Il y a quelque chose d'étrangement similaire dans l'origine de notre univers, appelée inflation cosmique, et dans l'expansion accélérée de l'énergie noire, qui décidera finalement de son sort. Cela laisse supposer que ces phénomènes peuvent être interdépendants. Cette semaine, Andrew Gillett posait ses questions: si la théorie de l'inflation éternelle est vraie, l'énergie noire pourrait-elle être le signe avant-coureur d'un retour à cet état primordial?
Ce n'est pas seulement possible. Cela n'exige même pas que la théorie soit correcte. Commençons notre conversation par l'étape précédant la naissance de l'Univers sous la forme sous laquelle il nous est connu - avec l'inflation cosmique.
Quand l'Univers que nous connaissons, plein de matière et de rayonnement est né, il avait plusieurs propriétés assez étranges: spatialement, il était plat, il avait la même température partout, il n'avait pas de restes d'énergie ultra-haute, et il avait des motifs très étranges sous forme de régions avec excès et densité réduite. Il est possible que l'Univers soit déjà né avec ces conditions. La théorie de l'inflation cosmique est la suivante: si l'univers commençait par une période d'expansion exponentielle, dans laquelle il y avait une énorme quantité d'énergie inhérente à l'espace, puis que cette période se terminait, alors un Big Bang chaud se serait déjà produit en présence de toutes ces conditions. Il a fallu un certain temps pour comprendre les implications et cela a pris encore plus de tempspour confirmer la théorie avec des données sur les fluctuations du fond cosmique des micro-ondes. Mais maintenant, l'inflation cosmique est considérée comme le premier et le plus important de tout cela dans l'histoire de l'Univers, ce que nous pouvons confirmer par des preuves.
L'inflation perpétuelle est une conséquence de l'inflation basée sur des propriétés auxquelles nous pensons rarement. Habituellement, lorsqu'il y a une transition dans la nature, par exemple une casserole d'eau bouillante, l'eau dans laquelle passe d'un état liquide à un état gazeux, ce processus de transition commence à différents points. Ces points se dilatent et fusionnent, créant de grosses bulles au moment où ils atteignent la surface. Quand on parle d'eau, on dit qu'elle bout. Pendant le processus d'ébullition, de petites bulles s'élèvent et se fondent en bulles plus grosses au moment où elles remontent à la surface. Mais il y a un problème d'inflation. Les zones où l'inflation ne s'arrête pas à un moment donné continuent de croître de manière exponentielle, ce qui ne permet pas aux zones où elle s'est terminée de «bouillir». Par conséquent, l'Univers que nous observons doit être complètement dans une seule bulle,là où l'inflation a pris fin, et non dans de nombreuses bulles qui bouillent ensemble.
Mais à l'extrémité de ce spectre, nous voyons le fait que l'expansion de notre univers s'accélère apparemment. La meilleure explication à cela, basée sur nos mesures les plus précises, est qu'il existe une petite composante d'énergie inhérente à l'espace, que nous appelons l'énergie noire. Cette composante énergétique est omniprésente et présente uniformément à tous les points de l'espace. Et c'est extrêmement petit. Si nous le convertissons en masse selon la formule d'Einstein E = mc2, il sera égal à un seul proton par mètre cube de l'Univers. Mais l'espace n'est pas seulement énorme, il s'agrandit également! Au fil du temps, cette énergie sombre devient de plus en plus importante. Au fil du temps, après environ huit milliards d'années, il accélère l'expansion de l'univers, puis devient la composante dominante de l'énergie dans l'univers.
Ces deux périodes d'inflation et d'expansion accélérée à un stade ultérieur peuvent sembler très différentes. La différence sur ces échelles d'énergie est tout simplement colossale, elle est de 10 à la 120e puissance! Mais les deux périodes représentent l'énergie inhérente à l'espace, toutes deux provoquent une expansion exponentielle de la matière de l'univers. Et en présence du temps (fractions de secondes pour l'inflation et mille milliards d'années pour la matière noire), ils prendront tout ce qui n'est pas connecté en une seule structure dans l'Univers et le répartiront. Il existe de nombreux modèles de ce type et, à la base, ils combinent tous inflation et énergie sombre.
Alors, quelles sont les chances que l'univers commence à recycler sa formation? Ils sont grands
Vidéo promotionelle:
1. Si l'énergie noire est en effet une constante cosmologique, elle pourrait être l'énergie résiduelle de la période inflationniste où tout a commencé. Si c'est le cas, il y a des raisons de dire qu'en présence du temps, il peut s'affaiblir encore plus, se déplaçant dans un nouvel état d'énergie beaucoup plus faible. Peut-être qu'une telle transition donnera une impulsion à l'émergence d'un grand nombre de particules de masse extrêmement faible, comme les neutrinos, les axions ou quelque chose d'encore plus exotique. Ces particules, à leur tour, se combineront et créeront leurs propres analogues d'étoiles, de planètes et peut-être d'humanité sur une échelle de temps suffisamment longue. Si nous ne pouvons pas voir ce processus, cela ne signifie pas du tout que c'est impossible. C'est peut-être le destin qui attend notre Univers dans un futur très, très lointain, même si cela prendra des années.
2. L'énergie sombre n'est peut-être pas une constante cosmologique, mais avec le temps elle peut augmenter. Si tel est le cas, alors il se développera et grandira, ce qui peut conduire au scénario d'une «grande déchirure», quand au fil du temps toutes les structures connectées de l'Univers se rompront. Mais dans ce scénario, développé par Eric Gawiser, il y a la possibilité qu'au dernier moment, juste avant que l'espace ne se désintègre et disparaisse dans l'oubli, l'énergie inhérente de l'espace, indiscernable des scénarios inflationnistes, fasse la transition vers le Big Bang! Un tel scénario d'un «Univers ressuscité» peut non seulement se réaliser dans notre futur lointain. Dans ce document, notre Univers est peut-être beaucoup plus ancien qu'il n'y paraît. Il est possible qu'il soit infiniment vieux.
Eh bien, maintenant les preuves que nous avons indiquent que l'énergie noire est en effet une constante cosmologique. Cela signifie que le scénario numéro 2 est exclu. S'il n'y a pas d'état d'énergie inférieure pour la transition, l'option n ° 1 peut également être exclue. Mais maintenant, nous n'avons pas assez de données pour rejeter ne serait-ce qu'une seule d'entre elles. Si j'avais une chance de placer des paris, je dirais qu'une variante avec un état d'énergie plus faible est plus probable. Mais l'idée que l'énergie noire est vraiment constante et existe pour toujours est mieux soutenue par les données disponibles. Jusqu'à ce que nous sachions avec certitude, nous ferions mieux de ne pas exclure les options possibles. Le vaisseau spatial Euclid, le télescope infrarouge grand angle WFIRST de la NASA, et enfinLe grand télescope de recherche synoptique LSST nous aidera à mesurer l'énergie sombre encore plus précisément, ce qui fournira de nouvelles preuves pour soutenir la première ou la deuxième théorie. Et de nouvelles découvertes en physique théorique des hautes énergies peuvent nous en dire plus sur le premier concept. Quoi qu'il en soit, Andrew, la réponse à votre question est la suivante: l'énergie noire peut annoncer un retour au Big Bang chaud d'un état inflationniste, mais cela ne dépend pas de la nature éternelle de l'inflation.mais cela ne dépend pas de la nature éternelle de l'inflation.mais cela ne dépend pas de la nature éternelle de l'inflation.
Ethan Siegel