Les questions du titre ne sont généralement pas discutées par les physiciens, car il n'y a pas de théorie généralement acceptée capable d'y répondre. Cependant, récemment, dans le cadre de la gravitation quantique en boucle, il était encore possible de retracer l'évolution d'un modèle simplifié de l'Univers dans le temps, jusqu'au moment du Big Bang, et même de regarder au-delà. En cours de route, il est devenu clair comment le temps apparaît dans ce modèle. Les observations de l'Univers montrent que même aux plus grandes échelles, il n'est pas du tout stationnaire, mais évolue avec le temps.
Si, sur la base de théories modernes, cette évolution est remontée dans le temps, il s'avère que la partie actuellement observée de l'Univers était auparavant plus chaude et plus compacte qu'elle ne l'est maintenant, et le début de celle-ci a été donné par le Big Bang - un certain processus d'émergence de l'Univers à partir d'une singularité: une situation particulière pour laquelle les lois modernes les physiciens ne sont pas applicables.
Les physiciens ne sont pas satisfaits de cet état de fait: ils veulent comprendre le processus du Big Bang lui-même. C'est pourquoi de nombreuses tentatives sont actuellement faites pour construire une théorie qui serait applicable à cette situation. La gravité étant la principale force dans les premiers instants après le Big Bang, on pense que cet objectif ne peut être atteint que dans le cadre de la théorie quantique de la gravité, qui n'a pas encore été construite.
À une certaine époque, les physiciens avaient espéré que la gravité quantique serait décrite en termes de théorie des supercordes, mais la récente crise des théories des supercordes a ébranlé cette confiance. Dans une telle situation, une plus grande attention a commencé à attirer d'autres approches pour la description des phénomènes gravitationnels quantiques, et en particulier, de la gravitation quantique en boucle.
C'est dans le cadre de la gravitation quantique en boucle qu'un résultat très impressionnant a récemment été obtenu. Il s'avère que la singularité initiale disparaît à cause des effets quantiques. Le Big Bang cesse d'être un point spécial, et il est possible non seulement de tracer son cours, mais aussi de se pencher sur ce qui était avant le Big Bang.
La gravitation quantique en boucle est fondamentalement différente des théories physiques conventionnelles et même de la théorie des supercordes. Les objets de la théorie des supercordes, par exemple, sont diverses cordes et membranes multidimensionnelles qui, cependant, volent dans l'espace et le temps préparés à l'avance. La question de savoir comment exactement cet espace-temps multidimensionnel est apparu ne peut être résolue dans une telle théorie.
Dans la théorie des boucles de la gravité, les objets principaux sont de petites cellules quantiques de l'espace, reliées les unes aux autres d'une certaine manière. La loi de leur connexion et leur état sont régis par un champ qui existe en eux. L'ampleur de ce champ est pour ces cellules une sorte de «temps interne»: la transition d'un champ faible à un champ plus fort ressemble exactement à une sorte de «passé» qui influencerait une sorte de «futur». Cette loi est disposée de telle manière que pour un univers suffisamment grand avec une faible concentration d'énergie (c'est-à-dire loin de la singularité), les cellules semblent "fusionner" les unes avec les autres, formant l'espace-temps "continu" qui nous est familier.
Les auteurs de l'article soutiennent que tout cela suffit déjà à résoudre le problème de ce qui arrive à l'univers à l'approche de la singularité. Les solutions des équations obtenues par eux ont montré que sous l'extrême "compression" de l'univers, l'espace "s'écroule", la géométrie quantique ne permet pas de réduire son volume à zéro, inévitablement un arrêt se produit et l'expansion recommence. Cette séquence d'états peut être tracée à la fois en avant et en arrière dans le «temps», ce qui signifie que dans cette théorie, avant le Big Bang, il y a inévitablement un «Big Bang» - l'effondrement de l'univers «précédent». De plus, les propriétés de cet univers précédent ne sont pas perdues dans le processus d'effondrement, mais sont transférées sans ambiguïté à notre univers.
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Les calculs décrits sont cependant basés sur certaines hypothèses simplificatrices concernant les propriétés du champ universel. Apparemment, les conclusions générales seront préservées même sans de telles hypothèses, mais cela doit encore être vérifié. Il sera extrêmement intéressant de suivre le développement de ces idées.
