Sciences et Avenir-L'avant Big-Bang

DOSSIER
Cosmologie
A trouvent à l’intersection de boucles de
champ gravitationnel, que l’on pourrait
rapprocher des lignes de champ magnétique
d’un aimant. Le point fondamental
c’est que l’espace ne pouvant être inférieur
à un quantum, la singularité disparaît.
Mieux, la gravitation quantique
à boucles montre que lorsque l’espace
atteint ce grain élémentaire, correspondant
à une courbure extrême de l’espace-temps,
il « rebondit ». Ainsi, le Big
Bang pourrait n’être que le grand rebond
d’un univers précédent en contraction
sur lui-même. Avant le Big Bang il y avait
donc… un autre univers.
L’hypothèse des trous noirs
transformés en trous blancs
Pour l’instant, la théorie intéresse beaucoup
mais laisse les astrophysiciens sur
leur faim, y compris Marc Lachièze-Rey
qui l’a « pratiquée » : « Elle est très intéressante
car il est possible de résoudre les
équations et de voir ce que cela donne,
d’où son succès. Mais pour cela, il faut
faire trop d’approximations et d’hypothèses
pour en tirer des conclusions sur
le destin de l’Univers. »
Un succès pour la gravitation quantique
DÉTECTION
À la recherche de
l’inflation
L’inflation permet d’expliquer de
nombreuses caractéristiques de notre
univers, notamment sa courbure et son
homogénéité, d’où son succès. Mais
plusieurs mécanismes sont en lice pour
l’expliquer. L’observation des ondes
gravitationnelles émises lors de cette
formidable dilatation de l’espace et du
temps permettrait de faire le tri. « Ces
ondes ont pu laisser une trace dans les
photons constituant le fond diffus
cosmologique en orientant d’une manière
à boucles serait donc de faire des prédictions
que l’on pourrait vérifier dans
notre univers. Ce serait théoriquement
possible. Car le Big Bang n’est pas la seule
singularité envisagée. Il existe aussi les
trous noirs, des puits dans l’espacetemps
s’achevant en une singularité tout
aussi choquante que le Big Bang. Or, en
2015, Hal Haggard et Carlo Rovelli ont
démontré, dans des travaux complétés
en 2018, qu’un trou noir, issu de l’effondrement
gravitationnel d’une étoile sur
elle-même, n’évoluait pas jusqu’à former
une singularité. Arrivé au niveau
du quantum d’espace élémentaire, il
rebondit et se transforme en trou blanc,
son exact opposé : il ne fait que « cracher
» de la matière, là où le trou noir ne
peut que l’absorber. La découverte de
ces trous blancs serait un succès « éclatant
» pour la gravitation quantique à
boucles. L’ennui, c’est que les trous noirs
mettraient très longtemps à parvenir à
ce stade. Seuls les plus petits auraient
pu opérer la conversion depuis la naissance
de l’Univers. Mais celle-ci pourrait
s’accompagner de sursauts gamma,
ou de sursauts radio rapides, tels qu’on
en détecte actuellement sans connaître
L’interféromètre Lisa observera en 2034
les ondes gravitationnelles primordiales
(vue d’artiste).
particulière leur champ électrique, donnant une “polarisation de type B” »,
explique Patrick Peter, de l’Institut d’astrophysique de Paris. Les expériences
Qubic, en cours en Argentine, et BICEP3, installée en Antarctique, traquent ces
polarisations dans le fond diffus cosmologique. Autre piste : mesurer
directement ces ondes primordiales. Ce sera l’objectif de l’interféromètre spatial
Lisa, une collaboration Nasa/ESA, dont le lancement est prévu pour 2034.
AEI/MM/EXOZET; GW SIMULATION: NASA/C. HENZE
précisément leur origine (lire notre dossier
dans S. et A. n° 907). Pour l’heure,
aucune association trou blanc/sursaut
énergétique n’a pas encore été faite.
Notre univers serait une branche
d’un arbre inflationnaire
Autre tentative pour réconcilier gravitation
quantique et relativité générale : la
théorie des cordes. Le principe de base
consiste à décrire les particules comme
des cordelettes à une dimension. Leurs
propriétés (masse, charge…) découleraient
de différents modes de vibrations
dans 10 ou 11 dimensions d’espace, et
non pas seulement trois, les dimensions
supplémentaires étant repliées sur ellesmêmes.
L’ennui avec cette théorie, c’est
que selon la forme — ou « topologie » —
de ces dimensions recourbées, on peut
obtenir des univers aux propriétés physiques
très différentes du nôtre, avec
par exemple des photons dotés d’une
masse, une vitesse de la lumière plus
lente, etc. La théorie des cordes déboucherait
ainsi sur 10 500 configurations différentes,
autant d’univers possibles ! Avant
de faire des prédictions sur l’avant-Big
Bang, il faudrait donc trouver les bons
paramètres correspondant à notre univers.
À moins que plusieurs univers ne
cohabitent, ce qui résoudrait notre problème
de l’avant-Big Bang…
« Cette hypothèse correspond au multivers
selon la théorie des cordes, qui n’est
pas la seule théorie à l’envisager, développe
Olivier Minazzoli. Elle découle
du concept d’inflation éternelle imaginé
par Andreï Linde à l’université Stanford
(États-Unis) dès 1986. Selon lui, s’il y a eu
inflation une fois, elle peut surgir en tout
point de l’Univers, qui n’est plus unique.
Le multivers serait alors comme un arbre
inflationnaire, avec des branches où l’inflation
s’arrête. Nous serions l’une de ces
branches. Et chaque univers pourrait
avoir une physique différente. » Notre
Big Bang ne serait donc qu’un bourgeon
sur cet arbre inflationnaire. « Oui, mais
cela ne résout pas forcément la question
de la singularité initiale, complète en
souriant Olivier Minazzoli. Car le théo-
40 - Sciences et Avenir - La Recherche - Novembre 2022 - N° 909