Si vous pensiez que tout était limité à ce que nous avons trouvé au-delà de l'horizon cosmique, préparez-vous à changer d'avis.
«Il est difficile de construire des modèles d'inflation qui ne conduisent pas à un multivers. Ce n'est pas impossible, je suis donc sûr que des recherches supplémentaires sont nécessaires. Mais la plupart des modèles d'inflation mènent à un multivers, et les preuves de l'inflation nous pousseront vers une acceptation sérieuse [de plusieurs univers] », a déclaré Alan Guth, le physicien et cosmologiste américain qui a été le pionnier de l'idée d'inflation ou d'expansion cosmique, une fois.
Imaginez que l'univers que nous observons - de bout en bout - n'est qu'une goutte dans l'océan cosmique. Au-delà de ce que nous voyons, il y a plus d'espace, plus de galaxies, surtout, d'innombrables milliards d'années-lumière plus loin que nous ne pourrons jamais atteindre. Et aussi vaste que puisse être l'univers, tout aussi innombrable peut être le nombre d'univers similaires - certains plus grands et plus anciens, certains plus petits et plus jeunes - dispersés dans l'espace-temps. Et tout aussi rapidement que ces univers se développent, l'espace-temps qui les contient s'agrandit encore plus vite, les éloignant davantage et garantissant qu'aucun univers ne se rencontrera jamais. Cela ressemble à de la science-fiction? C'est l'idée scientifique du multivers, ou des univers multiples. Mais si le point de vue scientifique que nous adoptons aujourd'hui est correct,cette idée sera non seulement adéquate, mais aussi une conséquence inévitable de nos lois fondamentales, déclare le physicien Ethan Siegel.
L'idée d'univers multiples est enracinée dans la physique nécessaire pour décrire l'univers que nous voyons et habitons aujourd'hui. Partout dans le ciel, nous voyons des étoiles et des galaxies regroupées dans un grand réseau cosmique. Mais plus nous regardons dans l'espace, plus nous remontons dans le temps. Plus les galaxies sont éloignées, plus elles sont jeunes et, par conséquent, moins développées. Leurs étoiles ont moins d'éléments lourds, elles apparaissent plus petites car il y a moins de fusions, plus de spirales et moins d'ellipses (car ces dernières prennent du temps), etc. Si nous nous déplaçons vers les limites du visible, nous trouverons les toutes premières étoiles de l'univers, et au-delà - une région de ténèbres dans laquelle il n'y a qu'une seule lumière: la rémanence du Big Bang.
Le Big Bang lui-même - qui s'est produit il y a 13,8 milliards d'années - n'était pas le début de l'espace et du temps, mais plutôt le début de notre univers observable. Avant cela, il y avait une ère connue sous le nom d'inflation cosmique, où l'espace lui-même était en expansion exponentielle, rempli de l'énergie inhérente au tissu de l'espace-temps. L'inflation cosmique est elle-même un exemple d'une théorie qui est venue remplacer celle qui l'avait précédée:
«Il était cohérent avec tous les succès de la théorie du Big Bang et couvrait toute la cosmologie moderne.
«Elle a expliqué un certain nombre de problèmes que le Big Bang ne pouvait pas expliquer, y compris pourquoi l'univers avait partout la même température, pourquoi il est spatialement plat, et pourquoi il n'y avait plus de reliques à haute énergie comme les monopoles magnétiques.
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«Et elle a fait de nombreuses nouvelles prédictions qui ont pu être testées par observation, dont la plupart ont été confirmées.
Il y avait cependant une conséquence que la théorie de l'inflation prévoyait. On ne sait pas si on peut le confirmer ou non: plusieurs univers.
L'inflation conduit à une expansion exponentielle de l'espace, ce qui peut très rapidement entraîner le fait que tout espace courbe préexistant apparaîtra plat.
L'inflation entraîne une expansion exponentielle de l'espace. Autrement dit, vous prenez tout ce qui existait avant le Big Bang et devient beaucoup, beaucoup, beaucoup plus qu'il ne l'était. Jusqu'ici, cela nous convient: cela explique comment nous avons obtenu un univers homogène et immense. Lorsque l'inflation se termine, l'univers est rempli de matière et de rayonnement, dont nous voyons l'apparence comme un Big Bang brûlant. Et c'est là que commencent les bizarreries. Pour que l'inflation prenne fin, quel que soit le champ quantique qui en est responsable, elle doit passer d'un état instable à haute énergie à un état stable et à basse énergie. Cette transition et cette «glissade» dans la vallée sont ce qui met fin à l'inflation et provoque le Big Bang.
Mais quel que soit le champ responsable de l'inflation, comme dans tous les autres domaines obéissant aux lois de la physique, il doit être intrinsèquement un champ quantique. Comme tous les champs quantiques, il est décrit par une fonction d'onde, avec la probabilité de propagation des ondes dans le temps. Si la magnitude du champ roule lentement dans la vallée, la propagation quantique de la fonction d'onde sera plus rapide que le roll-off, ce qui signifie qu'il est possible - même probable - que l'inflation conduise progressivement au Big Bang.
Si l'inflation était un champ quantique, la magnitude du champ divergerait au fil du temps, avec différentes régions de l'espace prenant différentes réalisations de la valeur du champ. Dans de nombreuses régions, la valeur du champ tombera au fond de la vallée, mettant fin à l'inflation, mais dans de nombreuses autres, l'inflation se poursuivra aussi longtemps que vous le souhaitez dans le futur.
Étant donné que l'espace se dilate à un rythme exponentiel pendant l'inflation, cela signifie que de manière exponentielle plus de régions de l'espace sont créées au fil du temps. Dans certaines régions, l'inflation prendra fin: là où le champ glisse dans une vallée. Mais dans d'autres, l'inflation continuera, créant de plus en plus d'espace autour de chaque zone où l'inflation s'arrête. Le taux d'inflation est beaucoup plus rapide que même le taux d'expansion maximal de l'Univers rempli de matière et d'énergie, par conséquent, dans les plus brefs délais, les zones d'inflation couvrent tout. Selon les mécanismes qui nous fournissent une inflation suffisante pour créer l'univers que nous voyons, notre région de l'espace où l'inflation a pris fin est entourée par beaucoup plus d'autres régions - où l'inflation continue ou n'a pas pris fin immédiatement.
L'inflation se poursuit indéfiniment, malgré les domaines où elle s'est arrêtée
C'est là que se produit le phénomène connu sous le nom d'inflation éternelle. Là où l'inflation s'arrête, le Big Bang est né et l'univers - comme celui que nous voyons - est similaire au nôtre. Mais là où l'inflation ne s'arrête pas, plus d'espace inflationniste est né, ce qui donne naissance à d'autres régions dans lesquelles il y aura des big bangs, distinctes de la nôtre, et à d'autres régions dans lesquelles l'inflation commence.
Quelle est la taille de notre univers, ce n'est qu'une petite fraction de tout ce qui est vraiment
Cette image de vastes univers, bien plus grande que la maigre partie que nous pouvons observer, constamment créée par l'espace gonflant, est le multivers. Il est important de comprendre que le multivers n'est pas une théorie scientifique en soi. Il ne fait pas de prédictions et de phénomènes observables que nous pouvons atteindre. Non, le multivers lui-même est une prédiction théorique qui découle des lois de la physique que nous avons déduites à ce jour. C'est peut-être même une conséquence inévitable de ces lois: si vous prenez un univers inflationniste régi par la physique quantique, vous obtenez ceci.
Peut-être que notre compréhension de cet état avant le Big Bang est erronée et que notre compréhension de l'inflation est complètement fausse. Dans un tel cas, l'existence de multiples univers ne sera pas la conséquence ultime. Mais la prédiction de l'inflation éternelle, contenant d'innombrables univers de poche, est une conséquence directe de nos meilleures théories, si elles sont correctes.
Qu'est-ce que le multivers, alors? Elle peut aller au-delà de la physique et devenir la première «métaphysique» physiquement motivée que nous ayons jamais rencontrée. Pour la première fois, nous comprenons les limites de ce que notre univers peut nous apprendre. Jusque-là, nous pouvons prédire, mais nous ne pouvons pas confirmer ou nier le fait que notre univers n'est qu'une petite partie d'un royaume plus vaste: le multivers.
Ilya Khel
