Les questions sont aussi grandes que l'univers et (presque) aussi anciennes que le temps: d'où venais-je et pourquoi suis-je ici? Cela peut sembler une requête pour un philosophe, mais si vous désirez une réponse plus scientifique, essayez de demander à un cosmologue.
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Cette branche de la physique travaille fort pour tenter de décoder la nature de la réalité en associant les théories mathématiques à de nombreuses preuves. Aujourd'hui, la plupart des cosmologistes pensent que l'univers a été créé lors du big bang il y a environ 13, 8 milliards d'années et qu'il se développe à un rythme toujours croissant. Le cosmos est tissé dans un tissu appelé espace-temps, qui est brodé d'un réseau cosmique de galaxies brillantes et de matière noire invisible.
Cela semble un peu étrange, mais des piles d’images, des données expérimentales et des modèles compilés sur des décennies peuvent confirmer cette description. Et à mesure que de nouvelles informations s’ajoutent à l’image, les cosmologues envisagent des façons encore plus sauvages de décrire l’univers, y compris des propositions étranges mais néanmoins fondées sur des bases scientifiques solides:
Cette collection de lasers et de miroirs prouvera-t-elle que l'univers est un hologramme 2D? (Fermilab) L'univers est un hologramme
Regardez un hologramme standard, imprimé sur une surface 2D, et vous verrez une projection 3D de l'image. Diminuez la taille des points individuels qui composent l'image et l'hologramme devient plus net. Dans les années 1990, les physiciens ont compris que cela pourrait se produire dans notre univers.
La physique classique décrit la structure de l'espace-temps comme une structure quadridimensionnelle, avec trois dimensions d'espace et une de temps. La théorie de la relativité générale d'Einstein dit que, à son niveau le plus fondamental, ce tissu devrait être lisse et continu. Mais c'était avant que la mécanique quantique ne saute aux yeux. Alors que la relativité décrit parfaitement l’univers à des échelles visibles, la physique quantique nous apprend tout sur le fonctionnement des choses au niveau des atomes et des particules subatomiques. Selon les théories quantiques, si vous examinez suffisamment le tissu de l’espace-temps, celui-ci devrait être constitué de minuscules grains d’informations, chacun cent milliards de milliards de fois plus petit qu’un proton.
Le physicien de Stanford, Leonard Susskind, et le lauréat du prix Nobel, Gerard 't Hooft, ont chacun présenté des calculs montrant ce qui se passe lorsque vous essayez de combiner des descriptions quantiques et relativistes de l'espace-temps. Ils ont découvert que, sur le plan mathématique, le tissu devait être une surface en 2D et que les grains devaient agir comme des points dans une vaste image cosmique, définissant la «résolution» de notre univers 3D. La mécanique quantique nous dit également que ces grains doivent faire l'expérience d'une instabilité aléatoire qui peut parfois rendre la projection floue et donc être détectable. Le mois dernier, les physiciens du laboratoire national d'accélération Fermi du département de l'Énergie des États-Unis ont commencé à collecter des données avec un agencement extrêmement sensible de lasers et de miroirs appelé Holomètre. Cet instrument est finement réglé pour capter un mouvement minuscule dans l'espace-temps et révéler s'il est réellement granuleux à la plus petite échelle. L'expérience devrait collecter des données pendant au moins un an, afin que nous sachions assez tôt si nous vivons dans un hologramme.
L'univers est une simulation informatique
Tout comme l'intrigue de la matrice, vous pouvez vivre dans un programme informatique très avancé et ne même pas le savoir. Une version de cette pensée a déjà été débattue bien avant que Keanu ne prononce son premier «whoa». Platon se demandait si le monde tel que nous le percevons est une illusion et si les mathématiciens modernes s'attaquent à la raison pour laquelle les mathématiques sont universelles. Pourquoi est-ce que peu importe quand et où vous regardez, 2 + 2 doit toujours être égal à 4? Peut-être parce que c'est une partie fondamentale de la façon dont l'univers a été codé.
En 2012, des physiciens de l'Université de Washington à Seattle ont déclaré que si nous vivions dans une simulation numérique, il pourrait y avoir un moyen de le savoir. Les modèles informatiques standard sont basés sur une grille 3D, et parfois la grille elle-même génère des anomalies spécifiques dans les données. Si l'univers est une vaste grille, les mouvements et les distributions de particules de haute énergie appelés rayons cosmiques peuvent révéler des anomalies similaires - un problème dans la matrice - et nous donner un aperçu de la structure de la grille. En 2013, Seth Lloyd, ingénieur au MIT, a plaidé pour un concept intrigant: si l’espace-temps est constitué de bits quantiques, l’univers doit être un ordinateur quantique géant. Bien sûr, les deux notions soulèvent un dilemme troublant: si l'univers est un programme informatique, qui ou quoi a écrit le code?
Un trou noir supermassif actif au cœur du Centaure Une galaxie envoie des jets de radiations dans l'espace. (ESO / WFI (visible); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss et autres (micro-ondes); NASA / CXC / CfA / R.Kraft et autres (rayons X)) L'univers est un trou noir
Tout livre "Astronomy 101" vous dira que l'univers a éclaté pendant le big bang. Mais qu'y avait-il avant et qu'est-ce qui a déclenché l'explosion? Un article de 2010 de Nikodem Poplawski, alors à l’Université d’Indiana, montrait que notre univers s’était forgé à l’intérieur d’un très grand trou noir.
Alors que Stephen Hawking ne cesse de changer d’avis, la définition populaire du trou noir est une région de l’espace-temps si dense qu’au-delà d’un certain point, rien ne peut échapper à son attrait gravitationnel. Les trous noirs naissent lorsque des paquets de matière dense s’effondrent sur eux-mêmes, comme lors de la mort d’étoiles particulièrement lourdes. Certaines versions des équations décrivant les trous noirs continuent en affirmant que la matière comprimée ne s'effondre pas complètement en un point - ou une singularité - mais qu'elle rebondit à la place, crachant de la matière brûlante et brouillée.
Poplawski analysa les chiffres et découvrit que les observations de la forme et de la composition de l'univers correspondaient à l'image mathématique d'un trou noir en train de naître. L'effondrement initial équivaudrait au big bang et tout ce qui se trouvait à l'intérieur et autour de nous serait fabriqué à partir des composants refroidis et réarrangés de cette matière brouillée. Mieux encore, la théorie suggère que tous les trous noirs de notre univers peuvent eux-mêmes être la porte d'entrée de réalités alternatives. Alors, comment pouvons-nous le tester? Ce modèle est basé sur des trous noirs qui tournent, car cette rotation fait partie de ce qui empêche la matière originale de s'effondrer complètement. Poplawski dit que nous devrions être en mesure de voir un écho du spin hérité de notre trou noir «parent» dans les levés de galaxies, avec de vastes amas se déplaçant dans une direction privilégiée légère, mais potentiellement détectable.
L'univers est une bulle dans un océan d'univers
Un autre casse-tête cosmique se pose lorsque vous considérez ce qui s'est passé dans les premiers éclats d'une seconde après le big bang. Des cartes de reliques lumineuses émises peu de temps après la naissance de l'univers nous apprennent que l'espace-temps des bébés a augmenté de manière exponentielle en un clin d'œil avant de s'installer dans un rythme d'expansion plus serein. Ce processus, appelé inflation, est très populaire parmi les cosmologues. Il a eu un nouvel élan cette année avec la découverte potentielle (mais toujours non confirmée) de ondulations dans l’espace-temps appelées ondes gravitationnelles, qui auraient été le produit de la poussée de croissance rapide.
Si l'inflation est confirmée, certains théoriciens soutiendraient que nous devons vivre dans une mer mousseuse d'univers multiples. Certains des premiers modèles d'inflation disent qu'avant le big bang, l'espace-temps contenait ce qu'on appelle un faux vide, un champ de haute énergie dépourvu de matière et de radiations intrinsèquement instables. Pour atteindre un état stable, le vide a commencé à bouillonner comme une casserole d’eau bouillante. À chaque bulle, un nouvel univers est né, donnant naissance à un multivers sans fin.
Le problème avec cette idée est que le cosmos est ridiculement énorme - l’univers observable s’étire sur environ 46 milliards d’années-lumière dans toutes les directions - et même nos meilleurs télescopes ne peuvent espérer scruter la surface d’une bulle aussi grosse. Une option consiste alors à rechercher toute preuve de la collision de notre univers de bulles avec un autre. Aujourd'hui, nos meilleures cartes de la relique lumineuse du big bang montrent un point froid inhabituel dans le ciel qui pourrait être un «bleu» après avoir heurté un voisin cosmique. Ou ce pourrait être un coup de chance statistique. Ainsi, une équipe de chercheurs dirigée par Carroll Wainwright de l’Université de Californie à Santa Cruz utilise des modèles informatiques pour déterminer les autres types de traces laissées par une collision pétillante dans l’écho du big bang.
