Non seulement une constante universelle semble-t-elle fâcheusement inconstante aux confins extérieurs du cosmos, il se produit dans un seul sens, ce qui est carrément bizarre.

Ceux qui attendent avec impatience le jour où la grande théorie unificatrice de tout de la science pourrait être portée sur un t-shirt devront peut-être attendre un peu plus longtemps, car les astrophysiciens continuent de trouver des indices selon lesquels l'une des constantes cosmologiques n'est pas si constante après tout.

Dans un article publié en Avancées scientifiques , des scientifiques de l'UNSW Sydney ont rapporté que quatre nouvelles mesures de la lumière émise par un quasar distant de 13 milliards d'années-lumière réaffirment des études antérieures qui ont trouvé de minuscules variations dans la constante de structure fine.

Le professeur John Webb de l'UNSW Science dit que la constante de structure fine est une mesure de l'électromagnétisme, l'une des quatre forces fondamentales de la nature (les autres sont la gravité, force nucléaire faible et force nucléaire forte).

"La constante de structure fine est la quantité que les physiciens utilisent comme mesure de la force de la force électromagnétique, " dit le professeur Webb.

"C'est un nombre sans dimension et il implique la vitesse de la lumière, ce qu'on appelle la constante de Planck et la charge électronique, et c'est un ratio de ces choses. Et c'est le nombre que les physiciens utilisent pour mesurer la force de la force électromagnétique."

La force électromagnétique fait tourner les électrons autour d'un noyau dans chaque atome de l'univers - sans elle, toute matière s'envolerait. Jusqu'à récemment, on croyait que c'était une force immuable à travers le temps et l'espace. Mais au cours des deux dernières décennies, Le professeur Webb a remarqué des anomalies dans la constante de structure fine où la force électromagnétique mesurée dans une direction particulière de l'univers semble très légèrement différente.

"Nous avons trouvé un indice que ce nombre de la constante de structure fine était différent dans certaines régions de l'univers. Pas seulement en fonction du temps, mais en fait aussi en direction de l'univers, ce qui est vraiment assez étrange si c'est correct... mais c'est ce que nous avons trouvé."

A la recherche d'indices

Toujours le sceptique, lorsque le professeur Webb a rencontré pour la première fois ces premiers signes de mesures légèrement plus faibles et plus fortes de la force électromagnétique, il pensait que cela pouvait être un défaut de l'équipement, ou de ses calculs ou d'une autre erreur qui avait conduit à des lectures inhabituelles. C'est en observant certains des quasars les plus éloignés - des corps célestes massifs émettant une énergie exceptionnellement élevée - aux confins de l'univers que ces anomalies ont été observées pour la première fois à l'aide des télescopes les plus puissants du monde.

"Les quasars les plus éloignés que nous connaissions sont à environ 12 à 13 milliards d'années-lumière de nous, " dit le professeur Webb.

"Donc, si vous pouvez étudier en détail la lumière des quasars lointains, vous étudiez les propriétés de l'univers tel qu'il était à ses débuts, seulement un milliard d'années. L'univers était alors très, très différent. Aucune galaxie n'existait, les premières étoiles s'étaient formées mais il n'y avait certainement pas la même population d'étoiles que celle que nous voyons aujourd'hui. Et il n'y avait pas de planètes."

Il dit que dans l'étude actuelle, l'équipe a examiné un de ces quasars qui leur a permis de remonter jusqu'à l'époque où l'univers n'avait qu'un milliard d'années, ce qui n'avait jamais été fait auparavant. L'équipe a effectué quatre mesures de la constante fine le long d'une seule ligne de visée vers ce quasar. Individuellement, les quatre mesures n'ont fourni aucune réponse concluante quant à savoir s'il y avait ou non des changements perceptibles dans la force électromagnétique. Cependant, lorsqu'il est combiné avec beaucoup d'autres mesures entre nous et les quasars lointains faites par d'autres scientifiques et sans rapport avec cette étude, les différences dans la constante de structure fine sont devenues évidentes.

Un univers étrange

"Et cela semble soutenir cette idée qu'il pourrait y avoir une directionnalité dans l'univers, ce qui est vraiment très étrange, " dit le professeur Webb.

« Donc, l'univers n'est peut-être pas isotrope dans ses lois de la physique – une qui est la même, statistiquement, dans tous les sens. Mais en fait, il pourrait y avoir une direction ou une direction préférée dans l'univers où les lois de la physique changent, mais pas dans le sens perpendiculaire. En d'autres termes, l'univers en quelque sorte, a une structure dipolaire.

« Dans une direction particulière, nous pouvons regarder 12 milliards d'années-lumière en arrière et mesurer l'électromagnétisme lorsque l'univers était très jeune. Rassembler toutes les données, l'électromagnétisme semble augmenter progressivement au fur et à mesure que l'on regarde, tandis que vers la direction opposée, il diminue progressivement. Dans d'autres directions du cosmos, la constante de structure fine reste exactement cela - constante. Ces nouvelles mesures très lointaines ont poussé nos observations plus loin que jamais auparavant."

En d'autres termes, dans ce que l'on pensait être une propagation arbitrairement aléatoire des galaxies, quasars, trous noirs, étoiles, des nuages ​​​​de gaz et des planètes - la vie s'épanouissant dans au moins une minuscule niche de celui-ci - l'univers semble soudain avoir l'équivalent d'un nord et d'un sud. Le professeur Webb est toujours ouvert à l'idée que ces mesures effectuées à différentes étapes en utilisant différentes technologies et à différents endroits sur Terre soient en fait une énorme coïncidence.

"C'est quelque chose qui est pris très au sérieux et qui est considéré, à juste titre avec scepticisme, même par moi, même si j'ai fait le premier travail dessus avec mes élèves. Mais c'est quelque chose que vous devez tester car il est possible que nous vivions dans un univers étrange."

Mais en ajoutant à l'argument qui dit que ces résultats sont plus qu'une simple coïncidence, une équipe aux États-Unis travaillant de manière totalement indépendante et inconnue du professeur Webb, a fait des observations sur les rayons X qui semblaient s'aligner sur l'idée que l'univers a une sorte de directionnalité.

"Je ne connaissais rien de ce papier jusqu'à ce qu'il soit publié dans la littérature, " il dit.

"Et ils ne testent pas les lois de la physique, ils testent les propriétés, les propriétés aux rayons X des galaxies et des amas de galaxies et les distances cosmologiques de la Terre. Ils ont également constaté que les propriétés de l'univers dans ce sens ne sont pas isotropes et qu'il existe une direction privilégiée. Et voilà, leur direction coïncide avec la nôtre.

La vie, l'univers et tout

Tout en souhaitant toujours voir des tests plus rigoureux des idées selon lesquelles l'électromagnétisme peut fluctuer dans certaines zones de l'univers pour lui donner une forme de directionnalité, Le professeur Webb dit que si ces résultats continuent à être confirmés, ils peuvent aider à expliquer pourquoi notre univers est tel qu'il est, et pourquoi il y a de la vie là-dedans.

"Pendant longtemps, on a pensé que les lois de la nature semblaient parfaitement réglées pour établir les conditions de l'épanouissement de la vie. La force de la force électromagnétique est l'une de ces quantités. Si ce n'était que de quelques pour cent différent de la valeur que nous mesurons sur Terre, l'évolution chimique de l'univers serait complètement différente et la vie n'aurait peut-être jamais commencé. Cela soulève une question alléchante :est-ce que cette « situation de Boucle d'or, où des grandeurs physiques fondamentales comme la constante de structure fine sont « juste » pour favoriser notre existence, s'appliquent dans tout l'univers ?"

S'il y a une directionnalité dans l'univers, Le professeur Webb soutient, et si l'électromagnétisme se révèle très légèrement différent dans certaines régions du cosmos, les concepts les plus fondamentaux qui sous-tendent une grande partie de la physique moderne devront être révisés.

"Notre modèle standard de cosmologie est basé sur un univers isotrope, un qui est le même, statistiquement, dans tous les sens, " il dit.

"Ce modèle standard lui-même est construit sur la théorie de la gravité d'Einstein, qui lui-même suppose explicitement la constance des lois de la Nature. Si de tels principes fondamentaux s'avèrent n'être que de bonnes approximations, les portes sont ouvertes à des choses très excitantes, de nouvelles idées en physique."

L'équipe du professeur Webb pense qu'il s'agit de la première étape vers une étude beaucoup plus vaste explorant de nombreuses directions dans l'univers, en utilisant les données provenant de nouveaux instruments sur les plus grands télescopes du monde. De nouvelles technologies émergent maintenant pour fournir des données de meilleure qualité, et de nouvelles méthodes d'analyse de l'intelligence artificielle permettront d'automatiser les mesures et de les effectuer plus rapidement et avec plus de précision.