L'univers est là où il a toujours été et sera toujours. Du moins, c'est ce qu'on nous a dit et cela découle du mot même «Univers». Mais quelle que soit la vraie nature de l'univers, notre capacité à recueillir des informations à son sujet est fondamentalement limitée. 13,8 milliards d'années se sont écoulées depuis le Big Bang et la vitesse à laquelle les informations circulent - la vitesse ultime, la vitesse de la lumière - est limitée. Par conséquent, alors que l'univers entier peut être vraiment illimité, l'univers observable ne l'est pas.
Selon les principales idées de la physique théorique, notre Univers peut être une petite région d'énormes univers multiples, qui peuvent être infiniment nombreux. Certaines de ces idées sont vraiment scientifiques, et certaines sont purement spéculatives et pieux. Apprenons à les séparer. Mais d'abord, un peu de contexte.
Y a-t-il plusieurs univers?
L'Univers moderne nous offre des faits intéressants qui sont très faciles à observer et à vérifier, au moins à l'aide d'objets scientifiques de classe mondiale. Nous savons que l'Univers est en expansion: nous pouvons mesurer les propriétés des galaxies, connaître leur distance et leur vitesse à s'éloigner de nous. Plus ils sont éloignés, plus vite ils sont éliminés. Dans le contexte de la relativité générale, cela signifie que l'univers est en expansion.
Et si l'univers est en expansion aujourd'hui, cela signifie qu'il était plus petit et plus dense dans le passé. Si vous allez assez profondément dans le passé, vous constaterez qu'il était également plus homogène (car il a fallu du temps à la gravité pour tout rassembler en tas) et plus chaud (car des longueurs d'onde de lumière plus courtes signifient des énergies et des températures plus élevées). Cela nous ramène au Big Bang.
Mais le Big Bang n'était pas le tout début de l'univers. Nous ne pouvons regarder dans le passé que jusqu'à un certain moment, après quoi les prédictions du Big Bang cessent de se réaliser. Il y a plusieurs observations de choses dans l'univers que le Big Bang n'explique pas, mais la théorie de l'inflation cosmique le fait.
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Dans les années 1980, de nombreuses implications théoriques de l'inflation ont été développées, notamment:
- à quoi devrait ressembler l'ensemencement de structures à grande échelle;
- que les fluctuations de température et de densité doivent exister à une échelle dépassant l'horizon cosmique;
- que toutes les régions de l'espace, même avec des fluctuations, doivent avoir une entropie constante;
- devrait être la température maximale atteinte par le Big Bang.
Dans les années 1990, 2000 et 2010, ces quatre prédictions ont été confirmées par observation avec une grande précision. L'inflation cosmique gagne.
L'inflation nous dit qu'avant le Big Bang, l'univers n'était pas rempli de particules, d'antiparticules et de radiations. Au lieu de cela, il était rempli de l'énergie inhérente à l'espace lui-même, et cette énergie a provoqué une expansion rapide, inexorable et exponentielle de l'espace. À un moment donné, l'inflation a pris fin et la totalité (ou presque) de cette énergie s'est avérée être convertie en matière et en énergie, déclenchant un Big Bang chaud. La fin de l'inflation a marqué le début du Big Bang. Autrement dit, il y a eu un Big Bang, mais pas au tout début.
Si c'était l'histoire complète, nous aurions un univers extrêmement vaste entre nos mains. Ses propriétés seraient les mêmes partout, les lois sont les mêmes, et les parties qui se trouvaient au-delà de l'horizon visible seraient similaires à l'endroit où nous sommes, mais il serait impossible de les appeler univers multiples.
Autrement dit, cela ne serait pas possible tant que vous ne vous souviendrez pas que tout ce qui existe physiquement doit être de nature quantique. Même l'inflation, avec toutes les inconnues qui l'entourent, doit être un champ quantique.
Si vous avez besoin de l'inflation pour avoir les propriétés des champs quantiques:
- dans ses propriétés, il doit y avoir des incertitudes qui leur sont inhérentes;
- le champ doit être décrit par une fonction d'onde;
- les valeurs de champ s'étirent dans le temps;
alors vous arriverez à une conclusion inhabituelle.
L'inflation ne s'est pas arrêtée partout en même temps, mais plutôt dans des lieux séparés, choisis et indépendants, tandis que l'espace entre eux continuait de gonfler. Il doit y avoir plusieurs immenses régions de l'espace où l'inflation se termine et le Big Bang commence, mais elles ne se rencontreront jamais car elles sont séparées par des régions d'espace gonflant. Une fois lancée, l'inflation continuera à coup sûr et indéfiniment, du moins à certains endroits.
Lorsque l'inflation se termine, nous obtenons un Big Bang. La partie de l'Univers que nous observons n'est qu'une partie de la région dans laquelle l'inflation a pris fin, au-delà de laquelle il y a une grande partie de l'Univers non observable. Et il y a un grand nombre de régions, réparties entre elles, avec exactement la même histoire.
C'est l'idée d'univers multiples. Comme vous pouvez le voir, il est basé sur deux aspects indépendants, bien établis et largement acceptés de la physique théorique: la nature quantique de tout et les propriétés de l'inflation cosmique. Il n'y a aucun moyen de le mesurer, et il n'y a aucun moyen de mesurer la partie non observable de l'univers. Mais les deux théories qui la sous-tendent, l'inflation et la physique quantique, ont montré leur valeur. S'ils sont corrects, de multiples univers en seront la conséquence inévitable et nous vivrons en eux.
Et alors? Il y a de nombreuses implications théoriques inévitables, mais que nous ne pouvons pas connaître avec certitude car nous ne pouvons pas les vérifier. Les univers multiples sont une de ces conséquences. Non pas que ce soit utile, c'est juste une prédiction intéressante qui vient de théories.
Pourquoi tant de physiciens théoriciens écrivent-ils des articles sur plusieurs univers? Sur le thème des univers parallèles et de leur relation avec les nôtres? Pourquoi prétendent-ils que plusieurs univers sont liés à des cordes, une constante cosmologique et le fait que notre univers est idéalement réglé pour la vie?
Parce qu'ils n'ont pas de meilleures idées.
Dans le contexte de la théorie des cordes, il existe une énorme liste de paramètres qui peuvent, en principe, prendre presque n'importe quelle valeur. Cette théorie ne fait aucune prédiction pour eux, nous sommes donc obligés de comprendre leurs significations dans le contexte de la chaîne vide. Si vous avez entendu parler de nombres incroyablement grands tels que la fameuse puissance de 10 à 500 qui apparaissent dans la théorie des cordes, ils se réfèrent aux significations possibles de la vacua des cordes. Nous ne savons pas encore ce qu'ils sont ni pourquoi ils ont de telles significations. Personne ne sait les compter.
Alors au lieu de dire: "Ce sont des univers multiples!", Les gens pensent comme ceci:
- Nous ne savons pas pourquoi les constantes fondamentales ont les valeurs qu'elles ont.
- Nous ne savons pas pourquoi les lois de la physique sont ce qu'elles sont.
- La théorie des cordes est un cadre qui pourrait fournir à nos lois de la physique nos constantes fondamentales, ainsi que nous donner d'autres lois ou constantes.
- Par conséquent, si nous avons d'énormes univers multiples, dans lesquels différentes régions auront des lois et des constantes différentes, l'une d'entre elles peut être la nôtre.
Le problème est que tout cela n'est pas seulement purement spéculatif, mais il n'y a aucune raison, compte tenu de l'inflation et de la physique quantique, de croire que le gonflement de l'espace-temps a des lois ou des constantes différentes selon les régions.
Vous n'aimez pas cette approche du raisonnement? Et personne n'aime ça.
Comme nous l'avons déjà découvert, les univers multiples ne sont pas une théorie scientifique en soi. C'est plutôt une conséquence théorique des lois de la physique dans leur pleine compréhension. Même si vous avez un univers inflationniste régi par la physique quantique, vous y serez attaché. Mais - comme la théorie des cordes - elle a des problèmes: elle ne prédit rien de ce que nous avons observé et ne pourrait pas expliquer sans elle, et elle ne prédit rien de concret que nous pourrions aller regarder.
Dans cet univers physique, il est important d'observer tout ce que l'on peut, et de collecter petit à petit toutes les connaissances auxquelles on a accès. Ce n'est qu'à partir d'un ensemble complet de données que nous espérons exactes qu'il sera possible de porter des jugements scientifiques sur la nature de l'univers. Certaines de ces découvertes auront des conséquences que nous ne pouvons ni mesurer ni prouver: l'existence de multiples univers, par exemple. Mais quand les gens parlent de constantes fondamentales, des lois de la physique, des valeurs des aspirateurs à cordes, ils ne sont pas engagés dans la science, ils ne font que parler. Vous pouvez bavarder sur plusieurs univers autant que vous le souhaitez et citer les travaux importants de ces théoriciens à titre d'exemple, mais vous ne pouvez pas en faire une vision scientifique.
Ilya Khel
