Au lieu du Big Bang, certains physiciens ont suggéré que notre univers peut provenir d'un gros rebond après un autre univers d'univers – mais la théorie quantique pourrait exclure cela
Le cosmos est-il sorti d'un grand rebond d'un autre univers?
Notre univers pourrait-il se développer puis rétrécir dans un petit point, revivant une sorte de big bang encore et encore? Probablement pas, selon une analyse mathématique qui soutient que les lois de la physique interdisent un univers cyclique.
Un moment clé dans la vie d'un univers cyclique est le grand rebond, une alternative au Big Bang comme le début de l'univers connu. Le Big Bang commence par une singularité – la matière et l'énergie emballées dans un point si dense que la gravité devient suffisamment forte pour échapper aux lois de la physique telles que nous les comprenons – suivie d'une expansion extérieure sans fin. Mais si l'univers commençait par un gros rebond, nous pourrions regarder au-delà de ce que nous considérons comme le début et voir un autre univers contrat pour former un point incroyablement dense, mais pas nécessairement une singularité, avant de rebondir dans l'univers en expansion dans lequel nous vivons aujourd'hui.
La question de savoir si le temps doit commencer par une singularité est donc central pour déterminer l'histoire et le sort de notre cosmos. Si le grand rebond était le début de notre univers, il pourrait également faire partie de notre avenir. Le premier indice pour savoir si cela est possible de 1965, lorsque Roger Penrose à l'Université d'Oxford a prouvé que la relativité générale – notre meilleure théorie de la gravité – se décompose toujours. Il étudiait les trous noirs, un autre endroit où la gravité est suffisamment forte pour briser le tissu de l'espace-temps. Penrose a montré que cela est inévitable: lorsque la gravité devient excessivement forte, les singularités ne peuvent pas être évitées.
Maintenant, Raphael Bousso à l'Université de Californie à Berkeley, a ajouté un ingrédient clé pour renforcer cette constatation. Son analyse explique la quantité de quantum de l'univers.
Les travaux de Penrose n'incluaient pas la théorie quantique, et Bousso dit que les calculs passés qui ont été lancés par Aron Wall à l'Université de Cambridge, ne considéraient que une gravité très faible. L'analyse de Bousso ne limite pas la force de la gravité, et il dit qu'elle «exclut catégoriquement» les univers cycliques. À son avis, son travail prouve que la singularité du Big Bang est inévitable.
«À mon avis, c'est une généralisation très importante du théorème d'origine par Penrose, et son extension par Wall», explique Onkar Parrikar à l'Institut Tata de recherche fondamentale en Inde.
Chris Akers de l'Université du Colorado Boulder dit que c'est un grand pas en avant car il est valable pour «beaucoup plus de physique quantique» que les travaux antérieurs. Il dit que le nouveau travail met de gros modèles de rebond dans un «endroit plus serré».
Les calculs de Bousso reposent sur la deuxième loi généralisée de la thermodynamique, qui élargit la deuxième loi standard pour décrire le comportement de l'entropie dans et autour des trous noirs. Cette version généralisée n'a pas encore été définitivement prouvée, ce qui soulève le scepticisme quant aux implications du travail pour le grand rebond, explique Surjeet Rajendran à l'Université Johns Hopkins dans le Maryland.
En 2018, Rajendran et ses collègues ont construit un modèle mathématique d'un univers rebondissant qui a contourné les restrictions de théorèmes comme Bousso. Cependant, leur modèle comprenait plus de dimensions spatio-temps que nous avons observé jusqu'à présent, ce qui a laissé plusieurs questions à ce sujet.
«Comprendre notre histoire cosmique est sans doute l'un des efforts scientifiques les plus importants, et des scénarios alternatifs comme le grand rebond doivent être considérés avec soin», explique Akers.
Jackson Fliss à l'Université de Cambridge dit qu'en rebondissant les scénarios cosmiques, ce sont généralement des effets quantiques qui aident l'univers à rebondir loin d'un point dense. Excluant ces scénarios renforce notre compréhension de la façon dont la gravité quantique et pourrait nous aider à déterminer «Si nous avons vraiment besoin de la gravité quantique pour décrire complètement les intérieurs des trous noirs ou du Big Bang», dit-il.
Rajendran dit que le moyen le plus définitif de déterminer si notre univers a connu un rebond cosmique serait par des observations d'ondes gravitationnelles. Ces ondulations dans l'espace-temps pourraient transporter des signatures du rebond, mais elles seraient en fréquences actuellement inaccessibles aux détecteurs d'ondes gravitationnels. Les générations futures de détecteurs pourraient éventuellement accélérer ces fréquences, mais il n'est pas certain que certaines des mises à niveau prévues des détecteurs aux États-Unis se produisent en raison des coupes budgétaires proposées par l'administration Trump.
«Il s'agit de la gentillesse du monde pour avoir produit un signal suffisamment grand (pour la détection), et le monde actuel est-il suffisant pour permettre aux scientifiques de construire ces expériences?» dit Rajendran.
