Depuis des décennies, les scientifiques caressent l’idée que notre Univers est – ou a été – un hologramme géant, où les lois de la physique ne requièrent que deux dimensions, mais où tout nous paraît tridimensionnel.
Comme vous pouvez l’imaginer, il ne s’agit pas d’une hypothèse facile à prouver, mais les physiciens affirment qu’ils disposent désormais de données d’observation de l’Univers primitif qui correspondent aussi bien au principe de l’hologramme qu’au modèle standard du Big Bang.
“Nous proposons d’utiliser cet Univers holographique, qui est un modèle de Big Bang très différent de celui, communément accepté, qui repose sur la gravité et l’inflation”, explique l’un des membres de l’équipe, Niayesh Afshordi, de l’université de Waterloo, dans l’Ontario (Canada).
“Chacun de ces modèles fait des prédictions distinctes que nous pouvons tester à mesure que nous affinons nos données et améliorons notre compréhension théorique – le tout dans les cinq prochaines années.”
Pour être clair, les chercheurs ne disent pas que nous vivons dans un hologramme en ce moment. Ils suggèrent qu’aux tout premiers stades de l’Univers – quelques centaines de milliers d’années après le Big Bang – tout était projeté en trois dimensions à partir d’une limite bidimensionnelle.
Si vous n’êtes pas familier avec la saga “Notre Univers est un hologramme “, sachez que dans les années 1990, le physicien Leonard Susskind a popularisé l’idée que les lois de la physique telles que nous les comprenons ne nécessitent pas techniquement trois dimensions.
Alors comment l’Univers peut-il paraître tridimensionnel, alors qu’il n’est en réalité que bidimensionnel ?
L’idée de base est que le volume de l’espace est “codé” sur une frontière – ou un horizon gravitationnel dépendant de l’observateur – ce qui signifie qu’il requiert une dimension de moins qu’il n’y paraît.
Ainsi, à l’instar d’un hologramme 3D projeté à partir d’un écran bidimensionnel, l’hypothèse affirme que les trois dimensions de notre Univers ont été projetées à partir d’une frontière bidimensionnelle.
Depuis 1997, plus de 10 000 articles ont été publiés à l’appui de cette idée, qui est donc beaucoup moins folle qu’il n’y paraît.
Aujourd’hui, Afshordi et son équipe annoncent qu’après avoir étudié les irrégularités du fond diffus cosmologique – la “rémanence” du Big Bang – ils ont trouvé des preuves solides en faveur d’une explication holographique des débuts de l’Univers.
“Imaginez que tout ce que vous voyez, sentez et entendez en trois dimensions (et votre perception du temps) émane en fait d’un champ plat à deux dimensions”, explique l’un des membres de l’équipe, Kostas Skenderis, de l’université de Southampton, au Royaume-Uni.
“L’idée est similaire à celle des hologrammes ordinaires, où une image tridimensionnelle est encodée dans une surface bidimensionnelle, comme dans l’hologramme d’une carte de crédit. Cependant, cette fois, c’est l’Univers tout entier qui est encodé.”
Paul McFadden
Si les physiciens ont envisagé le principe de l’hologramme, c’est parce que, même si le modèle standard du Big Bang semble beaucoup plus sensé, il comporte des lacunes si fondamentales qu’elles empêchent toute notre compréhension des lois de la physique.
Selon le scénario du Big Bang, des réactions chimiques ont provoqué une expansion massive qui a donné naissance à notre Univers, qui s’est gonflé à une vitesse vertigineuse au tout début.
Bien que la plupart des physiciens acceptent la réalité de l’inflation cosmique, personne n’a été capable de comprendre le mécanisme exact responsable de l’expansion de l’Univers à une vitesse supérieure à celle de la lumière, passant de la taille subatomique à la taille d’une balle de golf presque instantanément.
En fait, tout comme nos théories actuelles de la relativité générale et de la mécanique quantique ne s’accord ent pas lorsque nous essayons d’expliquer le comportement de choses énormes jusqu’à leurs atomes, ces lois fondamentales de la physique ne peuvent pas expliquer comment tous les ingrédients de l’Univers ont pu être rassemblés dans un paquet incroyablement petit.
“Une [hypothèse] qui tente de réconcilier les deux, la gravité quantique, dit que si l’on abandonne une dimension spatiale, on peut aussi abandonner la gravité dans ses calculs pour faciliter les choses”, explique Ryan F. Mandelbaum pour Gizmodo.
C’est là qu’intervient le principe de l’hologramme.
“C’est un principe holographique dans le sens où il existe une description de l’Univers basée sur un système de dimensions inférieures cohérent avec tout ce que nous voyons depuis le Big Bang”, explique Afshordi à Mandelbaum.
Pour tester dans quelle mesure le principe de l’hologramme pouvait expliquer les événements du Big Bang et de ses suites, l’équipe a construit un modèle à une dimension temporelle et à deux dimensions spatiales.
Lorsqu’ils ont introduit les données réelles de l’Univers, y compris les observations du fond diffus cosmologique (rayonnement thermique émis quelques centaines de milliers d’années après le Big Bang), ils ont constaté que les deux modèles s’accordaient parfaitement.
Mais il y a un hic : la correspondance n’est parfaite que lorsque l’Univers modélisé ne fait pas plus de 10 degrés de large.
Les chercheurs affirment qu’ils sont loin de prouver que l’Univers primitif était en fait une projection holographique, mais le fait que des observations du monde réel puissent expliquer des parties manquantes des lois de la physique en deux dimensions signifie que nous ne pouvons pas raisonnablement l’exclure.
Cela signifie-t-il qu’il est possible que nous vivions tous dans un hologramme en ce moment même ? Pas tout à fait, répond Afshordi. Leur modèle ne s’applique qu’à l’Univers à ses tout premiers stades.
La question de savoir comment les choses sont passées de deux à trois dimensions n’est plus qu’une hypothèse.
“Je dirais que vous ne vivez pas dans un hologramme, mais vous pourriez en être sorti”, a déclaré Afshordi à Gizmodo. “[En 2017], il y a définitivement trois dimensions”
Les recherches ont été publiées dans la revue Physical Review Letters.