Imaginez un physicien assis dans une cage avec un pistolet pointé directement sur sa tête. La direction de la rotation d'une particule aléatoire dans la pièce est mesurée toutes les quelques secondes. Si la rotation est dans une direction, le canon tire et le physicien meurt. Si à l'autre, alors seul un clic est entendu et le physicien survit. Donc, les chances d'un physicien de survivre sont 50-50, non?
Tout n'est peut-être pas si simple si nous vivons dans un multivers - c'est-à-dire qu'en plus de notre univers, que nous appelons le nôtre, il y en a beaucoup d'autres.
Une expérience de pensée célèbre appelée «suicide quantique» commence par un scénario avec un physicien et une arme à feu, et c'est une façon d'essayer de comprendre si nous ne vivons que dans l'un des nombreux univers (et potentiellement infinis).
Cette expérience de pensée repose sur la mécanique quantique et sur l'idée qu'il n'y a pas de réalité objective unique. Tout ce que nous voyons autour de nous n'est qu'une des configurations possibles de toutes les probabilités que tel ou tel événement se produise. Une interprétation de la mécanique quantique est que tous les autres ensembles de probabilités peuvent exister dans leurs propres univers séparés. Donc, si vous suivez l'expérience de pensée, compte tenu de cette interprétation, alors lorsque vous mesurez la deuxième particule, l'univers se divisera en deux, dont chacun aura sa propre version possible de l'occurrence des événements: dans lequel vit le physicien et dans lequel le physicien est mort.
Sa survie est maintenant liée à la probabilité quantique, il semble donc être vivant et mort en même temps - juste dans des univers différents. Si un nouvel univers se divise à chaque fois qu'une particule est mesurée et que le canon tire ou non, alors dans l'un de ces univers, le physicien finira par survivre, disons, à 50 mesures de particules. Cela peut être comparé à une pièce de monnaie lancée 50 fois de suite. La probabilité que 50 fois de suite se retrouvent sur la queue est extrêmement faible, mais c'est le cas - la chance tend à zéro.
Et si cela se produit, le physicien comprendra que le multivers est réel, et dans un cas particulier - dans l'expérience décrite - le physicien est vraiment immortel, puisque l'arme ne tirera jamais. Mais il deviendra aussi la seule personne à savoir que ces univers parallèles existent. Et combien de physiciens devront «dépenser» pour le savoir avec certitude.
Cependant, il existe d'autres versions plus intelligentes d'univers multiples qui sont mathématiquement sauvegardées et potentiellement testables.
«Pour certaines personnes, les univers parallèles, c'est comme sauter à travers un portail vers un autre monde ou quelque chose du genre», explique Matthew Johnson, physicien à l'Institut Perimeter. "Mais c'est complètement différent."
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Les preuves observables réelles de plusieurs univers seront difficiles à trouver, mais possibles. Et c'est ainsi que les physiciens prévoient de le faire.
Versions multivers
En fait, il existe pas mal de théories d'un univers multiple, et le multivers issu d'une expérience de pensée avec le «suicide quantique», où toute possibilité devient réalité, est l'un des plus radicaux.
Le physicien Max Tegmark du Massachusetts Institute of Technology suggère de diviser plusieurs théories d'univers en quatre types différents pour faciliter la réflexion.
Nous nous concentrerons sur le premier niveau du multivers - ces versions sont plus faciles à comprendre que d'autres. Au premier niveau, nous avons également une assez bonne chance de trouver des preuves qui prouvent que le multivers est réel.
De multiples univers dérivent des prédictions mathématiques de théories préexistantes, et un multivers de niveau 1 est prédit par une idée très respectée et puissante en physique: l'inflation.
Qu'entend-on par «l'univers»?
Pour comprendre l'idée d'univers multiples, vous devez d'abord définir ce que nous entendons par «univers». Notre définition de «l'univers» a changé plus d'une fois, par exemple, lorsque nous avons inventé le premier télescope, regardé dans l'espace et appris que les étoiles ne sont pas attachées au ciel par des clous et que la Terre n'est pas seule dans l'espace.
Mais l'univers est beaucoup plus grand que ce que nous pouvons voir à travers un télescope, dit Johnson. Notre univers n'est qu'une sphère de lumière qui a eu assez de temps pour nous atteindre. Si nous attendons encore un milliard d'années, nous verrons encore plus et notre conception de l'univers se retournera à nouveau, dit Tegmark.
Quelqu'un se tenant sur une planète à des milliards d'années-lumière aura une image complètement différente de «l'univers» en fonction de la quantité de lumière qui a frappé sa planète.
Il n'y a aucun moyen d'atteindre ces autres bulles d'univers par définition, car il n'y a aucun moyen de voyager plus vite que la lumière. Bien que nous ne puissions pas les voir, les physiciens pensent que des traces de leur naissance peuvent encore être trouvées.
Où est la preuve?
L'idée derrière l'inflation est que lors de sa création, notre univers a traversé une période d'expansion rapide (immédiatement après le Big Bang), lorsqu'un nanomètre d'espace a soudainement explosé de 250 millions d'années-lumière en moins d'un billionième de seconde.
Une fois que l'inflation a commencé, elle ne s'est jamais complètement arrêtée. Dans certaines zones de l'espace-temps, il s'arrête, dans lesquelles des zones de l'espace se transforment en bulles, comme l'univers que nous voyons autour, mais à d'autres endroits, l'espace continue de s'étendre. Si l'expansion est infinie, et beaucoup le croient, alors de nouvelles bulles d'univers se forment constamment. Cela laisse une traînée de bulles. Nous dérivons dans l'espace-temps dans le jacuzzi mousseux des univers.
Encore une fois, il n'y a aucun moyen de communiquer avec ces autres univers de bulles, car nous ne pouvons pas voyager plus vite que la lumière. Mais théoriquement, nous pouvons prouver qu'ils existent. Et voici comment.
Lorsque nos univers de bulles se sont formés pour la première fois, il est possible qu'ils soient entrés en collision avec d'autres univers de bulles qui se forment autour du nôtre. Il est peu probable que nous soyons encore près d'eux, car l'expansion continue de l'espace-temps nous entraîne de plus en plus loin.
Cependant, les effets des premières collisions pourraient avoir ondulé le fond cosmique des micro-ondes (chaleur du Big Bang). En théorie, nous pourrions repérer ces ondulations avec des télescopes. Ce serait un disque décoloré - comme une ecchymose sur le corps d'un fond de micro-ondes.
Jones est à la recherche de ces "ecchymoses", mais beaucoup dépend de la rapidité avec laquelle d'autres univers de bulles sont apparus et du nombre d'entre eux. S'il y a peu de bulles, nous ne les aurions peut-être pas rencontrées du tout.
Le télescope spatial Planck est actuellement à l'écoute du ciel pour des preuves de telles collisions avec d'autres univers.
Le multivers à l'intérieur du LHC
Différents physiciens détiennent différentes théories du multivers. Cette version découle de la théorie des cordes, ainsi que de l'idée de l'existence de nombreuses autres dimensions auxquelles nous n'avons tout simplement pas accès (comme dans la situation dans laquelle le héros de McConaughey s'est retrouvé dans le film "Interstellar"). Certains physiciens pensent que des univers parallèles se cachent dans ces dimensions supplémentaires.
Cette idée de multivers est également testable
Les physiciens rechercheront des trous noirs microscopiques au Grand collisionneur de hadrons, récemment mis en service. Le LHC ne peut pas produire un trou noir qui sera dangereux, mais selon cette théorie, il est possible de créer des trous noirs microscopiques qui s'évaporeront instantanément. La présence de trous noirs signifierait que la gravité de notre univers s'infiltre dans des dimensions supplémentaires.
«Puisque la gravité peut s'écouler hors de notre Univers dans des dimensions supplémentaires, un tel modèle peut être testé en découvrant des trous noirs miniatures au LHC», a déclaré le physicien Mir Faisal. «Nous avons calculé l'énergie à laquelle détecter ces trous noirs dans l'arc-en-ciel gravitationnel. Si nous trouvons des trous noirs à cette énergie, nous savons que la théorie gravitationnelle de l'arc-en-ciel et la théorie des dimensions supplémentaires sont toutes deux correctes.
Ce serait une preuve irréfutable de la théorie des cordes et des univers parallèles, et aiderait également à expliquer pourquoi la gravité est tellement plus faible que les autres forces fondamentales.
Cependant, il n'y a pas encore de confirmation sérieuse. Seuls des doutes
«Je ne crois qu'en ce qui est soutenu par des preuves expérimentales concrètes et testables, et le concept d'univers parallèles ne peut pas se vanter exactement de cela», déclare Brian Green, physicien théoricien à l'Université de Columbia.
Le problème est, dit Johnson, que les physiciens s'éloignent des discussions philosophiques sur plusieurs univers. Certains veulent juste tester l'idée. D'autres ont des théories radicales et non testables. Tegmark dit qu'il essaiera d'expérimenter le suicide quantique lorsqu'il sera vieux et fragile. Mais espérons qu'il plaisante.
