Ce n’est probablement pas nouveau pour vous que, en tant que résidents de ce bel univers que nous appelons notre maison, nous ne pouvons nous déplacer qu’à gauche ou à droite, en haut ou en bas, en avant ou en arrière. Et c’est tout. Il n’y a pas d’autres directions possibles qui ne soient pas une combinaison de ces trois-là.
Ce sont les trois dimensions spatiales de notre univers, et la raison pour laquelle nous en avons exactement trois (et non pas une ou deux, cinq ou 80) reste un mystère.
Ce n’est pas que les physiciens n’aient pas cherché de réponse – l’explication de la nature fondamentale de la réalité est tout simplement un casse-tête très difficile à résoudre. Mais un nouvel article a montré qu’un univers soumis à nos lois thermodynamiques (qui décrivent la façon dont l’énergie se déplace) sera toujours coincé avec exactement trois dimensions spatiales. En gros, cet article vient d’expliquer l’Univers.
Les chercheurs, de l’Université de Salamanque en Espagne et de l’Institut national polytechnique du Mexique, l’ont expliqué à l’aide des première et deuxième lois de la thermodynamique.
Pour notre propos, ces lois stipulent qu’un système – qu’il s’agisse d’un univers, d’un être humain ou d’un rocher – ne peut rien faire qui nécessite plus d’énergie qu’il n’en a au départ, à moins qu’on ne lui en ajoute. Et si le système s’agrandit sans gagner d’énergie, comme nous pensons que c’est le cas de notre Univers, alors, en moyenne, il y a moins d’énergie disponible à un endroit donné.
Si l’on combine ces éléments, cela signifie qu’une fois que l’Univers a cessé d’avoir suffisamment d’énergie pour accomplir la même action partout, l’ensemble de l’Univers ne pourra plus jamais le faire – même si certaines de ses parties pourraient en être capables si elles pouvaient concentrer suffisamment d’énergie.
Nous y reviendrons sous peu, mais la description ci-dessus irrite probablement certains de mes collègues physiciens. Respirez profondément. Tout va bien se passer.
La thermodynamique fonctionne dans un nombre illimité de dimensions. Elle fonctionne dans notre univers 3D, bien sûr, mais aussi dans deux dimensions spatiales, où les seules directions possibles pour voyager sont la gauche, la droite et le haut et le bas. Dans un univers bidimensionnel, il serait physiquement impossible de reculer ou d’avancer, car cette direction n’existerait tout simplement pas.
Mais, comme l’expliquent les auteurs de ce nouvel article, publié dans Europhysics Letters, un univers pourrait également avoir quatre dimensions : gauche-droite, haut-bas, arrière-avant et “flirp-flarp” – ou quel que soit le nom que vous voulez donner à cette nouvelle direction
Dans cet univers, il serait possible de voyager dans une direction qui est totalement impossible dans notre univers. Et, de même, dans un tel univers, les lois de la thermodynamique pourraient fonctionner parfaitement bien.
En gardant cela à l’esprit, nous savons que l’énergie peut se déplacer d’un endroit à l’autre, mais il serait toujours impossible pour un système d’utiliser plus d’énergie que celle dont il dispose. Il en va de même pour cinq, six ou trente dimensions.
Les physiciens ont décidé de voir ce qui se passe si l’on crée un univers avec un nombre de dimensions totalement indéfini, un univers dans lequel on ne sait pas exactement dans combien de directions on peut se déplacer. Comme le rapporte Lisa Zyga pour Phys.org, ils ont découvert quelque chose d’intéressant.
Dans notre Univers incroyablement précoce – des millionièmes de trillionième de trillionième de trillionième de seconde après le Big Bang – tout était vraiment, vraiment chaud, et il y avait d’énormes quantités d’énergie dans chaque minuscule partie de l’espace. N’importe quel nombre de dimensions aurait pu fonctionner aussi bien à ce stade ; il n’y avait pas vraiment de moyen de faire la différence entre un univers à une dimension et un univers à sept dimensions.
Mais très rapidement après, alors que l’énergie se répandait, l’Univers s’est retrouvé pris dans une sorte d’ornière et n’avait pas assez d’énergie partout pour en sortir. Et n’oubliez pas : lorsque l’Univers n’a pas assez d’énergie pour sortir d’un endroit, il ne le fera jamais.
Selon l’équipe, l’Univers s’est installé dans une ornière à trois dimensions spatiales – exactement l’Univers que nous voyons aujourd’hui . L’article indique clairement que parmi tous les nombres de dimensions possibles, notre modeste nombre de trois était inévitable.
À propos, les chercheurs affirment également qu’il est possible, en théorie, de concentrer suffisamment d’énergie dans un minuscule morceau d’espace pour que, à cet endroit précis, l’Univers sorte momentanément de son ornière. Il faudrait peut-être un accélérateur de particules de la taille du système solaire, mais en principe, c’est faisable.
Si nous parvenons un jour à faire fonctionner un tel appareil, peut-être verrons-nous un proton, pour le plus fugace des instants, se déplacer en flèche sur quelques trillionièmes de mètre avant de revenir à la bonne vieille gauche.