À l'époque où les gens pensaient que la terre était plate, il était hérésie de supposer qu'un long voyage en ligne droite finirait par vous ramener à votre point de départ. Mais c'est vrai: marchez, volez, nagez 40 000 kilomètres dans une direction et vous serez de retour à votre point de départ. Et puis vous vous demandez: est-il possible de faire le même tour dans l'espace? Si vous prenez une fusée qui peut voler assez vite et assez longtemps sans heurter des étoiles ou des galaxies éloignées, pouvez-vous finir par retourner à votre point de départ?
À première vue, cela peut sembler fou, mais en réalité ce n'est pas le cas. Vous pourriez penser que l'univers est infini et continue à jamais dans toutes les directions, mais nous avons des preuves que la forme et la taille de l'univers sont assez finies. Premièrement, seulement 13,8 milliards d'années se sont écoulées depuis le Big Bang, et nous pouvons observer le volume d'espace que la lumière a visité en 13,8 milliards d'années, mettant en évidence chaque point visité. Deuxièmement, il y a des centaines de milliards de galaxies qui étaient plus jeunes dans le passé, et plus nous regardons dans le passé, plus cela devient prononcé. Se pourrait-il qu'une (ou plusieurs) de ces galaxies soit la version juvénile de la Voie lactée dans laquelle nous avons grandi? Enfin, tout comme la Terre a deux dimensions dans lesquelles on peut s'y déplacer (du nord au sud et d'ouest en est, mais pas de haut en bas),l'Univers peut-il être une structure multidimensionnelle (hypersphère ou hyperteur), dans laquelle de nombreuses dimensions sont fermées et limitées, se tordent en elles-mêmes?
Si tel est le cas, si vous marchez en ligne droite assez longtemps, vous finirez par revenir à votre point de départ. Et si vous étiez immortel, vous pourrez peut-être un jour voir l'arrière de votre tête simplement en cherchant un certain temps, car vos yeux finiront par voir la lumière reflétée de votre propre arrière de la tête. Eh bien, si l'univers est vraiment, comment le savons-nous avec certitude?
Pour ce faire, il faut regarder l'univers à sa plus grande échelle et trouver les endroits où il a les mêmes propriétés dans toutes les directions. Un univers fini et tourbillonnant signifierait que les mêmes structures apparaissent encore et encore. Alors que la plupart de l'univers sera difficile à définir comme tourbillonnant, puisque la vitesse limitée de la lumière signifie que nous verrons les mêmes objets à différents stades de leur évolution (comme la plus jeune Voie lactée), il y aura toujours des objets qui seront au même stade d'évolution dans différents des endroits. La structure à grande échelle de l'Univers ne montre pas de telles structures, mais nous avons un endroit encore meilleur pour rechercher: le fond cosmique des micro-ondes.
Les fluctuations de rémanence du Big Bang ont des modèles de répétition très spécifiques, mais montrent également une distribution aléatoire de ces modèles. De nombreux algorithmes ont été développés pour rechercher des signaux non aléatoires répétitifs dans les corrélations de fluctuations dans différentes parties du ciel. Si l'univers était fini et tordu - si des parties de celui-ci étaient répétées ailleurs - il se refléterait dans le fond cosmique des micro-ondes.
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Mais l'absence de structures répétitives observées ne signifie pas que l'univers ne possède pas ce type de topologie. Cela signifie que si l'Univers se répète, représentant une hypersurface fermée, et que nous pouvons théoriquement être au même point, se déplaçant en ligne droite pendant longtemps, mais cela sera perceptible à des échelles plus grandes que la partie que nous observons. Étant donné que nous sommes limités par la distance que la lumière a parcourue en 13,8 milliards d'années, un tel scénario est tout à fait possible.
Mais il y a une chose.
Peu importe à quel point nous sommes techniquement avancés, un jour dans le futur, tant que nous serons limités par la vitesse de la lumière, nous ne saurons jamais si l'univers se comporte réellement de cette façon. Grâce à l'énergie sombre et à l'expansion accélérée de l'univers, il est physiquement impossible d'atteindre le bord même de l'univers observable actuel; nous pouvons couvrir au maximum un tiers de ce chemin. Si l'univers ne se répète pas à des échelles qui sont inférieures à 15 milliards d'années-lumière de diamètre moderne, nous ne reviendrons jamais au point où nous avons commencé en ligne droite.
Mais cela ne signifie pas que l'Univers ne peut pas être fermé, fini et se tordre en une hypersphère. Cela signifie que l'expansion de l'Univers - l'expansion accélérée - nous interdit de «faire le tour du globe» dans l'Univers. En raison d'une combinaison de facteurs tels que:
- l'âge final de l'Univers;
- la vitesse finale de la lumière;
- expansion de l'Univers;
- et la présence d'énergie noire, nous ne saurons peut-être jamais si notre Univers est infini ou non, et quelle est sa véritable topologie.
Tout ce que nous pouvons voir, c'est la partie dont nous disposons qui nous permet de fixer des limites sur la topologie possible de l'univers. Pour autant que nous puissions en juger, il est plat, non répétitif et peut-être, mais pas nécessairement, infini. Peut-être que, avec le temps, lorsque l'Univers s'ouvrira de plus en plus à nous, nos mesures de courbure deviendront de plus en plus précises et nous révéleront une nouvelle vérité. Malgré le fait que nous soyons très limités dans notre capacité à observer, il peut y avoir de nouvelles opportunités encore inconnues au-delà de l'horizon cosmique.
ILYA KHEL
