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Univers fini, cordes et Stephen Hawking5 minutes de lecture

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Publiée dans le Journal of High Energy Physics, la nouvelle théorie élaborée par Stephen Hawking et Thomas Hertog simplifie l’Univers tel que nous pensons le connaître.

Un Univers plus simple

Soumise avant la mort du célèbre et regretté Stephen Hawking, la présente théorie se base sur la théorie des cordes pour prédire un univers fini et bien plus simple que dans les théories actuelles.

Annoncée lors du 75ème anniversaire de Stephen Hawking à l’Université de Cambridge part T. Hertog en Juillet 2017, le papier rompt avec les croyances actuelles.

Les théories modernes sur le big bang expliquent que les débuts de l’Univers se résument à un bref épisode d’inflation, c’est-à-dire qu’après un temps incommensurablement faible celui-ci s’est expandu de façon exponentielle. Actuellement, l’idée qu’il y ait des régions où l’expansion ne s’arrêtera jamais est couramment répandue au sein de la communauté scientifique : il est dit que les effets quantiques peuvent maintenir cette inflation à perpétuité de sorte à rendre l’inflation éternelle.

La théorie actuelle de l'inflation éternelle prédit que globalement notre univers est comme une fractale infinie, avec une mosaïque d'univers différents séparés par un océan inflationniste. Les lois locales de la physique et de la chimie peuvent différer dans ces différents Univers, qui ensemble forment un multivers. Mais je n’ai jamais été un fan des multivers. Si l’échelle des différents univers au sein du multivers est grande ou infinie, la théorie ne peut être testée.

Dans leur nouveau papier, Hawking et Hertog expliquent que cette théorie d’inflation post big bang est fausse.

Avant d’aller plus loin, voici un petit rappel sur la relativité générale, la mécanique quantique et la théorie des cordes par David Louapre :

Une réflexion basée sur la théorie des cordes

Le problème avec l’inflation éternelle est qu’elle laisse supposer que le fond de l’univers évolue selon la relativité générale d’Einstein et traite les effets quantiques comme de petites fluctuations autour de cela. Cependant, la dynamique de l’inflation éternelle efface la séparation entre la physique classique et la physique quantique. La théorie d’Einstein s’effondre dans l’inflation éternelle.

La théorie mise en avant par Hawking et Hertog se voit basée sur la théorie des cordes : une branche de la physique théorique qui essaye de réconcilier la gravité de la relativité générale et la physique quantique en décrivant les constituants fondamentaux de l’univers comme étant des « cordes en vibration ». Leur approche utilise le concept d’holographie dont le postulat est de dire que l’univers est un hologramme complexe : la réalité physique de certains espaces à 3 dimensions peut mathématiquement être réduits à des projections en 2 dimensions sur une surface donnée.

Nous prédisons que notre univers, à grande échelle, est raisonnablement lisse et globalement fini. Il n’est pas une structure fractale.

Hawking et Hertog ont développé une variation de ce concept d’holographie pour projeter la dimension temporelle dans l’inflation éternelle. Ceci leur a donc permis de décrire l’inflation sans avoir à reposer sur la théorie d’Einstein. Ici, ladite inflation est réduite à un état sans temps définie sur une surface spatiale.

Lorsque nous retraçons l'évolution de notre univers dans le temps, nous arrivons à un moment donné au seuil de l'inflation éternelle, où notre notion familière du temps cesse d'avoir un sens.

L’hypothèse précédente d’Hawking, prédisait que si nous remontions le temps au début de l’Univers, celui-ci rétrécissait et se refermait comme une sphère. Maintenant, leur travail va plus loin en expliquant qu’il y a une frontière à notre passé.

Via leur nouveau modèle, les deux physiciens ont pu déduire des prédictions plus fiables de la structure de l’univers. Ils ont alors prédit un univers émergeant de l’inflation éternelle comme étant fini et bien plus simple qu’une fractale infinie décrite dans les anciennes théories.

Si leurs travaux s’avèrent confirmés par de futurs travaux, les implications auront des impacts significatifs notamment sur le paradigme du multivers :

Nous ne sommes pas limités à un seul et unique univers mais nos résultats impliquent une réduction significative du multivers à un nombre limité d’univers possibles.

Cela rend la théorie plus prédictible et testable.

Hertog s’attèle maintenant à étudier les implications de leur nouvelle théorie à de plus petites échelles directement observables. Il pense que les ondes gravitationnelles générées à la sortie de l’inflation éternelle constituent un sujet prometteur pour tester le modèle. L’expansion de notre univers depuis le commencement pourrait avoir des longueurs d’ondes hors des capacités des détecteurs LIGO actuels mais pourraient être détectées par LISA, l’observatoire spatial européen.

Source : S. W. Hawking, Thomas Hertog. A smooth exit from eternal inflation? Journal of High Energy Physics, 2018.

A propos de l'auteur

Clément POIRET

Créateur et rédacteur du site Science Exploits, je suis aussi passionné de science et de sport. Je pratique très régulièrement de la gymnastique et du street workout/calisthenics. Je suis ici pour combiner ma passion pour les sciences et mon envie de partager ce que je trouve de plus intéressant parmi les nombreuses études scientifiques.

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