La théorie du Big Bang est l'explication la plus connue et la plus acceptée du début et de l'évolution de l'univers, mais ce n'est guère un consensus parmi les scientifiques.

Le physicien brésilien Juliano Cesar Silva Neves fait partie d'un groupe de chercheurs qui osent imaginer une origine différente. Dans une étude récemment publiée dans la revue Relativité Générale et Gravitation , Neves suggère l'élimination d'un aspect clé du modèle cosmologique standard :le besoin d'une singularité de l'espace-temps connue sous le nom de Big Bang.

En soulevant cette possibilité, Neves remet en question l'idée que le temps a eu un commencement et réintroduit la possibilité que l'expansion actuelle ait été précédée d'une contraction. "Je crois que le Big Bang n'a jamais eu lieu, " dit le physicien, qui travaille comme chercheur à l'université de mathématiques de Campinas, Institut de statistique et de calcul scientifique (IMECC-UNICAMP) dans l'État de Sao Paulo, Brésil.

Pour Neves, la phase d'expansion spatio-temporelle rapide n'exclut pas la possibilité d'une phase de contraction préalable. De plus, le passage de la contraction à l'expansion n'a peut-être pas détruit toute trace de la phase précédente.

L'article, qui reflète les travaux développés dans le cadre du Projet Thématique "Physique et géométrie de l'espace-temps, " considère les solutions aux équations de la relativité générale qui décrivent la géométrie du cosmos et propose ensuite l'introduction d'un "facteur d'échelle" qui fait dépendre la vitesse à laquelle l'univers s'étend non seulement du temps mais aussi de l'échelle cosmologique.

"Afin de mesurer la vitesse à laquelle l'univers s'étend avec la cosmologie standard dans laquelle il y a un Big Bang, on utilise une fonction mathématique qui ne dépend que du temps cosmologique, " dit Neves, qui a élaboré l'idée avec le professeur Alberto Vazques Saa de l'IMECC-UNICAMP.

Avec le facteur d'échelle, le Big Bang lui-même, une singularité cosmologique, cesse d'être une condition nécessaire pour que le cosmos commence l'expansion universelle. Un concept des mathématiques qui exprime l'indéfini, le terme "singularité" a été utilisé par les cosmologistes pour caractériser l'état cosmologique primordial qui existait il y a 13,8 milliards d'années, quand toute la matière et l'énergie ont été comprimées dans un état de densité et de température infinies, où les lois traditionnelles de la physique ne s'appliquent plus.

La théorie du Big Bang a ses origines à la fin des années 1920, lorsque l'astronome américain Edwin Hubble a découvert que presque toutes les galaxies s'éloignent les unes des autres à des vitesses de plus en plus rapides.

A partir des années 40, des scientifiques guidés par la théorie de la relativité générale d'Einstein ont construit un modèle détaillé de l'évolution de l'univers depuis le Big Bang. Le modèle pourrait conduire à trois résultats possibles :l'expansion infinie de l'univers à des vitesses toujours plus élevées; la stagnation de l'expansion dans une base permanente; soit un processus inversé de rétraction provoqué par l'attraction gravitationnelle exercée par la masse de l'univers, connu sous le nom de Big Crunch.

"L'élimination de la singularité ou du Big Bang ramène l'univers rebondissant au stade théorique de la cosmologie. L'absence de singularité au début de l'espace-temps ouvre la possibilité que les vestiges d'une phase de contraction précédente aient pu résister au changement de phase et puissent encore sois avec nous dans l'expansion continue de l'univers, " dit Neves.

Neves conceptualise que la "cosmologie rebondissante" est enracinée dans l'hypothèse que le Big Crunch céderait la place à une succession éternelle d'univers, créer des conditions extrêmes de densité et de température afin d'amorcer une nouvelle inversion du processus, cédant la place à l'expansion dans un autre rebond.

Vestiges de contraction

Les trous noirs sont le point de départ des recherches de Neves sur un « univers rebondissant » théorique.

"Qui sait, il peut y avoir des restes de trous noirs dans l'expansion en cours qui datent de la phase de contraction précédente et sont passés intacts à travers le goulot d'étranglement du rebond, " il a dit.

Constitué du noyau implosé restant après l'explosion d'une étoile géante, les trous noirs sont une sorte d'objet cosmique dont le noyau s'est contracté pour former une singularité, un point avec une densité infinie et la plus forte attraction gravitationnelle connue. Rien n'y échappe, même pas de lumière.

Selon Neves, un trou noir n'est pas défini par la singularité, mais plutôt par un horizon événementiel, une membrane qui indique le point de non-retour d'où rien n'échappe au destin inexorable d'être englouti et détruit par la singularité.

"En dehors de l'horizon des événements d'un trou noir régulier, il n'y a pas de changements majeurs, mais à l'intérieur, les changements sont profonds. Il y a un espace-temps différent qui évite la formation d'une singularité."

Le facteur d'échelle formulé par Neves et Saa a été inspiré par le physicien américain James Bardeen. En 1968, Berdeen a utilisé une astuce mathématique pour modifier la solution des équations de la relativité générale qui décrivent les trous noirs.

L'astuce consistait à penser à la masse d'un trou noir non pas comme une constante, comme c'était le cas auparavant, mais en fonction qui dépend de la distance au centre du trou noir. Avec ce changement, un trou noir différent, appelé trou noir régulier, a émergé de la solution des équations. "Les trous noirs réguliers sont autorisés, car ils ne violent pas la relativité générale. Le concept n'est pas nouveau et a été fréquemment revisité ces dernières décennies, " dit Neves.

Puisque l'insertion d'une astuce mathématique dans les équations de la relativité générale pourrait empêcher la formation de singularités dans les trous noirs réguliers, Neves a envisagé de créer un artifice similaire pour éliminer la singularité dans un rebond régulier.

Dans la science moderne, une théorie est sans valeur si elle ne peut pas être vérifiée, aussi beau et inspirant qu'il puisse être. Comment tester l'hypothèse d'un Big Bang qui n'aurait pas commencé par une singularité ? "En recherchant des traces des événements dans une phase de contraction qui pourrait être restée dans la phase d'expansion en cours. Les candidats incluent des restes de trous noirs d'une phase précédente de contraction universelle qui ont pu survivre au rebond, " dit Neves.