

La nature quantique de l’inflation signifie qu’elle se termine dans certaines «poches» de l’Univers et se poursuit dans d’autres. Il doit rouler le long de la colline métaphorique et dans la vallée, mais s’il s’agit d’un champ quantique, son extension signifie que cela se terminera dans certaines régions tout en continuant dans d’autres. SIEGEL / AU-DELÀ DE LA GALAXIE

Si vous avez ensuite besoin d'inflation pour avoir les propriétés que tous les champs quantiques ont:

  • que ses propriétés ont des incertitudes inhérentes,
  • que le champ est décrit par une fonction d'onde,
  • et les valeurs de ce champ peuvent s'étaler dans le temps,

vous arrivez à une conclusion surprenante.

Chaque fois que l’inflation se produit (cubes bleus), elle crée de manière exponentielle davantage de régions de l’espace à chaque pas dans le temps. Même s'il y a beaucoup de cubes où l'inflation se termine (X rouge), il y a beaucoup plus de régions dans lesquelles l'inflation se poursuivra. Le fait que cela ne finisse jamais est ce qui rend l’inflation «éternelle» une fois qu'elle commence. SIEGEL / AU-DELÀ DE LA GALAXIE

L’inflation ne se termine pas partout en même temps, mais plutôt dans des endroits choisis et déconnectés à un moment donné, tandis que l’espace entre ces endroits continue de se gonfler. Il devrait y avoir de multiples et énormes régions de l’espace où l’inflation prend fin et le Big Bang chaud qui commence, mais elles ne peuvent jamais se rencontrer car elles sont séparées par des régions de l’espace en gonflant. Où que l’inflation commence, il est pratiquement assuré de durer une éternité, du moins par endroits.

Là où l'inflation se termine pour nous, nous avons un Big Bang brûlant. La partie de l'univers que nous observons n'est que l'une des parties de cette région où l'inflation a pris fin, avec un univers encore plus inobservable. Mais il existe d'innombrables régions, toutes déconnectées les unes des autres, avec la même histoire.

Une illustration de plusieurs univers indépendants, déconnectés de manière causale les uns des autres dans un océan cosmique en expansion constante, est une représentation de l'idée du multivers. Dans une région où le big bang commence et où l'inflation se termine, le taux d'expansion baissera, tandis que l'inflation se poursuivra entre deux de ces régions, les séparant à jamais.

C’est l’idée du multivers. Comme vous pouvez le constater, il repose sur deux aspects de la physique théorique indépendants, bien établis et largement acceptés: la nature quantique de tout et les propriétés de l’inflation cosmique. Il n’existe aucun moyen connu de le mesurer, tout comme il n’existe aucun moyen de mesurer la partie non observable de notre univers. Mais les deux théories qui la sous-tendent, l’inflation et la physique quantique, ont fait leurs preuves. S'ils ont raison, le multivers en est une conséquence inévitable et nous y vivons.

L'idée de multivers stipule qu'il existe un nombre arbitrairement grand d'Univers comme le nôtre, mais cela ne signifie pas nécessairement qu'il existe une autre version de nous, et cela ne signifie certainement pas qu'il y a une chance de vous retrouver dans une version alternative. … Ou quelque chose d'un autre univers du tout.LEE DAVY / FLICKR

Et alors? Ce n’est pas beaucoup, n’est-ce pas? De nombreuses conséquences théoriques sont inévitables, mais nous ne pouvons pas en connaître avec certitude car nous ne pouvons pas les tester. Le multivers est l’un des nombreux éléments. Ce n’est pas une réalisation particulièrement utile, mais une prédiction intéressante qui se dégage de ces théories.

Alors pourquoi tant de physiciens théoriciens écrivent-ils des articles sur le multivers? À propos des univers parallèles et de leur connexion aux nôtres à travers ce multivers? Pourquoi prétendent-ils que le multivers est connecté au paysage des cordes, à la constante cosmologique et même au fait que notre univers est parfaitement adapté à la vie?

Parce que même si c’est évidemment une mauvaise idée, ils n’en ont pas de meilleurs.

Le paysage des cordes est peut-être une idée fascinante pleine de potentiel théorique, mais elle ne prédit rien de ce que nous pouvons observer dans notre univers. Cette idée de la beauté, motivée par la résolution de problèmes «non naturels», ne suffit pas à elle seule à atteindre le niveau requis par la science. UNIVERSITY OF CAMBRIDGE

Dans le contexte de la théorie des cordes, il existe un vaste ensemble de paramètres qui pourraient, en principe, prendre presque n'importe quelle valeur. La théorie ne fait aucune prédiction pour eux, nous devons donc les entrer à la main: les valeurs d’attente de la chaîne vacua. Si vous avez entendu parler de nombres incroyablement grands, comme le célèbre 10500, qui apparaît dans la théorie des cordes, les valeurs possibles de la chaîne vacua sont ce à quoi ils font référence. Nous ne savons pas ce qu’ils sont, ni pourquoi ils ont les valeurs qu’ils ont. Personne ne sait comment les calculer.

Une représentation des différents «mondes» parallèles qui pourraient exister dans d'autres poches du multivers.PUBLIC DOMAIN

Alors, au lieu de cela, certaines personnes disent «c’est le multivers!». La ligne de pensée est la suivante:

  • Nous ne savons pas pourquoi les constantes fondamentales ont les valeurs qu’elles ont.
  • Nous ne savons pas pourquoi les lois de la physique sont ce qu’elles sont.
  • La théorie des cordes est un cadre qui pourrait nous donner nos lois de la physique avec nos constantes fondamentales, mais cela pourrait nous donner d'autres lois et / ou d'autres constantes.
  • Par conséquent, si nous avons un énorme multivers, où de nombreuses régions différentes ont des lois et / ou des constantes différentes, l'une d'entre elles pourrait être la nôtre.

Le gros problème est que non seulement cela est extrêmement spéculatif, mais qu’il n’ya aucune raison, étant donné l’inflation et la physique quantique que nous connaissons, de supposer qu’un espace-temps qui se gonfle a des lois ou des constantes différentes dans des régions différentes.

Pas impressionné par cette ligne de raisonnement? Ni l'un ni l'autre n'est pratiquement quelqu'un d'autre.

Dans quelle mesure notre univers at-il une probabilité ou une probabilité de produire un monde comme la Terre? Et à quel point ces chances seraient-elles plausibles si les constantes fondamentales ou les lois régissant notre univers étaient différentes? Un univers chanceux, dont cette image a été inspirée, est l'un de ces livres qui explore ces questions.GERAINT LEWIS ET LUKE BARNES

Comme je l’ai déjà expliqué, le multivers n’est pas une théorie scientifique en soi. C’est plutôt une conséquence théorique des lois de la physique telles qu’elles sont mieux comprises aujourd’hui. C’est peut-être même une conséquence inévitable de ces lois: si vous avez un univers inflationniste régi par la physique quantique, c’est quelque chose avec lequel vous êtes bien obligé de vous retrouver. Mais, à l’instar de la théorie des cordes, elle pose de gros problèmes: elle ne prédit rien de ce que nous avons observé ni ne peut expliquer sans elle, et elle ne prédit rien de définitif que nous puissions aller chercher.

Visualisation d'un calcul de la théorie des champs quantiques montrant des particules virtuelles dans le vide quantique. Même dans un espace vide, cette énergie de vide est non nulle. Que ce soit identique ou non, la valeur constante dans les autres régions du multivers est quelque chose que nous ne pouvons pas savoir, mais rien ne le justifie. DEREK LEINWEBER

Dans cet univers physique, il est important d’observer tout ce que nous pouvons et de mesurer toutes les connaissances que nous pouvons glaner. Nous ne pouvons espérer tirer des conclusions scientifiques valables de la nature de notre univers que de la série complète de données disponibles. Certaines de ces conclusions auront des implications que nous ne pourrons peut-être pas mesurer: l’existence du multivers découle de cela. Mais lorsque les gens prétendent pouvoir tirer des conclusions sur les constantes fondamentales, les lois de la physique ou les valeurs de string vacua, ils ne font plus de science; ils spéculent. Les idées fausses ne remplacent pas les données, les expériences ou les observables. En attendant, sachez que le multivers est une conséquence de la meilleure science disponible à ce jour, mais il ne fait aucune prédiction scientifique que nous puissions mettre à l’épreuve.

J'espère que cela pourrait apporter une certaine importance au sujet astrophysique.

Jyotiraditya