Crédit d'image: Université de Chicago
Le big bang pourrait être un événement normal dans l'évolution naturelle de l'univers qui se produira à plusieurs reprises sur des échelles de temps incroyablement vastes au fur et à mesure que l'univers se dilate, se vide et se refroidit, selon deux physiciens de l'Université de Chicago.
"Nous aimons dire que le big bang n'a rien de spécial dans l'histoire de notre univers" a déclaré Sean Carroll, professeur adjoint de physique à l'Université de Chicago. Jennifer Chen, étudiante diplômée de Carroll et de l'Université de Chicago, publiera électroniquement un article décrivant leurs idées sur http://arxiv.org/.
Les recherches de Carroll et Chen répondent à deux questions ambitieuses: pourquoi le temps s'écoule-t-il dans une seule direction et le big bang pourrait-il provenir d'une fluctuation d'énergie dans un espace vide conforme aux lois connues de la physique?
La question de la flèche du temps a contrarié les physiciens pendant un siècle parce que «pour la plupart, les lois fondamentales de la physique ne font pas de distinction entre le passé et le futur. Ils sont symétriques dans le temps ,? Dit Carroll.
Et étroitement lié à la question du temps est le concept d'entropie, une mesure du désordre dans l'univers. Comme le physicien Ludwig Boltzmann l'a montré il y a un siècle, l'entropie augmente naturellement avec le temps. "Vous pouvez transformer un œuf en omelette, mais pas une omelette en œuf" Dit Carroll.
Mais le mystère demeure de savoir pourquoi l'entropie était faible dans l'univers pour commencer. La difficulté de cette question a longtemps dérangé les scientifiques, qui laissent le plus souvent simplement un casse-tête pour répondre à l'avenir.
Carroll et Chen ont tenté de répondre maintenant.
Des chercheurs précédents ont abordé des questions sur le big bang avec l'hypothèse que l'entropie dans l'univers est finie. Carroll et Chen adoptent l'approche opposée. «Nous postulons que l'entropie de l'univers est infinie. Il pourrait toujours augmenter ,? Dit Chen.
Pour expliquer avec succès pourquoi l'univers ressemble à ce qu'il est aujourd'hui, les deux approches doivent s'adapter à un processus appelé inflation, qui est une extension de la théorie du big bang. Les astrophysiciens ont inventé la théorie de l'inflation pour pouvoir expliquer l'univers tel qu'il apparaît aujourd'hui. Selon l'inflation, l'univers a connu une période d'expansion massive en une fraction de seconde après le big bang.
Mais il y a un problème avec ce scénario: un «squelette dans le placard». Dit Carroll. Pour commencer l'inflation, l'univers aurait englobé un patch microscopiquement minuscule dans une configuration extrêmement improbable, pas ce que les scientifiques attendraient d'une condition initiale choisie au hasard. Carroll et Chen soutiennent qu'une condition initiale générique est en fait susceptible de ressembler à un espace froid et vide - pas un point de départ manifestement favorable pour le début de l'inflation.
Dans un univers d'entropie finie, certains scientifiques ont proposé qu'une fluctuation aléatoire pourrait déclencher l'inflation. Cependant, cela nécessiterait que les molécules de l'univers fluctuent d'un état à haute entropie à un état à faible entropie - un long retard statistique.
"Les conditions nécessaires à l'inflation ne sont pas si faciles à démarrer" Dit Carroll. "Il y a un argument selon lequel il est plus facile de faire apparaître notre univers à partir d'une fluctuation aléatoire que de faire commencer l'inflation à partir d'une fluctuation aléatoire."
Le scénario de Carroll et Chen d'entropie infinie est inspiré par la découverte en 1998 que l'univers s'étendra pour toujours à cause d'une force mystérieuse appelée «énergie sombre». Dans ces conditions, la configuration naturelle de l'univers est une configuration presque vide. "Dans notre univers actuel, l'entropie se développe et l'univers se dilate et devient plus vide," Dit Carroll.
Mais même un espace vide a de faibles traces d'énergie qui fluctuent à l'échelle subatomique. Comme suggéré précédemment par Jaume Garriga de l'Universitat Autonoma de Barcelona et Alexander Vilenkin de l'Université Tufts, ces fluctuations peuvent générer leur propre frange dans de minuscules zones de l'univers, largement séparées dans le temps et l'espace. Carroll et Chen développent cette idée de façon dramatique, suggérant que l'inflation pourrait commencer? À l'envers? dans le passé lointain de notre univers, de sorte que le temps pourrait sembler reculer (de notre point de vue) aux observateurs loin dans notre passé.
Quelle que soit leur direction, les nouveaux univers créés dans ces big bangs poursuivront le processus d'augmentation de l'entropie. Dans ce cycle sans fin, l'univers n'atteint jamais l'équilibre. S'il parvient à l'équilibre, rien ne se produira jamais. Il n'y aurait pas de flèche du temps.
«Il n'y a aucun état dans lequel vous pouvez aller, c'est l'entropie maximale. Vous pouvez toujours augmenter l'entropie plus en créant un nouvel univers et en lui permettant de se développer et de se refroidir ,? Expliqua Carroll.
Source d'origine: communiqué de presse de l'Université de Chicago
