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Par CHARLOTTE HSU

Will Kinney.

Au début, le monde était vide et froid.

Avant le Big Bang, ouais avant de le Big Bang : l’univers a subi une impressionnante expansion cosmique, doublant de taille au moins 80 fois en une fraction de seconde. Cette inflation rapide, alimentée par une mystérieuse forme d’énergie qui a imprégné l’espace vide lui-même, a laissé l’univers désolé et froid.

Ce n’est qu’après cela que les conditions chaudes et denses du Big Bang sont apparues : lorsque la duplication de l’univers a cessé, l’énergie du vide a subi une métamorphose, se transformant en particules de matière et de rayonnement. Cette métamorphose a inondé l’espace de plasma super chaud du Big Bang, qui a forgé les éléments primordiaux qui ont ensuite formé les étoiles et les galaxies que nous voyons aujourd’hui.

C’est l’histoire épique que le physicien de l’UB Will Kinney explore dans son nouveau livre, « UNE Infinité des mondes : inflation cosmique et début de l’univers», qui a été publié le 5 avril par MIT Press.

L’inflation cosmique : une théorie fdéveloppé pour la première fois vers 1980 par des physiciens tels qu’Alan Guth, Alexei Starobinsky, Andrei Linde et Katsuhiko Satoest le concept d’expansion exponentielle du tout premier univers. Aujourd’hui, c’est l’une des principales idées de ce qui aurait pu se passer dans les moments qui ont précédé les incendies anciens et profonds du Big Bang.

Parsemé des diagrammes dessinés à la main de Kinney, « Une infinité de mondes » présente aux lecteurs la science de l’inflation cosmique et ses preuves, ainsi que les lacunes de la théorie. Le livre se penche également sur les conséquences étranges mais merveilleuses de l’inflation cosmique, comme l’idée, dans un modèle d’inflation éternelle, que notre univers fait partie d’un nombre peut-être infini d’univers que nous ne pourrons jamais voir.

« Les humains créent des histoires d’origine depuis aussi longtemps qu’ils racontent des histoires, et c’est une autre itération de cela », déclare Kinney, professeur de physique au Collège des arts et des sciences.

Mais cette histoire particulière a une tournure : si l’inflation cosmique décrit correctement ce qui s’est passé avant le Big Bang, cela pourrait pousser la réponse définitive à la question de savoir d’où nous venons hors de portée de la science.

« Nous ne savons rien de ce qui s’est passé avant l’inflation. Il est peu probable que nous le sachions un jour », déclare Kinney. « L’une des raisons est que l’inflation cosmique est un gros courant d’air. Toute trace des conditions initiales de son démarrage est diluée en raison de cette expansion exponentielle. Toute trace des circonstances qui ont conduit à l’inflation est effacée par l’inflation elle-même : peu importe où elle commence, elle finit aux mêmes endroits.

Dans une séance de questions-réponses avec UBNow, Kinney discute de « Une infinité de mondes » et de l’inflation cosmique.

Dans le livre, vous expliquez que le concept classique du Big Bang est une théorie incomplète. Que laisse-t-il de côté ?

Image agrandie : Couverture du livre : Will Kinney, Une infinité de mondes

La théorie standard du Big Bang n’explique pas pourquoi l’univers est si lisse et uniforme, pour toutes ces propriétés de base du cosmos que nous voyons. L’inflation cosmique établit cet état initial. C’est une théorie qui explique les conditions initiales du Big Bang.

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L’inflation nous dit que la période de temps avant le Big Bang était extrêmement froide, presque au zéro absolu, et qu’elle était vide de tout sauf d’espace vide, et que l’espace vide transportait de l’énergie qui étendait l’univers à cette taille énorme et même la première Etat. État avant le Big Bang.

Pour expliquer les propriétés de l’univers que nous voyons aujourd’hui, l’univers devait doubler de taille au moins 80 fois. C’est une limite inférieure, donc vous deviez au moins doubler ce montant. Pour visualiser cette duplication, imaginez un échiquier. Placez un sou dans le premier carré, deux dans le suivant et quatre dans le suivant. Si vous continuez à doubler le nombre de centimes dans chaque case, vous serez millionnaire par case 28 et milliardaire par case 38. Lorsque vous remplirez les 64 cases, vous serez mille fois milliardaire. L’inflation implique au moins 80 doublements, étirant un morceau d’espace de la taille d’un pamplemousse à la taille de tout notre univers observable en moins d’un billionième de seconde.

Comment vous êtes-vous intéressé à la question de savoir comment l’univers a commencé ?

Je m’intéresse à la cosmologie en général depuis mon enfance. L’une des choses les plus formatrices pour moi a été lorsque j’étais au lycée, la lecture de Steven Weinberg sur « Les trois premières minutes », qui était un livre sur tout ce que l’on savait sur les premiers instants de l’univers à l’époque où il a été créé. publié le livre. publié en 1977.

J’ai commencé à travailler sur l’inflation en tant qu’étudiant diplômé. J’ai fait ma thèse de doctorat sur un certain ensemble de modèles appelés « l’inflation naturelle ».

Quel est le public de votre livre ?

Le livre s’adresse aux personnes qui ne sont pas physiciennes. C’est peut-être un peu différent de beaucoup de livres scientifiques destinés aux profanes en ce sens que je présente des idées très compliquées et que je ne crains pas la complexité. Je veux donner au lecteur profane un aperçu des controverses actuelles qui sont bien au premier plan de notre compréhension.

Quand j’ai lu pour la première fois « Les trois premières minutes » de Steven Weinberg au lycée, je n’en ai compris qu’environ un tiers, mais cela a enflammé mon imagination. J’ai aimé le fait qu’il l’ait rendu accessible et qu’il ait utilisé un langage simple mais qu’il ait abordé des idées complexes. Ce fut une lecture difficile, dans le meilleur sens du terme. He tratado de emular esto, y espero que mi libro sea algo que los estudiantes de pregrado y posgrado en física puedan leer y sacar algo de provecho, y ciertas partes están dirigidas a mis colegas, por lo que esto es parte de una conversación más amplia à la campagne. . Mais le but est de rendre cette conversation accessible à un public non spécialiste.

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Une autre chose que j’essaie de faire dans le livre est de souligner les limites actuelles de l’inflation cosmique, où nous ne savons rien et où nous spéculons. C’est juste de l’honnêteté élémentaire. Vous dites la vérité. Je pense que le battage médiatique qui est spéculatif sape en fin de compte la confiance des gens dans la science en tant qu’entreprise rigoureuse.

L’inflation cosmique, en tant que théorie, a plus de 40 ans. Pourquoi en parler maintenant ?

Ce n’est que récemment qu’il y a eu de véritables preuves d’observation soutenant le modèle, donc jusqu’aux 10 ou 15 dernières années, c’était un terrain de jeu pour les théoriciens.

Les gens commencent à le prendre plus au sérieux car il existe désormais des données pour étayer la théorie. Un exemple est les mesures de précision du fond cosmique des micro-ondes, qui ont généré un soutien à l’inflation et éliminé de nombreuses théories concurrentes.

Qu’avez-vous appris en écrivant le livre ?

Quand j’ai commencé à écrire le livre, je n’avais pas une conception aussi claire de la mesure dans laquelle je le structurerais finalement autour d’un point de vue copernicien : l’idée que nous ne sommes pas spéciaux, que nous sommes en quelque sorte ordinaires.

Copernic a proposé que la Terre n’occupe aucune position privilégiée dans le cosmos, que la Terre est l’une des nombreuses planètes qui tournent autour du soleil. Giordano Bruno s’est appuyé sur les idées de Copernic et les a poussées encore plus loin. Bruno a dit : « Dieu est infini, donc son univers doit l’être aussi. … Il n’est pas glorifié dans un, mais dans d’innombrables soleils ; non pas dans une seule terre, un seul monde, mais dans mille mille, je veux dire dans une infinité de mondes.

« Le titre de mon livre est de Bruno. Je pense qu’il avait vraiment des centaines d’années d’avance sur son temps pour traiter de nombreux problèmes auxquels nous sommes confrontés aujourd’hui en cosmologie.

Le livre détaille les horizons cosmiques. Quels sont-ils et pourquoi sont-ils importants dans l’inflation cosmique ?

Un horizon cosmique est une limite au-delà de laquelle nous ne pouvons pas voir. Notre univers observable, ce qui est à l’intérieur de notre horizon, est une petite portion d’un espace infiniment plus grand. Nous ne pouvons pas voir au-delà de la distance que la lumière a eu le temps de parcourir depuis le Big Bang, mais il y a en fait plus dans l’univers au-delà de ce que nous pouvons voir. La limite extérieure de l’univers observable s’appelle l’horizon cosmique.

C’est ainsi que je l’ai dit dans le livre : « Comme pour l’horizon sur Terre, l’horizon cosmique est un artefact de notre point de vue, pas une propriété de l’univers lui-même. Les observateurs à différents endroits voient différents horizons, toujours avec eux-mêmes au centre. L’univers observable vu de n’importe quel point est fini, mais l’univers dans son ensemble continue vers l’extérieur pour toujours. L’univers en dehors de l’horizon d’un observateur est en tout point invisible car la lumière de là n’a pas encore eu le temps de l’atteindre.

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Pendant l’inflation, l’espace se dilate si rapidement que des parties de l’univers sont balayées hors de l’horizon cosmique alors que les objets s’éloignent les uns des autres plus rapidement que la vitesse de la lumière ; l’horizon en contient de moins en moins. L’inflation et sa relation avec l’horizon cosmique aident à expliquer un certain nombre de propriétés de l’univers primitif.

La présence d’horizons dans l’univers pose un problème intéressant pour la science car ils représentent une limite à nos connaissances. Nous ne pouvons pas, même en principe, voir au-delà du bord de l’univers observable. Cela soulève de nombreuses questions intéressantes sur la nature de la connaissance scientifique elle-même, que j’explore dans le livre.

Pourquoi la recherche sur l’univers primordial nécessite-t-elle la connaissance de la physique du « très grand » et du « tout petit », comme vous le dites dans le livre ?

« L’univers dans les premiers instants du temps impliquait une énergie incroyablement élevée, qui est du domaine de la physique des particules. C’est là que la physique des choses les plus grandes que nous pouvons décrire, à l’échelle du cosmos lui-même, rencontre la physique des choses les plus petites, les particules élémentaires et les champs.

On pense que l’inflation s’est produite à une échelle d’énergie extrême, environ cent milliards de fois supérieure aux énergies détectées par les collisions de particules au Grand collisionneur de hadrons à Genève, en Suisse, où travaillent nombre de mes collègues. Nous pouvons utiliser l’univers comme un laboratoire pour sonder la physique bien au-delà de la portée des accélérateurs de particules sur Terre.

L’inflation cosmique concerne les débuts de l’univers. Que réserve l’avenir?

L’énergie noire est à l’origine d’une expansion accélérée de l’univers aujourd’hui. Si la energía oscura es estable, si es realmente una constante cosmológica, y no sabemos si eso es cierto, pero esa es la idea más simple, entonces el futuro del universo es que todo lo que vemos que no está en nuestra vecindad directa será alejarse de nous. Les galaxies lointaines s’éloigneront de plus en plus vite, plus vite que la vitesse de la lumière en raison de l’expansion, et disparaîtront de la vue.

La Voie lactée se heurtera à l’autre grande galaxie spirale du groupe local, la galaxie d’Andromède, dans environ 4 milliards d’années, juste au moment où le soleil manque de carburant et explose, donc nous ne serons pas là pour ça. .

Finalement, la seule chose qui restera dans l’univers que nous pourrons voir sera les quelques dizaines de galaxies les plus proches de nous, et notre univers observable sera sombre et vide. C’est la destination finale. Juste cette petite île d’étoiles dans un espace complètement vide et noir. Après environ cent milliards d’années, les dernières étoiles s’éteindront et l’univers sombrera pour toujours dans les ténèbres.