En essayant de comprendre la nature du cosmos, certains théoriciens proposent que l'univers se dilate et se contracte dans des cycles sans fin.

Étant donné que ce comportement est supposé être perpétuel, l'univers ne devrait avoir ni début ni fin, uniquement des cycles éternels de croissance et de diminution qui s'étendent pour toujours dans le futur et pour toujours dans le passé.

C'est un concept attrayant en partie parce qu'il supprime le besoin d'un état appelé singularité qui correspond au "début des temps" dans d'autres modèles.

Mais une nouvelle étude menée par Will Kinney et Nina Stein, physiciens de l'Université de Buffalo, met en évidence une façon dont les cosmologies cycliques ou "rebondissantes" tombent à plat.

La recherche montre que la dernière version de cette théorie - un modèle cyclique qui résout les préoccupations de longue date concernant l'entropie - introduit un nouveau problème (ou plutôt, revient à un ancien). Les univers cycliques décrits selon ce modèle doivent avoir un début, concluent Kinney et Stein.

"Les gens ont proposé des univers rebondissants pour rendre l'univers infini dans le passé, mais ce que nous montrons, c'est que l'un des types les plus récents de ces modèles ne fonctionne pas", explique Kinney, Ph.D., professeur de physique à l'UB College of Arts et sciences. "Dans ce nouveau type de modèle, qui traite des problèmes d'entropie, même si l'univers a des cycles, il doit encore avoir un début."

"Il y a beaucoup de raisons d'être curieux au sujet de l'univers primitif, mais je pense que ma préférée est la tendance naturelle de l'homme à vouloir savoir ce qui s'est passé avant", déclare Stein, titulaire d'un doctorat de l'UB. étudiant en physique, concernant l'importance de la recherche. « À travers les cultures et les histoires, les humains ont raconté des histoires sur la création, sur « au commencement ». Nous voulons toujours savoir d'où nous venons."

L'étude, financée par la National Science Foundation, a été publiée en juin dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics . L'article s'intitule "Cosmologie cyclique et complétude géodésique".

Si l'univers a eu un commencement, comment a-t-il commencé ?

Kinney est l'auteur d'un livre de 2022 intitulé "An Infinity of Worlds", qui raconte l'histoire épique de l'inflation cosmique, une théorie concurrente sur les origines de l'univers. Selon ce modèle, l'univers primitif a été caractérisé par une période d'expansion rapide à partir d'une singularité, suivie du Big Bang super chaud, qui a forgé les éléments primordiaux qui ont ensuite formé les galaxies, les étoiles et les planètes, et les atomes de notre corps et de tous d'autres êtres vivants.

L'inflation cosmique est une théorie de premier plan. Mais il se concentre sur ce qui se passe pendant et après l'ère de l'expansion rapide. Il n'explique pas ce qui a précédé, et il ne décrit pas les conditions de la singularité initiale.

Un univers véritablement cyclique contournerait ces problèmes :si l'univers est engagé dans des cycles sans fin d'expansion et de contraction, il n'a pas du tout besoin d'avoir un début. Mais comme le note Kinney, ces modèles rebondissants soulèvent leur propre éventail de questions insoutenables.

"Malheureusement, on sait depuis près de 100 ans que ces modèles cycliques ne fonctionnent pas parce que le désordre, ou l'entropie, s'accumule dans l'univers au fil du temps, de sorte que chaque cycle est différent du dernier. Ce n'est pas vraiment cyclique", dit Kinney. . "Un modèle cyclique récent contourne ce problème d'accumulation d'entropie en proposant que l'univers se dilate à chaque cycle, diluant l'entropie. Vous étirez tout pour vous débarrasser des structures cosmiques telles que les trous noirs, ce qui ramène l'univers à son état homogène d'origine avant qu'un autre rebond ne commence."

"Mais", ajoute-t-il, "pour faire court, nous avons montré qu'en résolvant le problème de l'entropie, vous créez une situation où l'univers devait avoir un début. Notre preuve montre en général que tout modèle cyclique qui supprime l'entropie par expansion doit avoir un début."

"L'idée qu'il y avait un moment avant lequel il n'y avait rien, pas de temps, nous dérange, et nous voulons savoir ce qu'il y avait avant cela, y compris les scientifiques", dit Stein. "Mais pour autant que nous puissions en juger, il doit y avoir eu un 'début'." Il y a un point pour lequel il n'y a pas de réponse à la question, "Qu'est-ce qui est venu avant cela?" "

Et, bien sûr, il y a d'autres questions de recherche, dit Kinney :"Notre preuve ne s'applique pas à un modèle cyclique proposé par Roger Penrose, dans lequel l'univers se dilate à l'infini à chaque cycle. Nous travaillons sur celui-là." + Explorer plus loin

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