Feu le physicien Stephen Hawking a apporté une énorme contribution à la cosmologie au cours de sa vie, mais il n'a pas tout à fait réussi à résoudre tous les mystères de l'univers. Aujourd'hui, l'un des derniers articles sur lesquels il a travaillé a été publié - et il introduit de nouvelles idées sur la taille et la forme du cosmos. Mais que dit réellement la recherche et quelle est l'importance des résultats ?

Notre image conventionnelle de la cosmologie est que notre univers a commencé avec un Big Bang et a ensuite connu une période d'expansion très rapide, connu sous le nom d'inflation. Cela a créé les graines de la grande, univers lisse (ish) dans lequel nous vivons aujourd'hui. Le problème est, l'inflation a tendance à avoir un problème avec l'arrêt.

C'est parce que l'inflation dans l'univers primitif était en fait régie par les étranges règles de la mécanique quantique, le faire se comporter de manière inattendue. Par exemple, selon la mécanique quantique, les particules peuvent surgir du vide au hasard pour disparaître à nouveau – une bizarrerie connue sous le nom de fluctuation quantique. Appliqué à l'univers primitif, les fluctuations quantiques pourraient avoir fait que certaines parties de l'univers ont soudainement commencé à gonfler plus rapidement que d'autres.

Cela signifie que la plupart des descriptions explicites de l'inflation ont la caractéristique que, alors que l'inflation peut prendre fin dans certaines régions, ça continue dans d'autres, de sorte que l'univers "gonfle éternellement" dans l'ensemble. Cela signifie que nous devrions vivre dans une minuscule poche d'un "multivers" d'univers parallèles, où l'inflation s'est arrêtée et des étoiles se sont formées. Cependant, le multivers global crée constamment de nouveaux univers gonflants, grandir comme une fractale.

Un tel univers serait très inégal – et c'est l'aspect que l'article de Hawking examine. Si nous imaginons l'univers comme un ballon, faire exploser le ballon rapidement serait un gonflage uniforme. Mais l'inflation éternelle apparaîtrait comme un petit morceau du ballon avait soudainement cessé d'être élastique, et ne s'étendrait plus. Étant donné que le reste du ballon est toujours en expansion, cela donnerait une surface très hérissée dans l'ensemble.

Les théories de l'inflation éternelle et du multivers sont puissantes car elles peuvent expliquer assez facilement l'existence d'êtres conscients comme nous lorsqu'elles sont associées au "principe anthropique". Cela dit essentiellement que pour que la vie existe, l'univers doit être assez proche de celui dans lequel nous vivons. Par exemple - si les planètes ne se sont pas formées, alors il est difficile de voir comment la vie pourrait exister, ou au moins, pour paraphraser Star Trek – la vie telle que nous la connaissons.

S'il n'y a qu'un seul univers, il serait assez improbable que cela se soit avéré comme le nôtre. Cependant, s'il y a un nombre infini d'univers, il est logique qu'au moins l'un d'entre eux contienne la vie.

Apprivoiser l'infini

Mais est-ce suffisant comme explication du cosmos ? Après tout, nous n'avons jamais vu aucun de ces univers parallèles infinis. Dans le nouveau journal, publié dans le Journal of High Energy Physics, Hawking et son collègue Thomas Herzog de l'Université KU Leuven en Belgique utilisent un modèle-jouet de notre univers pour sonder sa structure.

Ils utilisent une technique connue sous le nom d'holographie - réduisant mathématiquement les espaces tridimensionnels à des projections bidimensionnelles sur une surface - pour essayer de calculer à quoi ressemble l'univers. La dissimulation d'une dimension entière rend beaucoup plus facile une telle modélisation. Compte tenu de la possibilité de fluctuations quantiques aléatoires, ils examinent la probabilité que le multivers ressemble à un ballon hérissé par rapport à sa forme plus lisse, et constatez que l'univers préfère être lisse. Cela suggère que l'inflation éternelle n'est peut-être pas le résultat préféré des scientifiques à l'origine.

Au lieu, le duo soutient que le multivers est loin d'être infini, bien qu'il y ait probablement plus d'un univers là-bas. Mais l'existence d'un plus petit nombre d'univers parallèles possibles est de loin préférable à un nombre infini – cela signifie que nous pourrions essayer de déterminer ce qu'ils sont et où ils se trouvent. Nous pourrions également explorer s'ils ont laissé des empreintes dans le rayonnement laissé par le Big Bang, rendant la théorie beaucoup plus facile à tester.

Bien qu'il ne s'agisse que d'un modèle de jouet, aborder directement la notion d'inflation éternelle dans un cadre cosmologique plus quantique est nouveau et fascinant. Il reste à voir si Hertog peut maintenant étoffer ces idées en une prédiction sur la façon de rechercher des signes d'autres univers.

Bien qu'il s'agisse du dernier article publié par Hawking, il travaillait également sur de nombreuses autres théories vers la fin de sa vie. Par exemple, avec les cosmologistes Malcolm Perry, de l'Université de Cambridge, et Andy Strominger, de l'Université Harvard, il essayait de déterminer si les informations physiques pouvaient disparaître définitivement dans un trou noir – une question soulevée par ses recherches précédentes. D'autres travaux de cette collaboration seront publiés, nous n'avons donc pas encore de nouvelles de Hawking.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.