Avant le Big Bang: l'amnésie de l'Univers...
Publié par Michel le 04/07/2007 à 00:00
Source: PhysicsWeb
Tous les physiciens ne pensent pas que le temps a commencé avec le Big Bang, qui pourrait n'avoir été qu'une transition entre un univers en contraction et le nôtre, en expansion. Martin Bojowald de l'université de Pennsylvanie a étudié le modèle de la "gravitation quantique à boucles (La gravitation quantique à boucles est une tentative de créer une théorie de la gravitation quantique, et donc d'unifier la théorie de la relativité générale d'Einstein et les concepts de la physique quantique....)" pour démontrer que même si un tel univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) "pré-Big Bang" avait existé, il nous serait impossible d'en saisir certains aspects (Etude à paraître dans Nature Physics).

On imagine le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles cosmologiques qui la...) comme la "boule de feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.)" qui, il y a environ 14 milliards d'années, a déclenché (Un déclenché (ou tonneau déclenché) est une figure de voltige aérienne.) l'expansion d'un état prodigieusement chaud et dense ayant finement abouti au vaste cosmos que nous connaissons aujourd'hui. Mais en 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...) classique apparaît un problème: au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) et à mesure que nous extrapolons nos modèles vers le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une...), ceux-ci prédisent le Big Bang comme un 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...) d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) et de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de...) infinies, une singularité (D'une manière générale, le mot singularité décrit le caractère singulier de quelque chose ou de quelqu'un. En particulier, le terme est employé dans les domaines suivants :). Les modèles classiques parviennent jusqu'à cent milliardièmes de seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La...) de cette singularité, mais leurs équations perdent toute signification avant.

Pour comprendre l'univers de ces temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) primordiaux, les physiciens doivent envisager une théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...) unifiant les trois forces les plus intenses de la nature (l'électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude des phénomènes électriques et magnétiques dans leur synthèse du...) et les interactions forte et faible) à la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.). En clair, ils doivent réconcilier la théorie gravitationnelle d'Einstein, la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels...), avec la mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques qu'on regroupe sous l'appellation générale de...), et produire une théorie quantique de la gravitation.

Une de ces théories est la "gravitation quantique à boucles" (LQG), qui suppose que le temps procède en sauts quantiques finis. Pour la LQG, les énergies qui prennent classiquement des valeurs arbitrairement élevées sont limitées par une borne supérieure. "J'ai réalisé il y a environ six ans que cette théorie permettait d'éviter la singularité, mais les équations que j'utilisais alors étaient encore trop compliquées pour montrer la forme précise de l'état quantique (En mécanique quantique, l'état d'un système décrit tous les aspects du système physique. Il est représenté par un objet mathématique qui donne le maximum d'information possible sur le système, dans le but de...)", affirme Bojowald.

Cette disparition de la singularité, cependant, autorise d'envisager que l'univers ait pu exister avant le Big Bang (Avant le big bang est un essai controversé d'Igor et Grichka Bogdanoff publié aux éditions Grasset en 2004[1]. Il a été réédité en collection de poche à l'automne 2006[2].) dans un état "opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à ajouté à n donne zéro. En botanique, les organes d'une plante sont dits opposés lorsqu'ils sont insérés au même niveau, l'un en face de...)" à l'expansion actuelle. Ceci signifierait que le Big Bang n'ait pas marqué le début de l'univers, mais qu'il ait été une transition, un "rebond" de celui-ci, passant d'un état en effondrement à un état en expansion.

Bojowald étudie actuellement notre capacité à jeter un œil sur cet univers de pré Big Bang. A partir d'un modèle basé sur la LQG qu'il a conçu cette année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.), dans lequel l'état de l'univers est défini par quelques paramètres (son expansion actuelle, la quantité de matière (La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités chimiques ou physiques élémentaires. L'unité qui lui correspond est la mole.) présente, la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les...) de la gravitation...) puis en simplifiant graduellement son modèle, il a pu déterminer des équations de l'état de l'univers possédant des solutions au moment précis du Big Bang.

Nous vivions dans une ère de post Big Bang, et bénéficions d'un espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé...) assez lisse. Mais avant le Big Bang, si un tel moment a jamais existé, il est possible que l'univers se soit trouvé dans un état de fluctuation quantique dans lequel le concept même de temps pourrait n'avoir eu que peu de signification. Bojowald a constaté que la propre taille de notre univers actuel provoquait une incertitude fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) dans ses équations qui nous empêcherait à jamais d'apprendre quoique que ce soit sur l'importance des fluctuations quantiques d'avant le Big Bang.

Ceci signifie que nous ne pourrions, par exemple, pas effectuer de calculs "inversés" pour remonter tous les aspects de l'univers avant le Big Bang - ce que Bojowald appelle "l'amnésie (L'amnésie est la perte partielle ou totale de la mémoire.) cosmique". "Le fait que certaines propriétés ne pouvaient pas être prédites complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité...) fut une surprise", indique le scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...). Mais il ajoute que certains aspects liés au comportement classique, comme la taille de l'univers et son taux de contraction, pourraient en principe être déterminés.

John Barrett, théoricien quantique de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation...) de Nottingham, précise que la LQG ne fait pas l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par...) d'un vaste consensus parmi les théoriciens, ce qui pourrait mettre les conclusions de Bojowald en porte-à-faux. "La LQG n'est encore qu'un gâteau à demi cuit", indique-t-il, "et certains aspects pour en faire une théorie quantique complète de la gravitation manquent encore à l'appel."

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