L'univers s'étendra-t-il pour toujours, ou finira-t-il par se transformer en un minuscule point?
Un article publié en juin suggère qu'une expansion infinie n'est pas possible, ce qui a grandement excité toute la communauté de la physique.
«Les gens réagissent très émotionnellement parce que si cela est découvert et prouvé, ce sera impressionnant», a déclaré Timm Vraze, physicien à l'Université de technologie de Vienne.
Maintenant, Vraze et ses collègues ont publié une étude distincte qui contrebalance l'article précédent. Cela signifie que la théorie d'un univers en constante expansion ne peut pas encore être exclue.
Énergie sombre et expansion spatiale
Notre Univers est imprégné d'une immense force invisible qui semble s'opposer à la gravité. Les physiciens appellent cette force énergie sombre. On pense que c'est elle qui "pousse" constamment notre Univers vers l'extérieur, provoquant son expansion.
Mais en juin, un groupe de physiciens a publié un article affirmant que l'énergie noire change avec le temps. Cela signifie que l'univers ne se développera pas pour toujours, mais pourrait éventuellement s'effondrer à la taille qu'il était avant le Big Bang.
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Presque aussitôt, les physiciens ont découvert les failles de la théorie: plusieurs groupes indépendants ont par la suite publié des articles proposant des corrections à l'hypothèse. L'article, publié le 2 octobre dans la revue Physical Review D, dit qu'en l'état actuel, l'hypothèse originale ne peut pas être justifiée car elle ne peut pas expliquer l'existence du boson de Higgs, dont nous savons que le grand collisionneur de hadrons existe. Néanmoins, selon Vraze, co-auteur de cet article, avec quelques ajustements théoriques, l'hypothèse d'un univers qui s'effondre peut encore être viable.
Comment expliquer tout ce qui a jamais existé?
La théorie des cordes, parfois appelée théorie de tout, est un modèle mathématiquement élégant mais expérimentalement non prouvé pour combiner la théorie de la relativité d'Einstein avec la mécanique quantique. La théorie des cordes suppose que toutes les particules qui composent l'univers ne sont pas en fait des points, mais des chaînes unidimensionnelles qui vibrent. Les différences de ces vibrations nous permettent de voir une particule comme un photon et une autre comme un électron.
Cependant, pour que la théorie des cordes soit une explication viable de l'univers, elle doit inclure l'énergie noire.
Selon Vraze, vous pouvez imaginer l'énergie sombre comme une boule entre les montagnes et les vallées, ce qui représente la quantité d'énergie potentielle. Si la balle est au sommet d'une montagne, elle peut être stationnaire, mais elle peut rouler à cause de la moindre perturbation, elle est donc instable. Si la balle est dans la vallée, elle ne bouge pas, a une faible énergie et se trouve dans un univers stable, car une forte poussée la ferait reculer.
Les théoriciens travaillant sur la théorie des cordes ont longtemps supposé que l'énergie noire est constante et inchangée dans l'univers. En d'autres termes, la balle est dans les vallées entre les montagnes, elle ne roule pas des sommets et ne change pas avec le temps.
Mais une hypothèse avancée en juin suggère que pour que la théorie des cordes fonctionne, le paysage ne doit pas avoir de montagnes ou de vallées au-dessus du niveau de la mer. (Dans ce concept, notre univers est au-dessus du niveau de la mer, ce qui est une métaphore du point auquel l'énergie sombre commence à étendre l'univers ou à le contracter.)
Au contraire, le terrain a une légère pente et la "boule d'énergie noire" roule vers le bas. «Au fur et à mesure qu'il roule, il y a de moins en moins d'énergie noire», a déclaré Vraze. "La hauteur de la balle correspond à la quantité d'énergie noire dans notre univers."
Dans cette théorie, l'énergie noire pourrait éventuellement "glisser" sous le niveau de la mer et commencer à ramener l'univers à sa taille d'avant le Big Bang.
Mais il y a un problème.
Il a été démontré que de tels sommets instables existent parce que le boson de Higgs existe, a déclaré Wraze. Et il a été prouvé expérimentalement que les particules de Higgs peuvent exister sur ces sommets de montagnes («univers instables») et peuvent être perturbées au moindre contact.
Difficultés avec la stabilité des univers
Kamrun Wafa, qui travaille sur la théorie des cordes à Harvard et auteur principal de l'hypothèse de juin, a confirmé que, en effet, l'hypothèse originale a «des difficultés avec les univers instables». Et les articles suivants ont reflété ce problème.
Cependant, selon Vraze, même si l'hypothèse est révisée, "nous ne serons toujours pas dans un Univers stable - au contraire, tout le reste changera." Selon la version révisée, les sommets des montagnes peuvent exister, mais pas les vallées stables (imaginez la forme d'une selle de cheval). La balle devrait éventuellement commencer à rouler et l'énergie sombre devrait changer avec le temps.
Mais si l'hypothèse est complètement fausse, alors l'énergie sombre peut être constante, nous resterons assis dans une vallée entre deux montagnes, et l'univers continuera à s'étendre.
Il espère qu'au cours des 10 à 15 prochaines années, des satellites qui mesurent plus précisément l'expansion de l'univers nous aideront à comprendre si l'énergie noire est constante ou en évolution. Wafa a convenu: "C'est une période passionnante en cosmologie et nous espérons que dans les prochaines années, nous verrons des preuves expérimentales de changement d'énergie sombre dans notre univers."