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Les mathématiques de l'éternité prouvent que l'univers doit avoir eu un commencement
Le Big Bang est devenu une partie de la culture populaire depuis que l'expression a été inventée par le physicien non-conformiste Fred Hoyle dans les années 1940. Ce n'est guère surprenant pour un événement qui représente la naissance ultime de tout.
Cependant, Hoyle préférait de loin un modèle différent du cosmos : un univers à l'état stable sans début ni fin, qui s'étend à l'infini dans le passé et le futur. Cette idée n'a jamais vraiment décollé.
Ces dernières années, cependant, les cosmologistes ont commencé à étudier un certain nombre de nouvelles idées qui ont des propriétés similaires. Curieusement, ces idées ne sont pas nécessairement en contradiction avec la notion de Big Bang.
Par exemple, une idée est que l'univers est cyclique avec des big bangs suivis de gros crunchs suivis de big bangs dans un cycle infini.
Une autre est la notion d'inflation éternelle dans laquelle différentes parties de l'univers se dilatent et se contractent à des rythmes différents. Ces régions peuvent être considérées comme des univers différents dans un multivers géant.
Ainsi, même si nous semblons vivre dans un cosmos qui se gonfle, d'autres univers peuvent être très différents. Et bien que notre univers puisse sembler avoir un début, le multivers n'a pas besoin d'avoir de début.
Ensuite, il y a l'idée d'un univers émergent qui existe comme une sorte de graine pour l'éternité, puis qui s'étend soudainement.
Ainsi, ces cosmologies modernes suggèrent que les preuves d'observation d'un univers en expansion sont cohérentes avec un cosmos sans début ni fin. Cela pourrait changer.
Aujourd'hui, Audrey Mithani et Alexander Vilenkin de l'université Tufts dans le Massachusetts affirment que ces modèles sont mathématiquement incompatibles avec un passé éternel. En effet, leur analyse suggère que ces trois modèles de l'univers doivent également avoir eu un début.
Leur argumentation se concentre sur les propriétés mathématiques de l'éternité – un univers sans commencement ni fin. Un tel univers doit contenir des trajectoires qui s'étendent à l'infini dans le passé.
Cependant, Mithani et Vilenkin mettent en avant une preuve datant de 2003 que ce genre de trajectoires passées ne peut pas être infinie si elles font partie d'un univers qui s'étend d'une manière spécifique.
Ils montrent ensuite que les univers cycliques et les univers d'inflation éternelle se développent tous deux de cette manière. Ils ne peuvent donc pas être éternels dans le passé et doivent donc avoir eu un commencement. Bien que l'inflation puisse être éternelle dans le futur, elle ne peut pas être prolongée indéfiniment dans le passé, disent-ils.
Ils traitent différemment le modèle émergent de l'univers, montrant que s'il peut sembler stable d'un point de vue classique, il est instable d'un point de vue mécanique quantique. Un simple modèle d'univers émergent… ne peut pas échapper à l'effondrement quantique, disent-ils.
La conclusion est incontournable. Aucun de ces scénarios ne peut être éternel, disent Mithani et Vilenkin.
Puisque la preuve observationnelle est que notre univers est en expansion, alors il doit aussi être né dans le passé. Une conclusion profonde (bien que la même qui a conduit à l'idée du big bang en premier lieu).
Réf : arxiv.org/abs/1204.4658 : L'Univers a-t-il eu un commencement ?