Des physiciens ont émis une nouvelle idée audacieuse pour expliquer le mystère persistant de l’expansion de notre Univers : nous pourrions en fait vivre dans une “bulle” entre d’autres espaces à cinq dimensions.
Si cela vous fait mal au cerveau, ne vous inquiétez pas, c’est normal. Mais nous pouvons décomposer la situation.
L’Univers tel que nous le connaissons a quatre dimensions : les trois dimensions de l’espace (haut et bas, gauche et droite, avant et arrière) et la dimension du temps qui nous fait avancer.
Mais cette nouvelle solution proposée par des physiciens de l’université d’Uppsala, en Suède, suggère qu’il existe d’autres types d’espace à cinq dimensions, et que lorsque deux de ces espaces se rejoignent, la jonction forme une bulle en expansion.
“L’Univers entier est logé au bord de cette bulle en expansion”, explique un communiqué de presse d’Uppsala.
“Il est concevable qu’il y ait plus de bulles que la nôtre, correspondant à d’autres univers”
C’est assez fou, mais il y a un objectif incroyablement important ici – essayer d’expliquer enfin ce qui se passe avec “l’énergie sombre”, la force théorique responsable de l’expansion constante de notre Univers.
Depuis des décennies, les chercheurs tentent de résoudre le problème de l’énergie noire à l’aide de la théorie des cordes, sans grand succès.
La théorie des cordes est l’un des concepts de la science “grande idée, dommage pour les faits”. Elle est élégante et porte l’espoir de réconcilier des idées incompatibles de la physique.
Elle est née des premiers efforts déployés pour ajouter des dimensions à la relativité générale, suggérant que les propriétés de la matière, telles que la charge et le spin, sont la conséquence de “cordes” unidimensionnelles se déplaçant dans plusieurs dimensions.
Ces cordes peuvent se comporter de manière très variée, en fonction du nombre de dimensions ajoutées ou d’autres propriétés contraignantes, ce qui donne lieu à quelque 10^500 solutions, dont le mélange de caractéristiques de notre Univers n’est qu’une seule.
Le problème est qu’il devient de plus en plus clair que la théorie des cordes est également fausse, et incompatible avec ce que nous observons dans l’Univers.
Et là où elle n’est même pas fausse, elle est peu pratique, voire impossible à tester. Alors pourquoi s’en préoccuper ?
Eh bien, il y a plus d’une façon d’avoir tort en science. Certaines erreurs sont pires que d’autres, et bien qu’elle ait des problèmes majeurs, la théorie des cordes est comme une vieille voiture qui ne roule plus mais qui a encore beaucoup de ferraille.
Prenez cette histoire d’expansion de l’espace.
Depuis un certain temps, nous attribuons ce phénomène à une force appelée énergie sombre, qui consiste à ajouter de l’espace sans détruire les objets qui y flottent.
Nous avons appelé cette solution la solution de l’Univers de Sitter, d’après l’astrophysicien néerlandais Willem de Sitter, et il est assez largement admis qu’elle correspond bien à ce que nous voyons.
Malheureusement, aucune des variantes passées de la théorie des cordes n’est en mesure de décrire ce qui se passe. Elles ne fonctionnent que si l’énergie du vide est décroissante, ou du moins régulièrement négative.
Nous pouvons donc abandonner l’idée des cordes ou jeter le modèle de Sitter que nous avons appris à connaître et à aimer.
Mais les chercheurs suédois viennent de proposer une nouvelle solution qui conserve à la fois la théorie des cordes et la solution de l’univers de Sitter.
Cette solution est basée sur une autre idée qui a vu le jour il y a environ 20 ans. À l’époque, les physiciens théoriciens américains Lisa Randall et Raman Sundrum ont proposé des modèles alternatifs de l’Univers basés sur différents types d’espaces à 5 dimensions se rejoignant en un point appelé branes, dans le but de résoudre le problème de la faiblesse de la gravité par rapport aux autres forces.
Pensez à une sorte d’espace qui bouge avec le temps, qui a un haut et un bas, une gauche et une droite, un avant et un arrière… et quelque chose d’autre. Non, je ne sais pas non plus à quoi ça ressemble.
Il est important de noter que c’est aussi ce que nous appelons un espace anti-de Sitter. Contrairement au nôtre, celui-ci n’est pas dominé par l’énergie noire et possède le bon type d’énergie négative.
Collez deux de ces espaces anti-de Sitter 5D ensemble. Randall et Sundrum ont proposé différentes branes qui pourraient aider à expliquer différentes forces.
Dans ce cas, les chercheurs ont utilisé le même type d’espaces pour décrire notre propre Univers 4D en expansion, avec des particules qui transfèrent la bonne quantité de gravité.
Où la théorie des cordes entre-t-elle en jeu ? Ce sont les “cordes” (les faisceaux lumineux dans l’image en haut de cette page) qui s’étendent de la dimension supplémentaire à notre Univers, lui donnant ainsi sa “saveur” particulière.
“Toute la matière existante dans l’Univers correspond aux extrémités des cordes qui s’étendent dans la dimension supplémentaire”, explique le communiqué de presse.
Plus important encore, contrairement aux modèles existants de la théorie des cordes, cette théorie fonctionne toujours grâce à ces espaces anti-de Sitter. En fait, il décrit quelque chose comme une bulle en expansion, avec un espace 5D à l’intérieur et à l’extérieur.
Comme tous les autres modèles de cordes, il est peu probable qu’ils aient trouvé la solution d’un seul coup. Vivre à la surface d’une bulle inter-dimensionnelle est une pensée poétique, mais qui reste extrêmement spéculative.
La physique en arrive à un point où nous allons devoir lancer des idées intéressantes qui fonctionnent sur le papier, puis voir ce qui correspond à la réalité.
Quelque part dans ces notions étranges de cordes vibrantes et d’univers à bulles, il y aura des conclusions qui ressembleront étrangement aux statistiques étranges qui apparaissent dans les accélérateurs de particules ou aux chiffres qui refusent de s’additionner dans les observations astronomiques.
Et peut-être – juste peut-être – ces bribes de la théorie des cordes se retrouveront-elles dans la prochaine génération des plus grandes idées de la physique.
Cette recherche a été publiée dans Physical Review Letters.