La théorie finale de Stephen Hawking sur notre Univers


Le physicien révolutionnaire Stephen Hawking nous a laissé un dernier brillant éclat avant sa mort : son dernier article, détaillant sa dernière théorie sur l’origine de l’Univers, co-écrit avec Thomas Hertog de la KU Leuven.

L’article, publié dans le Journal of High Energy Physics en mai, avance que l’Univers est beaucoup moins complexe que ne le suggèrent les théories multivers actuelles.

Il est basé sur un concept appelé inflation cosmique, introduit en 1979 et publié en 1981.

Après le Big Bang, l’Univers a connu une période d’inflation exponentielle. Puis elle a ralenti et l’énergie s’est transformée en matière et en rayonnement.

Cependant, selon la théorie de l’inflation cosmique, certaines bulles d’espace ont cessé de se gonfler ou ont ralenti sur une trajectoire d’arrêt, créant une petite impasse fractale d’espace statique.

Pendant ce temps, dans d’autres bulles de l’espace, à cause d’effets quantiques, l’inflation ne s’arrête jamais – conduisant à un nombre infini de multivers.

Tout ce que nous voyons dans notre Univers observable, selon cette théorie, est contenu dans une seule de ces bulles – dans laquelle l’inflation a cessé, permettant la formation d’étoiles et de galaxies.

théorie finale

Visualisation de l’inflation du multivers. (A. Linde/Université Stanford)

“La théorie habituelle de l’inflation cosmique prédit que globalement notre Univers est comme une fractale infinie, avec une mosaïque d’Univers de poche différents, séparés par un océan qui se gonfle”, explique Hawking.

“Les lois locales de la physique et de la chimie peuvent différer d’un Univers de poche à l’autre, qui ensemble formeraient un multivers. Mais je n’ai jamais été fan du multivers. Si l’échelle des différents Univers du multivers est grande ou infinie, la théorie ne peut être testée.”

Même l’un des premiers architectes du modèle d’inflation cosmique l’a désavoué ces dernières années.

Paul Steinhardt, physicien à l’Université de Princeton, a déclaré publiquement que la théorie tenait compte du problème qu’elle était censée résoudre – rendre l’Univers universellement cohérent avec nos observations – et l’a simplement déplacé vers un nouveau modèle.

Hawking et Hertog disent maintenant que le modèle d’inflation cosmique est erroné. C’est parce que la théorie de la relativité générale d’Einstein se décompose sur des échelles quantiques.

“Le problème avec le compte rendu habituel de l’inflation cosmique est qu’elle suppose un Univers de fond existant qui évolue selon la théorie de la relativité générale d’Einstein et traite les effets quantiques comme de petites fluctuations autour de cela”, explique Hertog.

“Cependant, la dynamique de l’inflation cosmique efface la séparation entre la physique classique et la physique quantique. En conséquence, la théorie d’Einstein se décompose en une inflation cosmique.”

La dernière théorie de Hawking est basée sur la théorie des cordes, l’un des cadres qui tente de concilier la relativité générale avec la théorie quantique en remplaçant les particules ponctuelles de la physique des particules par de minuscules cordes vibrantes à une dimension.

Dans la théorie des cordes, le principe holographique propose qu’un volume d’espace puisse être décrit sur une frontière de dimensions inférieures ; ainsi l’Univers est comme un hologramme, dans lequel la réalité physique des espaces 3D peut être mathématiquement réduite en projections 2D sur leurs surfaces.

Les chercheurs ont développé une variation du principe holographique qui projette la dimension temporelle de l’inflation cosmique, ce qui leur a permis de décrire le concept sans avoir recours à la relativité générale.

Cela leur a ensuite permis de réduire mathématiquement l’inflation cosmique à un état intemporel sur une surface spatiale au début de l’Univers – un hologramme d’inflation cosmique.

“Lorsque nous retraçons l’évolution de notre Univers à rebours dans le temps, nous arrivons à un moment donné au seuil de l’inflation cosmique, où notre notion familière du temps cesse d’avoir un sens”, a dit Hertog.

En 1983, Hawking et un autre chercheur, le physicien James Hartle, ont proposé ce que l’on appelle la théorie de l’absence de frontière ou “l’état Hartle-Hawking”. Ils ont proposé qu’avant le Big Bang, il y avait de l’espace, mais pas de temps. Ainsi l’Univers, quand il a commencé, s’est étendu à partir d’un seul point, mais n’a pas de frontière.

Selon la nouvelle théorie, l’Univers primitif avait une limite, ce qui a permis à Hawking et Hertog d’obtenir des prévisions plus fiables sur la structure de l’Univers.

“Nous prédisons que notre Univers, aux plus grandes échelles, est raisonnablement lisse et globalement fini. Il ne s’agit donc pas d’une structure fractale”, a dit Hawking.

C’est un résultat qui ne réfute pas les multivers, mais les réduit à une gamme beaucoup plus petite – ce qui signifie que la théorie des multivers peut être plus facile à tester dans le futur, si le travail peut être reproduit et confirmé par les autres physiciens.

Hertog prévoit de le tester en recherchant des ondes gravitationnelles qui auraient pu être générées par l’inflation cosmique.

Ces ondes sont trop grandes pour être détectées par le LIGO, mais de futurs interféromètres à ondes gravitationnelles, comme le LISA spatial, et de futures études sur le fond cosmique des micro-ondes, pourraient les révéler.

La recherche de l’équipe a été publiée dans le Journal of High Energy Physics et peut être lue en entier sur arXiv. Bonne chance.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche


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