Peut-être, juste peut-être que le multivers n'est pas si compliqué après tout, dit le dernier papier de Stephen Hawking, et son co-auteur Thomas Hertog. Mark Garlick/Bibliothèque de photos scientifiques/Getty Images Quelques jours avant sa mort le 14 mars, le célèbre physicien théoricien et cosmologiste Stephen Hawking a terminé ce qui serait son dernier document de recherche. Initialement mis à disposition via le service de préimpression arXiv, il a passé l'examen par les pairs et a été publié en ligne dans le Journal of High Energy Physics le 27 avril.
Écrit avec le co-auteur Thomas Hertog, un physicien théoricien à l'Université de Louvain, La Belgique, le papier ajoute une autre facette à la compréhension de l'univers dans lequel nous vivons. Inutile de dire, c'est compliqué. Intitulé « Une sortie en douceur de l'inflation éternelle ? » la publication traite d'un problème énigmatique auquel sont confrontés les cosmologistes.
Mais avant d'entrer dans le vif du sujet, Revenons à l'époque où notre univers était un bébé, il y a environ 13,8 milliards d'années.
De nombreuses preuves suggèrent que notre univers est né d'une singularité, un point infiniment dense où tout l'univers tel que nous le connaissons est né. Nous appelons cet événement le Big Bang. Mais comment la singularité est née et pourquoi le Big Bang s'est produit n'est pas une préoccupation pour le moment. Nous sommes intéressés par ce qui s'est passé immédiatement après la naissance de notre univers, une période connue sous le nom d'« inflation ».
Les cosmologistes prédisent que l'inflation s'est produite sur une période extrêmement courte juste après le Big Bang - ou pendant les 10 premiers -32 secondes ! Pendant le gonflage, l'univers s'est étendu de manière exponentielle et beaucoup plus rapide que la vitesse de la lumière. Après seulement une seconde, l'énergie de cette explosion incroyablement gargantuesque s'est condensée pour former les particules subatomiques qui, sur des millions d'années, créé les étoiles, galactique, planètes et (après 3,8 milliards d'années) la vie. Une fois cette période inflationniste terminée, le taux d'expansion de l'univers a ralenti, mais il continue de s'étendre à ce jour.
Parce que l'inflation a entraîné une expansion plus rapide que la vitesse de la lumière, l'« univers observable » que nous voyons aujourd'hui n'est pas le tout univers. Au contraire, nous existons simplement à l'intérieur d'une région du cosmos que la lumière a eu le temps d'atteindre. C'est comme laisser tomber un caillou dans une piscine calme. La première ondulation circulaire à se propager à partir des éclaboussures se déplace à une vitesse fixe sur la surface de la piscine. Si nous imaginons que la limite de notre univers observable est cette ondulation - traversant la piscine à la vitesse de la lumière - ce n'est pas que rien n'existe au-delà de cette ondulation (il y a beaucoup plus de piscine, ou univers, au-delà), nous ne pouvons pas encore le voir.
Donc, la conséquence de l'inflation est qu'il devrait y avoir BEAUCOUP plus d'univers au-delà de ce que nous pouvons voir avec nos télescopes les plus puissants.
Ce chou-fleur illustre une fractale dans le monde naturel. Il est possible que le multivers ressemble à une fractale, trop. Fuhito Kanayama/La banque d'images/Getty Images Les cosmologistes sont depuis longtemps aux prises avec la possibilité que notre univers ne soit pas le seul univers. En réalité, nous ne pourrions être qu'une simple bulle dans un infini, océan mousseux, un concept connu sous le nom de "multivers". Tu vois, l'inflation n'est pas arrivée une seule fois; c'est toujours se produisant via une réaction en chaîne infiniment vaste connue sous le nom d'"inflation éternelle". Un univers apparaîtra, l'inflation va prendre le dessus, l'expansion de cet univers, et cet univers aura ses propres instabilités quantiques qui engendreront plus de singularités qui continueront à créer plus d'univers. C'est comme faire exploser un ballon de fête qui lui-même engendre de nombreux autres ballons de fête qui jaillissent de sa surface en caoutchouc apparemment au hasard. Cette situation semble chaotique, et c'est. Les partisans de cette hypothèse pensent que l'inflation éternelle est imparable, extrêmement complexe et générant continuellement de nouveaux univers. Les mathématiques de cette situation suggèrent que le multivers agit comme une fractale.
Il convient de noter que chaque univers successif du multivers ne partage probablement pas la même physique que notre univers. Un univers peut ne pas avoir de gravité. Un autre peut ne pas soutenir les forces qui maintiennent la matière ensemble. Il y a beaucoup d'univers mort-nés qui ne représentent pas grand-chose. Nous, les humains, sommes tout simplement chanceux d'avoir un univers qui a le bon environnement pour créer ce que nous voyons, un argument philosophique connu sous le nom de principe anthropique.
Le problème avec l'inflation éternelle, c'est qu'elle est désordonnée et infinie, et l'hypothèse est, finalement, intestable. Quel est l'intérêt d'avoir un merveilleux modèle mathématique pour l'univers (ou les univers) si nous ne pouvons pas au moins trouver des preuves d'observation qui soutiennent l'hypothèse du multivers ?
Donc, qu'est-ce que les recherches de Hawking et Hertog ont à voir avec ce multivers implacable ?
Dans le multivers, notre univers n'est qu'un univers de poche où l'inflation a pris fin, et, malgré les aléas, il a trouvé le calme pour créer une abondance d'étoiles et de galaxies et un groupe d'humains vivant sur une roche aléatoire méditant sur le cosmos. Ce qui se passe au-delà de notre poche de calme est, cependant, quelque peu différent.
"La théorie habituelle de l'inflation éternelle prédit que globalement notre univers est comme une fractale infinie, avec une mosaïque de différents univers de poche, séparés par un océan qui se gonfle, " a déclaré Hawking dans une interview l'année dernière. " Les lois locales de la physique et de la chimie peuvent différer d'un univers de poche à l'autre, qui ensemble formeraient un multivers. Mais je n'ai jamais été fan du multivers. Si l'échelle des différents univers du multivers est grande ou infinie, la théorie ne peut pas être testée."
Le problème, selon Hawking et Hertog, réside dans l'incompatibilité de la relativité générale d'Einstein (qui régit l'évolution de l'univers) et de la mécanique quantique (qui amorce la création de nouveaux univers par les fluctuations quantiques). L'éternel modèle d'inflation du multivers "efface la séparation entre la physique classique et la physique quantique, " Hertog a déclaré dans le communiqué de presse ci-joint. " En conséquence, La théorie d'Einstein s'effondre en une inflation éternelle."
Leur étude ne va pas jusqu'à concilier la relativité générale avec la physique quantique (une quête qui a, jusque là, échoué), mais ils utilisent les mathématiques de la théorie des cordes pour aider à simplifier le modèle multivers. Récapitulatif rapide :la théorie des cordes prédit que toutes les particules subatomiques de notre univers sont en fait composées de cordes unidimensionnelles qui se propagent dans l'espace. L'état vibrationnel de ces cordes est ce qui donne à ces particules leur état quantique (comme la charge, rotation et masse). Mais la théorie des cordes prédit également l'existence du graviton hypothétique, une particule quantique qui transporte la force de gravité. La théorie des cordes fournirait donc une explication de la façon dont la relativité générale (gravité) d'Einstein coïncide avec la physique quantique.
En utilisant le cadre mathématique de la théorie des cordes, cette étude simplifie le multivers. Hawking et Hertog ont utilisé le concept d'holographie de la théorie des cordes pour réduire notre univers tridimensionnel à une « surface bidimensionnelle, " d'où est projeté l'univers que nous connaissons et aimons. En faisant cela, ils étaient capables de décrire l'inflation éternelle sans relativité générale, créant un « état intemporel ».
"Lorsque nous retraçons l'évolution de notre univers dans le temps, à un moment donné, nous arrivons au seuil de l'inflation éternelle, où notre notion familière du temps cesse d'avoir un sens, ", a déclaré Hertog dans un communiqué.
Le calcul est complexe, mais le résultat est intéressant. Les calculs ont pour effet de transformer le multivers infini et fractal en une situation beaucoup plus simple (et finie) que ne le prédit l'inflation éternelle.
"Nous ne sommes pas à un seul, univers unique, mais nos résultats impliquent une réduction significative du multivers, à un éventail beaucoup plus restreint d'univers possibles, " a déclaré Hawking.
Pour le mettre en perspective, Le dernier article de Hawking ne révolutionne pas notre compréhension de la façon dont l'univers (et, En effet, le multivers) fonctionne, mais c'est un ajout précieux à un vaste champ de travail théorique. Spécifiquement, Hertog espère que cette étude pourra nous aider à rechercher d'anciennes ondes gravitationnelles générées par l'inflation éternelle. Ces ondulations dans l'espace-temps sont bien trop faibles pour être détectées par les détecteurs d'ondes gravitationnelles actuels, toutefois. Nous devrons attendre le lancement d'observatoires spatiaux avancés - tels que la mission LISA prévue de l'Agence spatiale européenne -.
Vue d'artiste du LISA Pathfinder de l'ESA, qui sera chargé de détecter les ondes gravitationnelles de l'espace ESA/C. Carreau Que cette étude mène ou non à des découvertes révolutionnaires sur le cosmos dans lequel nous vivons, c'est le témoignage d'un grand scientifique qui a travaillé sans relâche toute sa vie pour répondre à certaines des plus grandes questions auxquelles l'humanité s'est penchée. Et sur les épaules de Hawking, d'autres grands esprits s'appuieront sur ce travail pour, espérons-le, déchiffrer si notre univers est unique – ou s'il s'agit d'une bulle flottant de manière chaotique dans l'océan du multivers.
Maintenant c'est intéressantL'étudiant diplômé de l'Université de Princeton, âgé de 27 ans, nommé Hugh Everett III, qui a réfléchi au concept du multivers, a d'abord eu du mal à faire publier son idée farfelue.
