Une nouvelle étude suggère que le Big Bang n’était finalement pas le commencement de l'Univers, mais le Résultat d’un Effondrement Gravitationnel qui a formé un trou noir !
Notre univers se trouve-t-il à l’intérieur d’un trou noir ?
Et si le Big Bang n’était pas le commencement de toute chose, mais le rebond d’un effondrement gravitationnel colossal ?
Enrique Gaztanaga :
Le Big Bang est souvent décrit comme la naissance explosive de l’univers, un moment singulier où l’espace, le temps et la matière ont vu le jour.
Mais et si ce n’était pas du tout le commencement ?
Et si notre univers était issu d’autre chose, quelque chose de plus familier et de plus radical à la fois ?
Dans un nouvel article publié dans Physical Review D, mes collègues et moi-même proposons une alternative surprenante.
Dans un nouvel article publié dans Physical Review D, mes collègues et moi-même proposons une alternative surprenante.
Nos calculs suggèrent que le Big Bang n’était pas le commencement de toute chose, mais plutôt le résultat d’un effondrement gravitationnel qui a formé un trou noir très massif, suivi d’un rebond à l’intérieur de celui-ci.
Cette idée, que nous appelons l’univers des trous noirs, offre une vision radicalement différente des origines cosmiques, mais elle repose entièrement sur la physique et les observations connues.
Le modèle cosmologique standard actuel, basé sur le Big Bang et l’inflation cosmique (l’idée que l’univers primitif a rapidement explosé en taille), a remarquablement bien réussi à expliquer la structure et l’évolution de l’univers.
Cette idée, que nous appelons l’univers des trous noirs, offre une vision radicalement différente des origines cosmiques, mais elle repose entièrement sur la physique et les observations connues.
Le modèle cosmologique standard actuel, basé sur le Big Bang et l’inflation cosmique (l’idée que l’univers primitif a rapidement explosé en taille), a remarquablement bien réussi à expliquer la structure et l’évolution de l’univers.
Mais cela a un prix : il laisse sans réponse certaines des questions les plus fondamentales.
D’une part, le modèle du Big Bang commence par une singularité, un point de densité infinie où les lois de la physique ne s’appliquent plus.
D’une part, le modèle du Big Bang commence par une singularité, un point de densité infinie où les lois de la physique ne s’appliquent plus.
Il ne s’agit pas seulement d’un problème technique, mais d’un problème théorique profond qui suggère que nous ne comprenons pas vraiment le commencement.
Pour expliquer la structure à grande échelle de l’univers, les physiciens ont introduit une brève phase d’expansion rapide dans l’univers primitif, appelée inflation cosmique, alimentée par un champ inconnu aux propriétés étranges.
Pour expliquer la structure à grande échelle de l’univers, les physiciens ont introduit une brève phase d’expansion rapide dans l’univers primitif, appelée inflation cosmique, alimentée par un champ inconnu aux propriétés étranges.
Plus tard, pour expliquer l’expansion accélérée observée aujourd’hui, ils ont ajouté un autre élément "mystérieux" : l’énergie noire.
En bref, le modèle standard de la cosmologie fonctionne bien, mais uniquement en introduisant de nouveaux éléments que nous n’avons jamais observés directement.
En bref, le modèle standard de la cosmologie fonctionne bien, mais uniquement en introduisant de nouveaux éléments que nous n’avons jamais observés directement.
Pendant ce temps, les questions les plus fondamentales restent sans réponse : d’où vient tout cela ?
Pourquoi cela a-t-il commencé ainsi ?
Et pourquoi l’univers est-il si plat, si lisse et si vaste ?
Nouveau modèle !
Notre nouveau modèle aborde ces questions sous un angle différent, en regardant vers l’intérieur plutôt que vers l’extérieur.
Nouveau modèle !
Notre nouveau modèle aborde ces questions sous un angle différent, en regardant vers l’intérieur plutôt que vers l’extérieur.
Au lieu de partir d’un univers en expansion et d’essayer de retracer ses origines, nous examinons ce qui se passe lorsqu’une concentration trop dense de matière s’effondre sous l’effet de la gravité.
Il s’agit d’un processus familier : les étoiles s’effondrent en trous noirs, qui comptent parmi les objets les mieux compris en physique.
Il s’agit d’un processus familier : les étoiles s’effondrent en trous noirs, qui comptent parmi les objets les mieux compris en physique.
Mais ce qui se passe à l’intérieur d’un trou noir, au-delà de l’horizon des événements d’où rien ne peut s’échapper, reste un mystère.
En 1965, le physicien britannique Roger Penrose a prouvé que dans des conditions très générales, l’effondrement gravitationnel devait conduire à une singularité.
En 1965, le physicien britannique Roger Penrose a prouvé que dans des conditions très générales, l’effondrement gravitationnel devait conduire à une singularité.
Ce résultat, développé par le physicien britannique Stephen Hawking et d’autres, sous-tend l’idée que les singularités, comme celle du Big Bang, sont inévitables.
Cette idée a valu à Penrose une partie du prix Nobel de physique 2020 et a inspiré le best-seller mondial de Hawking, "Une brève histoire du temps : du Big Bang aux trous noirs".
Cette idée a valu à Penrose une partie du prix Nobel de physique 2020 et a inspiré le best-seller mondial de Hawking, "Une brève histoire du temps : du Big Bang aux trous noirs".
Mais il y a une mise en garde.
Ces "théorèmes de singularité" s’appuient sur la "physique classique" qui décrit les objets macroscopiques ordinaires.
Si l’on inclut les effets de la mécanique quantique, qui régit le microcosme minuscule des atomes et des particules, comme nous devons le faire à des densités extrêmes, l’histoire peut changer.
Dans notre nouvel article, nous montrons que l’effondrement gravitationnel ne doit pas nécessairement aboutir à une singularité.
Nous trouvons une solution analytique exacte, c’est-à-dire un résultat mathématique sans approximations.
Nos calculs montrent que lorsque nous nous approchons de la singularité potentielle, la taille de l’univers change en fonction (hyperbolique) du temps cosmique.
Cette solution mathématique simple décrit comment un nuage de matière en effondrement peut atteindre un état de haute densité, puis rebondir vers l’extérieur dans une nouvelle phase d’expansion.
Mais comment se fait-il que les théorèmes de Penrose interdisent de tels résultats ?
Cette solution mathématique simple décrit comment un nuage de matière en effondrement peut atteindre un état de haute densité, puis rebondir vers l’extérieur dans une nouvelle phase d’expansion.
Mais comment se fait-il que les théorèmes de Penrose interdisent de tels résultats ?
Tout repose sur une règle appelée principe d’exclusion quantique, qui stipule que deux particules identiques appelées fermions ne peuvent occuper le même état quantique (tel que le moment cinétique ou "spin").
Et nous montrons que cette règle empêche les particules de la matière en effondrement d’être comprimées indéfiniment.
En conséquence, l’effondrement s’arrête et s’inverse.
Le rebond n’est pas seulement possible, il est inévitable dans les bonnes conditions.
Il est essentiel de noter que ce rebond se produit entièrement dans le cadre de la relativité générale, qui s’applique à grande échelle, comme pour les étoiles et les galaxies, combinée aux principes fondamentaux de la mécanique quantique, sans nécessiter de champs exotiques, de dimensions supplémentaires ou de physique spéculative.
Ce qui émerge de l’autre côté du rebond est un univers remarquablement similaire au nôtre.
Il est essentiel de noter que ce rebond se produit entièrement dans le cadre de la relativité générale, qui s’applique à grande échelle, comme pour les étoiles et les galaxies, combinée aux principes fondamentaux de la mécanique quantique, sans nécessiter de champs exotiques, de dimensions supplémentaires ou de physique spéculative.
Ce qui émerge de l’autre côté du rebond est un univers remarquablement similaire au nôtre.
Plus surprenant encore, le rebond produit naturellement les deux phases distinctes d’expansion accélérée – l’inflation et l’énergie noire – qui ne sont pas entraînées par des champs hypothétiques, mais par la physique du rebond lui-même.
Des prédictions vérifiables !
L’un des points forts de ce modèle est qu’il permet de faire des prédictions vérifiables. Il prédit une courbure spatiale positive faible mais non nulle, ce qui signifie que l’univers n’est pas exactement plat, mais légèrement courbé, comme la surface de la Terre.
Il s’agit simplement d’un vestige de la petite surdensité initiale qui a déclenché l’effondrement.
Des prédictions vérifiables !
L’un des points forts de ce modèle est qu’il permet de faire des prédictions vérifiables. Il prédit une courbure spatiale positive faible mais non nulle, ce qui signifie que l’univers n’est pas exactement plat, mais légèrement courbé, comme la surface de la Terre.
Il s’agit simplement d’un vestige de la petite surdensité initiale qui a déclenché l’effondrement.
Si les observations futures, telles que la mission Euclid en cours, confirment une petite courbure positive, cela constituerait un indice fort que notre univers est bien issu d’un tel rebond.
Ce modèle fait également des prédictions sur le taux d’expansion actuel de l’univers, ce qui a déjà été vérifié.
Ce modèle ne se contente pas de résoudre les problèmes techniques de la cosmologie standard.
Ce modèle ne se contente pas de résoudre les problèmes techniques de la cosmologie standard.
Il pourrait également apporter un nouvel éclairage sur d’autres mystères profonds de notre compréhension de l’univers primitif, tels que l’origine des trous noirs supermassifs, la nature de la matière noire ou la formation et l’évolution hiérarchiques des galaxies.
Ces questions seront explorées par de futures missions spatiales telles qu’Arrakihs, qui étudieront des caractéristiques diffuses telles que les halos stellaires (une structure sphérique d’étoiles et d’amas globulaires entourant les galaxies) et les galaxies satellites (des galaxies plus petites qui orbitent autour de galaxies plus grandes), difficiles à détecter avec les télescopes traditionnels depuis la Terre, et qui nous aideront à comprendre la matière noire et l’évolution des galaxies.
Ces phénomènes pourraient également être liés à des objets compacts reliques, tels que les trous noirs, qui se sont formés pendant la phase d’effondrement et ont survécu au rebond.
L’univers des trous noirs offre également une nouvelle perspective sur notre place dans le cosmos.
Ces questions seront explorées par de futures missions spatiales telles qu’Arrakihs, qui étudieront des caractéristiques diffuses telles que les halos stellaires (une structure sphérique d’étoiles et d’amas globulaires entourant les galaxies) et les galaxies satellites (des galaxies plus petites qui orbitent autour de galaxies plus grandes), difficiles à détecter avec les télescopes traditionnels depuis la Terre, et qui nous aideront à comprendre la matière noire et l’évolution des galaxies.
Ces phénomènes pourraient également être liés à des objets compacts reliques, tels que les trous noirs, qui se sont formés pendant la phase d’effondrement et ont survécu au rebond.
L’univers des trous noirs offre également une nouvelle perspective sur notre place dans le cosmos.
Dans ce cadre, tout notre univers observable se trouve à l’intérieur d’un trou noir formé dans un univers "parent" plus grand.
Nous ne sommes pas spéciaux, pas plus que ne l’était la Terre dans la vision géocentrique du monde qui a conduit Galilée (l’astronome qui a suggéré que la Terre tournait autour du Soleil aux XVIe et XVIIe siècles) à être assigné à résidence.
Nous n’assistons pas à la naissance de tout à partir de rien, mais plutôt à la poursuite d’un cycle cosmique façonné par la gravité, la mécanique quantique et les interconnexions profondes entre elles.
Enrique Gaztanaga, professeur à l’Institut de cosmologie et de gravitation (Université de Portsmouth), Université de Portsmouth
Traduction de The Conversation par Astro Univers
https://www.astrounivers.com/une-nouvelle-etude-suggere-que-le-big-bang-netait-finalement-pas-le-commencement/
Nous ne sommes pas spéciaux, pas plus que ne l’était la Terre dans la vision géocentrique du monde qui a conduit Galilée (l’astronome qui a suggéré que la Terre tournait autour du Soleil aux XVIe et XVIIe siècles) à être assigné à résidence.
Nous n’assistons pas à la naissance de tout à partir de rien, mais plutôt à la poursuite d’un cycle cosmique façonné par la gravité, la mécanique quantique et les interconnexions profondes entre elles.
Enrique Gaztanaga, professeur à l’Institut de cosmologie et de gravitation (Université de Portsmouth), Université de Portsmouth
Traduction de The Conversation par Astro Univers
https://www.astrounivers.com/une-nouvelle-etude-suggere-que-le-big-bang-netait-finalement-pas-le-commencement/