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Posté par Michel le Vendredi 23/06/2006 à 00:00
Théorie: Stephen Hawking réécrit la cosmologie... à l’envers
Comment l'Univers a-t-il commencé ? Beaucoup de scientifiques considéreraient ceci comme une des questions les plus essentielles parmi toutes. Mais pour Stephen Hawking, l’homme qui s’est peut-être approché le plus près de la réponse, la question n'existe en fait même pas. Pour comprendre l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), nous devons commencer à partir d’ici et de maintenant.

Hawking, basé à l'université britannique de Cambridge, et Thomas Hertog du Laboratoire Européen de Physique des Particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi physique des hautes...) au CERN à Genève, sont sur le point (Graphie) de publier un article dans lequel ils avancent que l'Univers n'a pas eu un commencement unique. Au lieu de cela, selon eux, l’Univers a démarré de toutes les façons imaginables (et peut-être d’autres qui ne le sont même pas).


L'univers a pu naître dans d’innombrables versions différentes

De cette profusion d’origines, la grande majorité se sont détériorées sans laisser une quelconque empreinte réelle sur l'Univers que nous connaissons aujourd'hui. Seule une fraction minuscule d'entre elles ont fusionné pour composer le cosmos actuel, selon les scientifiques. C’est, insistent-ils, la seule conclusion possible si nous prenons sérieusement la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) quantique en compte. "La mécanique quantique interdit une histoire (Les Histoires ou l'Enquête (en grec ancien Ἱστορίαι / Historíai) sont la seule œuvre connue de l'historien grec Hérodote. Le titre signifie...) unique", indique Hertog.

La théorie des chercheurs vient en réponse à un problème soulevé par la théorie des cordes, une des meilleures candidates pour la théorie du Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.). La théorie des cordes autorise d’innombrables types d'univers, la plupart d'entre eux très différents du notre. Certains physiciens soupçonnent qu'un facteur inconnu apparaîtra et éliminera la plupart de ces univers.

Cependant Hawking et Hertog indiquent que les innombrables « mondes alternatifs » de la théorie des cordes pourraient avoir eu une existence réelle. Nous devrions décrire l'Univers dans les premiers instants du Big-Bang (Le Big Bang[1] désigne l’époque dense et chaude qu’a connue l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que...) comme une superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut possèder plusieurs valeurs pour une certaine...) de toutes ces possibilités, comme des milliards de films projetés les uns sur les autres.

On ajoute tout…

Ceci pourrait sembler étrange, mais c'est précisément la vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) adoptée par la théorie quantique. Pensez à une particule de lumière atteignant notre oeil depuis une lampe. Le bon sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du...) suggère qu'elle se déplace simplement en ligne droite de l'ampoule à l'oeil. Cependant, pour faire des prévisions correctes sur le comportement des particules, la mécanique quantique doit également considérer toutes les autres trajectoires possibles, y compris celles pour lesquelles, par exemple, le photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement...) rebondit sur les murs des milliers de fois avant de nous atteindre.

Cette sommation de toutes les trajectoires, proposée dans les années 60 par le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les...) Richard Feynman et d'autres, est la seule façon d'expliquer certaines des propriétés bizarres des particules quantiques, telles que leur capacité apparente de se trouver à deux endroits simultanément. Le point clé est que toutes les trajectoires ne contribuent pas de manière égale au comportement du photon: la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) en ligne droite domine sur les trajectoires indirectes. Hertog argue du fait que la même chose doit être vraie pour les trajectoires qu’a pris l'Univers à travers le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) jusqu’à son état actuel. Nous devons le considérer comme la somme de toutes les histoires possibles.

Du haut vers le bas…

Hertog et Hawking nomment leur théorie la cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) « top-down », parce qu'au lieu de rechercher un certain ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) fondamental de lois physiques initiales en vertu desquelles notre univers s’est déployé, elle commence « par en haut », avec ce que nous voyons aujourd'hui, et travaille « vers le bas » (à reculons) pour analyser ce qu’a pu être l'ensemble initial de possibilités. En effet, remarque Hertog, le présent « sélectionne » son passé.

Quelques secondes après le Big-Bang, une histoire unique dominait déjà l'Univers, selon lui. Ainsi du point de vue « classique » des grands objets comme les étoiles et les galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette...), les choses se sont produites d’une seule manière après cet instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.). Les autres « histoires », par exemple celles pour lesquelles la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus...) ne se serait formée qu’il y a 4.000 ans, n'ont ensuite plus apporté de contribution significative à cette évolution cosmique.

Mais dans les tout premiers instants du Big-Bang, il existait une superposition des versions extrêmement différentes de l'Univers, et non une histoire unique. Et, plus crucialement, Hertog indique que "notre univers actuel possède encore certaines caractéristiques ‘congelées’ de cette mixture quantique primordiale".

En d'autres termes, certaines de ces histoires alternatives (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié en 1945.) ont laissé leur empreinte. C'est pourquoi Hertog et Hawking insistent sur le fait que leur cosmologie « top-down » est testable. Hertog indique que la théorie prévoit le modèle des variations de l'intensité du fond de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) micro-onde (Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques de longueur d'onde intermédiaire entre l'infrarouge et les ondes de radiodiffusion. Le...), cette post luminescence (La luminescence est une émission de lumière dite "froide", par opposition à l'incandescence qui elle est chaude.) du Big-Bang désormais imprimée dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.), qui révèle des fluctuations dans la boule de feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.) de l'Univers naissant. Ces variations sont infimes, mais les détecteurs spatiaux les ont mesurées toujours plus précisément depuis plusieurs années. En affinant leur cosmologie « top-down », les deux chercheurs espèrent pouvoir calculer le spectre de ces fluctuations micro-onde et le comparer aux observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens...).

Leur théorie suggère également une réponse à l’énigme posée par certaines des « constantes de la nature » qui semblent si finement accordées à une valeur qui permette à la vie (La vie est le nom donné :) d’évoluer. Si nous partons du point où nous en sommes actuellement, il est évident que l'Univers actuel doit « sélectionner » les histoires qui mènent à ces conditions. Autrement nous ne serions tout simplement pas ici.

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Source: Nature
Illustration: NASA/ESA