L’existence d’univers parallèles peut sembler être une idée inventée par les auteurs de science-fiction, sans grand rapport avec la physique théorique moderne. Pourtant, l’idée que nous vivons dans un “multivers ” composé d’un nombre infini d’univers parallèles est depuis longtemps considérée comme une possibilité scientifique, même si elle fait encore l’objet d’un vif débat parmi les physiciens. La course est désormais lancée pour trouver un moyen de tester cette théorie, notamment en scrutant le ciel à la recherche de signes de collisions avec d’autres univers.
Il est important de garder à l’esprit que la vision des multivers n’est pas réellement une théorie, mais plutôt une conséquence de notre compréhension actuelle de la physique théorique. Cette distinction est cruciale. Nous n’avons pas agité nos mains et dit : “Qu’il y ait un multivers”. Au contraire, l’idée que l’Univers est peut-être un parmi une infinité d’autres est dérivée des théories actuelles comme la mécanique quantique et la théorie des cordes.
L’interprétation des mondes multiples
Vous avez peut-être entendu parler de l’expérience de pensée du chat de Schrödinger, un animal effrayant qui vit dans une boîte fermée. Le fait d’ouvrir la boîte nous permet de suivre l’une des histoires futures possibles de notre chat, y compris celle où il est à la fois mort et vivant. La raison pour laquelle cela semble si impossible est simplement que notre intuition humaine n’y est pas habituée.
Mais c’est tout à fait possible selon les règles étranges de la mécanique quantique. La raison pour laquelle cela peut se produire est que l’espace des possibilités en mécanique quantique est énorme. Mathématiquement, un état de la mécanique quantique est une somme (ou superposition) de tous les états possibles. Dans le cas du chat de Schrödinger, le chat est la superposition d’états “mort” et “vivant”.
Mais comment interpréter cela pour que cela ait un sens pratique ? Une façon populaire de le faire est de considérer toutes ces possibilités comme des dispositifs de comptabilité, de sorte que le seul état “objectivement vrai” du chat est celui que nous observons. Cependant, on peut tout aussi bien choisir d’accepter que toutes ces possibilités sont vraies, et qu’elles existent dans différents univers d’un multivers.
Le paysage des cordes
la théorie des cordes, selon laquelle toutes les particules fondamentales sont constituées de cordes unidimensionnelles, peut décrire toutes les forces connues de la nature à la fois : la gravité, l’électromagnétisme et les forces nucléaires. La théorie des cordes est l’une des voies les plus prometteuses, sinon la plus prometteuse, pour pouvoir unifier la mécanique quantique et la gravité. Cette tâche est notoirement difficile car la force gravitationnelle est si difficile à décrire à de petites échelles comme celles des atomes et des particules subatomiques – ce qui est la science de la mécanique quantique. Mais
Cependant, pour que la théorie des cordes fonctionne mathématiquement, elle nécessite au moins dix dimensions physiques. Comme nous ne pouvons observer que quatre dimensions : la hauteur, la largeur, la profondeur (toutes spatiales) et le temps (temporelles), les dimensions supplémentaires de la théorie des cordes doivent donc être cachées d’une manière ou d’une autre pour qu’elle soit correcte. Pour pouvoir utiliser la théorie afin d’expliquer les phénomènes physiques que nous observons, ces dimensions supplémentaires doivent être “compactées” en étant enroulées de telle sorte qu’elles soient trop petites pour être vues. Peut-être que pour chaque point de nos quatre grandes dimensions, il existe six directions supplémentaires indiscernables ?
L’un des problèmes, ou plutôt l’une des caractéristiques de la théorie des cordes, c’est qu’il existe de nombreuses façons de réaliser cette compactification – 10500 possibilités est un chiffre dont on parle souvent. Chacune de ces compactifications aboutira à un univers doté de lois physiques différentes – telles que des masses d’électrons différentes et des constantes de gravité différentes. Cependant, la méthodologie de la compactification fait également l’objet d’objections vigoureuses, de sorte que la question n’est pas tout à fait réglée.
Dans ces conditions, la question évidente est la suivante : dans lequel de ces paysages de possibilités vivons-nous ? La théorie des cordes elle-même ne fournit pas de mécanisme permettant de le prédire, ce qui la rend inutile puisque nous ne pouvons pas la tester. Mais heureusement, une idée issue de notre étude de la cosmologie de l’univers primitif a transformé ce bogue en une caractéristique.
L’univers primitif
Au tout début de l’Univers, juste après le Big Bang, l’Univers a connu une période d’expansion accélérée appelée inflation. L’inflation a été invoquée à l’origine pour expliquer pourquoi la température de l’Univers observé actuellement est presque uniforme. Toutefois, la théorie prévoyait également un spectre de fluctuations de température autour de cet équilibre, ce qui a été confirmé ultérieurement par plusieurs engins spatiaux tels que Cosmic Background Explorer, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe et PLANCK.
Bien que les détails exacts de la théorie fassent encore l’objet de vifs débats, l’inflation est largement acceptée par les physiciens. Cependant, une conséquence de cette théorie est qu’il doit y avoir d’autres parties de l’Univers qui sont toujours en accélération. Cependant, en raison des fluctuations quantiques de l’espace-temps, certaines parties de l’Univers n’atteignent jamais réellement l’état final de l’inflation. Cela signifie que l’Univers est, du moins selon notre compréhension actuelle, en éternelle inflation. Certaines parties peuvent donc finir par devenir d’autres univers, qui pourraient devenir d’autres univers, etc. Ce mécanisme génère un nombre infini d’univers.
En combinant ce scénario avec la théorie des cordes, il est possible que chacun de ces univers possède une compactification différente des dimensions supplémentaires et donc des lois physiques différentes.
Le fond diffus cosmologique. Scruté à la recherche d’ondes gravitationnelles et de signes de collisions avec d’autres univers. NASA / Équipe scientifique WMAP/wikimedia
Tester la théorie
Les univers prédits par la théorie des cordes et l’inflation vivent dans le même espace physique (contrairement aux nombreux univers de la mécanique quantique qui vivent dans un espace mathématique), ils peuvent se chevaucher ou entrer en collision. En effet, ils doivent inévitablement entrer en collision, laissant dans le ciel cosmique des signatures possibles que nous pouvons essayer de rechercher.
Les détails exacts de ces signatures dépendent intimement des modèles – allant du fond diffus cosmologique aux vides anormaux dans la distribution des galaxies. Néanmoins, étant donné que les collisions avec d’autres univers doivent se produire dans une direction particulière, on s’attend généralement à ce que toute signature rompe l’uniformité de notre Univers observable. points froids ou chauds dans l’univers
Ces signatures sont activement recherchées par les scientifiques. Certains les recherchent directement à travers les ondes gravitationnelles, qui sont des ondulations dans l’espace-temps lors du passage d’objets massifs. De telles ondes pourraient prouver directement l’existence de l’inflation, ce qui, en fin de compte, renforce le soutien à la théorie des multivers. dans le fond diffus cosmologique, la rémanence du Big Bang. Cependant, aucune signature de ce type n’a encore été observée. D’autres cherchent un soutien indirect, comme
Il est difficile de prévoir si nous serons un jour en mesure de prouver leur existence. Mais étant donné les implications considérables d’une telle découverte, les recherches en valent vraiment la peine.