Tant qu'il y a de l'humanité, tant et elle essaie de comprendre la structure de l'univers. Oui, beaucoup disent que c'est "du tapage inutile", on ne sait vraiment rien, et on n'apprendra rien dans les générations à venir, et peut-être même avant la fin de la civilisation humaine. Eh bien, peut-être qu'ils ont raison, mais spéculons …
La théorie du Big Bang est devenue presque autant un modèle cosmologique généralement accepté que la rotation de la Terre autour du Soleil. Selon la théorie, il y a environ 14 milliards d'années, des oscillations spontanées dans le vide absolu ont conduit à l'émergence de l'univers. Quelque chose de la taille d'une particule subatomique s'est étendu à des tailles inimaginables en une fraction de seconde. Mais dans cette théorie, il y a de nombreux problèmes sur lesquels les physiciens se battent, proposant de plus en plus de nouvelles hypothèses.
Alors, quel est le problème avec la théorie du Big Bang?
Quel est le problème avec la théorie du Big Bang
1. DE LA THÉORIE, il s'ensuit que toutes les planètes et les étoiles ont été formées à partir de la poussière dispersée dans l'espace à la suite de l'explosion. Mais ce qui l'a précédé n'est pas clair: ici notre modèle mathématique de l'espace-temps cesse de fonctionner. L'univers est né d'un état singulier initial auquel la physique moderne ne peut pas être appliquée. La théorie ne considère pas non plus les causes de la singularité ou de la matière et de l'énergie pour son occurrence. On pense que la réponse à la question de l'existence et de l'origine de la singularité initiale sera donnée par la théorie de la gravitation quantique.
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2. LA PLUPART DES MODÈLES COSMOLOGIQUES PRÉVISENT que l'univers entier est beaucoup plus grand que la partie observable - une région sphérique d'un diamètre d'environ 90 milliards d'années-lumière. Nous ne voyons que cette partie de l'Univers, dont la lumière a réussi à atteindre la Terre en 13,8 milliards d'années. Mais les télescopes s'améliorent, nous détectons de plus en plus d'objets éloignés, et jusqu'à présent, il n'y a aucune raison de croire que ce processus s'arrêtera.
3. DU MOMENT DE LA GRANDE EXPLOSION, L'UNIVERS SE DÉVELOPPE AVEC ACCÉLÉRATION. Le mystère le plus difficile de la physique moderne est la question de savoir ce qui cause l'accélération. Selon l'hypothèse de travail, l'univers contient une composante invisible appelée «énergie noire». La théorie du Big Bang n'explique pas si l'univers s'étendra indéfiniment, et si oui, où il mènera - à sa disparition ou à autre chose.
4. BIEN QUE LA MÉCANIQUE DE NEWTON SOIT EXCEPTIONNELLE PAR LA PHYSIQUE RELATIVISTE, elle ne peut pas être qualifiée d'erreur. Cependant, la perception du monde et les modèles de description de l'univers ont complètement changé. La théorie du Big Bang a prédit un certain nombre de choses qui n'étaient pas connues auparavant. Ainsi, si une autre théorie vient à sa place, alors elle devrait être similaire et élargir la compréhension du monde.
Nous nous concentrerons sur les théories les plus intéressantes décrivant les modèles alternatifs du Big Bang.
L'univers est comme un mirage d'un trou noir
L'univers est né de l'effondrement d'une étoile dans un univers à quatre dimensions, disent des scientifiques de l'Institut Perimeter pour la physique théorique. Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans Scientific American. Nyayesh Afshordi, Robert Mann et Razi Purhasan disent que notre univers tridimensionnel est devenu une sorte de "mirage holographique" quand une étoile quadridimensionnelle s'est effondrée. Contrairement à la théorie du Big Bang, selon laquelle l'univers est issu d'un espace-temps extrêmement chaud et dense, où les lois classiques de la physique ne s'appliquent pas, la nouvelle hypothèse sur l'univers à quatre dimensions explique à la fois les raisons de l'origine et son expansion rapide.
Selon le scénario formulé par Afshordi et ses collègues, notre univers tridimensionnel est une sorte de membrane qui flotte à travers un univers encore plus volumineux qui existe déjà en quatre dimensions. Si leurs propres étoiles à quatre dimensions existaient dans cet espace à quatre dimensions, elles exploseraient également, tout comme les étoiles en trois dimensions dans notre Univers. La couche intérieure deviendrait un trou noir et la couche extérieure serait jetée dans l'espace.
Dans notre univers, les trous noirs sont entourés d'une sphère appelée horizon des événements. Et si dans l'espace à trois dimensions cette frontière est à deux dimensions (comme une membrane), alors dans l'univers à quatre dimensions, l'horizon des événements sera limité par une sphère qui existe en trois dimensions. Des simulations informatiques de l'effondrement d'une étoile à quatre dimensions ont montré que son horizon d'événements en trois dimensions s'élargira progressivement. C'est ce que nous observons, appelant la croissance de la membrane 3D l'expansion de l'Univers, croient les astrophysiciens.
Grand gel
Une alternative au Big Bang pourrait être le Big Freeze. Une équipe de physiciens de l'Université de Melbourne, dirigée par James Kvatch, a présenté un modèle de la naissance de l'Univers, qui ressemble plus à un processus graduel de congélation d'énergie amorphe qu'à son éclaboussure et à son expansion dans trois directions de l'espace.
L'énergie sans forme, selon les scientifiques, comme l'eau refroidie jusqu'à la cristallisation, créant les trois dimensions spatiales et une temporelle habituelles.
The Big Freeze Theory jette un doute sur la déclaration actuellement acceptée d'Albert Einstein sur la continuité et la fluidité de l'espace et du temps. Il est possible que l'espace ait ses parties constituantes - des blocs de construction indivisibles comme de minuscules atomes ou des pixels dans l'infographie. Ces blocs sont si petits qu'ils ne peuvent pas être observés, cependant, suivant la nouvelle théorie, des défauts peuvent être détectés qui devraient réfracter les flux d'autres particules. Les scientifiques ont calculé ces effets à l'aide d'un appareil mathématique et vont maintenant essayer de les détecter expérimentalement.
Un univers sans début ni fin
Ahmed Farag Ali de l'Université Benha en Egypte et Sauria Das de l'Université de Lethbridge au Canada ont proposé une nouvelle solution au problème de singularité en abandonnant le Big Bang. Ils ont introduit les idées du célèbre physicien David Bohm dans l'équation de Friedman décrivant l'expansion de l'univers et le Big Bang. «Il est étonnant que de petits amendements puissent potentiellement résoudre autant de problèmes», déclare Das.
Le modèle résultant combine la relativité générale et la théorie quantique. Cela nie non seulement la singularité qui a précédé le Big Bang, mais ne permet pas non plus à l'univers de se contracter à son état d'origine au fil du temps. Selon les données obtenues, l'univers a une taille finie et une durée de vie infinie. En termes physiques, le modèle décrit l'Univers rempli d'un fluide quantique hypothétique, qui se compose de gravitons - des particules qui fournissent une interaction gravitationnelle.
Les scientifiques affirment également que leurs découvertes sont cohérentes avec les dernières mesures de la densité de l'univers.
Inflation chaotique sans fin
Le terme «inflation» fait référence à l'expansion rapide de l'univers, qui s'est produite de façon exponentielle dans les premiers instants après le Big Bang. En elle-même, la théorie de l'inflation ne réfute pas la théorie du Big Bang, mais ne l'interprète que différemment. Cette théorie résout plusieurs problèmes fondamentaux en physique.
Selon le modèle inflationniste, peu de temps après sa création, l'Univers s'est développé de façon exponentielle pendant très peu de temps: sa taille a doublé plusieurs fois. Les scientifiques pensent qu'en 10 à -36 degrés de secondes, l'Univers a augmenté en taille d'au moins 10 à 30-50 degrés, et peut-être plus. À la fin de la phase inflationniste, l'Univers était rempli d'un plasma super chaud de quarks libres, de gluons, de leptons et de quanta de haute énergie.
Le concept implique qu'il existe de nombreux univers isolés dans le monde avec différents appareils.
Les physiciens sont arrivés à la conclusion que la logique du modèle inflationniste ne contredit pas l'idée de naissance multiple constante de nouveaux univers. Les fluctuations quantiques - les mêmes que celles qui ont donné naissance à notre monde - peuvent se produire dans n'importe quelle quantité, à condition que les conditions soient réunies. Il est fort possible que notre univers ait émergé de la zone de fluctuation formée dans le monde prédécesseur. On peut également supposer qu'à un moment et quelque part dans notre Univers, une fluctuation se formera, qui «soufflera» un jeune univers d'un type complètement différent. Dans ce modèle, les univers enfants peuvent continuellement éclore. De plus, il n'est pas du tout nécessaire que les mêmes lois physiques soient établies dans les nouveaux mondes. Le concept implique qu'il existe de nombreux univers isolés dans le monde avec différents appareils.
Théorie cyclique
Paul Steinhardt, l'un des physiciens qui ont jeté les bases de la cosmologie inflationniste, a décidé de développer davantage cette théorie. Le scientifique qui dirige le Center for Theoretical Physics à Princeton, avec Neil Turok du Perimeter Institute for Theoretical Physics, a présenté une théorie alternative dans le livre Endless Universe: Beyond the Big Bang ("Infinite Universe: Beyond the Big Bang"). Leur modèle est basé sur une généralisation de la théorie des supercordes quantiques connue sous le nom de théorie M. Selon elle, le monde physique a 11 dimensions - dix spatiales et une temporelle. Des espaces de dimensions inférieures «flottent» dedans, les soi-disant branes (abréviation de «membrane»). Notre univers n'est qu'une de ces branes.
Le modèle de Steinhardt et Turok soutient que le Big Bang s'est produit à la suite de la collision de notre brane avec une autre brane - un univers inconnu. Dans ce scénario, les collisions se produisent sans fin. Selon l'hypothèse de Steinhardt et Turok, une autre brane tridimensionnelle "flotte" à côté de notre brane, séparée par une petite distance. Il se dilate, s'aplatit et se vide également, mais après un billion d'années, les branes commenceront à converger et finiront par entrer en collision. Cela libérera une énorme quantité d'énergie, de particules et de rayonnement. Ce cataclysme lancera un autre cycle d'expansion et de refroidissement de l'Univers. Il résulte du modèle de Steinhardt et Turok que ces cycles appartenaient au passé et se répéteront certainement à l'avenir. Comment ces cycles ont commencé, la théorie est silencieuse.
L'univers est comme un ordinateur
Une autre hypothèse sur la structure de l'univers dit que notre monde entier n'est rien de plus qu'une matrice ou un programme informatique. L'idée que l'univers est un ordinateur numérique a été proposée pour la première fois par l'ingénieur et pionnier de l'informatique allemand Konrad Zuse dans son livre Calculating Space. Parmi ceux qui considéraient également l'univers comme un ordinateur géant, il y a les physiciens Stephen Wolfram et Gerard 't Hooft.
Les théoriciens de la physique numérique supposent que l'univers est essentiellement de l'information et donc calculable. De ces hypothèses, il s'ensuit que l'univers peut être considéré comme le résultat d'un programme informatique ou d'un dispositif informatique numérique. Cet ordinateur pourrait être, par exemple, un automate cellulaire géant ou une machine de Turing universelle.
Le principe d'incertitude en mécanique quantique est appelé une preuve indirecte de la nature virtuelle de l'univers.
Selon la théorie, chaque objet et événement du monde physique vient de poser des questions et d'enregistrer des réponses «oui» ou «non». Autrement dit, derrière tout ce qui nous entoure, un certain code est caché, semblable au code binaire d'un programme informatique. Et nous sommes une sorte d'interface à travers laquelle apparaît l'accès aux données de «l'Internet universel». Le principe d'incertitude en mécanique quantique est appelé une preuve indirecte de la nature virtuelle de l'Univers: les particules de matière peuvent exister sous une forme instable, et ne sont «fixées» dans un état spécifique que lorsqu'elles les observent.
John Archibald Wheeler, un adepte de la physique numérique, a écrit: «Il ne serait pas déraisonnable d'imaginer que l'information est au cœur de la physique aussi bien qu'au cœur d'un ordinateur. Tout d'un peu. En d'autres termes, tout ce qui existe - chaque particule, chaque champ de force, même le continuum espace-temps lui-même - reçoit sa fonction, sa signification et, finalement, son existence même."
Rédacteur de texte Artem Luchko