La nouvelle théorie radicale réécrit l'histoire du premier univers

Après le Big Bang, Notre univers s'est étendu à un taux exponentiel. Selon cette théorie, connue sous le nom d'inflation cosmique, la croissance explosive a produit de minuscules fluctuations quantiques qui ont ensuite évolué en galaxies. L'inflation cosmique explique parfaitement comment notre univers est devenu si grand et surtout homogène, et c'est pourquoi il est resté une forte théorie de la cosmologie pendant des décennies.

Mais c'est loin d'être parfait. L'inflation cosmique dépend de certaines hypothèses théoriques qui peuvent devenir plutôt arbitraires – pas idéales pour une théorie qui est censée expliquer pourquoi notre univers apparaît comme il le fait. C'est cette lacune qui a motivé le physicien théorique Raúl Jiménez de l'Université de Barcelone en Espagne pour concevoir une approche alternative pour décoder la dynamique de l'univers très précoce. La proposition résultante, publiée plus tôt ce mois-ci dans Recherche d'examen physiquecherche à éliminer les paramètres excessifs et circonstanciels dans les modèles traditionnels qui ont rendu difficile pour les physiciens de s'entendre sur une seule théorie.

La proposition, développée par Jiménez et ses collègues, est un paradigme relativement simple fondé principalement sur des principes bien compris de la mécanique quantique et de la relativité générale. Cela commence par l'hypothèse que l'univers très précoce existait dans ce qu'on appelle un De l'espace de gardienqui considère l'univers comme un vide à plat régi par la relativité générale. Selon la mécanique quantique, l'application de l'énergie à cela – à savoir le big bang – génère les fluctuations quantiques qui donnent naissance à des modes de tenseur ou aux ondes gravitationnelles. Ces vagues ont des petits morceaux de densité de façon organique dans tout l'univers, et ces petits bits ont finalement évolué en galaxies, étoiles et planètes, selon la théorie.

Les critiques de la théorie inflationniste traditionnelle soutiennent qu'elle a trop de paramètres réglables. L'un de ces paramètres est l'inflaton – les champs scalaires hypothétiques qui, selon les physiciens, ont conduit une expansion rapide dans le début de l'univers. Mais la nouvelle théorie supprime l'inflaton de l'image, la substituant par un espace de gardien secoué par des ondes gravitationnelles.

Le fait que la nouvelle théorie supprime de nombreux paramètres réglables est un gros bonus. «Il n'y a pas de principe général qui détermine ces choses, donc fondamentalement, vous devez les mettre à la main», a expliqué Arthur Kosowskycosmologue à l'Université de Pittsburgh, non impliquée dans le nouveau travail, dans un e-mail à Gizmodo. «Les physiciens s'efforcent toujours de créer des modèles et des théories qui sont en quelque sorte aussi simples que possible, ce qui signifie que le nombre de choses arbitraires que vous devez mettre à la main est aussi petite que possible.»

Dans un monde idéal, une théorie ou un modèle solide ne devrait pas nécessiter autant de variables réglables. Un problème similaire existe avec le modèle standard global, qui présente 18 paramètres gratuits qui doivent être réglés à chaque fois. Les physiciens «dépensent beaucoup de sang, de sueur et de larmes (et de l'argent) parce que la plupart des gens sont convaincus qu'il doit y avoir un modèle meilleur et plus puissant qui a deux ou trois paramètres au lieu de 18», a déclaré Kosowsky.

Et en effet, trouver une explication simple et convaincante pour l'inflation cosmique précoce est ce qui a motivé le nouveau travail, a déclaré Jiménez à Gizmodo lors d'un appel vidéo. La force de cette théorie est qu'elle est «pleinement falsifiable» dans le sens où elle peut ou ne peut pas expliquer les données d'observation, a-t-il déclaré. Cependant, c'est aussi la faiblesse de la théorie, que Jiménez a reconnu: « Peut-être que la nature n'a pas choisi cette théorie comme la façon dont les choses fonctionnent. »

Bien sûr, la chose la plus précieuse à propos des théories falsifiables est qu'ils nous disent quoi n'a pas travail, a-t-il ajouté. (Bien que cela puisse sembler sommaire, les physiciens utilisent souvent quelque chose qui ressemble à un processus d'élimination pour des phénomènes inconnus, comme la matière noire.) Quant à la théorie nouvellement proposée de Jiménez, il est juste de se demander s'il tiendra les données d'observation et survivra à un examen mathématique.

«J'aime la philosophie globale qui entraîne ce journal, [which is] « Voyons si nous pouvons trouver une situation où l'inflation découle naturellement de la physique de base », a déclaré Kosowsky. « Si nous le pouvons, cela est à la fois plus élégant que d'ajouter des prédictions spéculatives et, dans un certain sens, des éléments physiques arbitraires et est également susceptible de faire des prédictions plus spécifiques, ce qui peut alors être comparé aux observations. »

« Je crois que c'est une proposition intéressante et nouvelle – c'est quelque chose qui vaut bien un regard plus approfondi », a commenté Andrew Liddleun cosmologue théorique à l'Institut d'astrophysique et des sciences spatiales (IA) à l'Université de Lisbonne au Portugal, lors d'un appel vidéo avec Gizmodo. Dans le même temps, sa simplicité pourrait également être son plus grand défaut, mais seul le temps nous dira si plus de cosmologues mathématiquement à l'esprit y prennent un goût, a-t-il déclaré.

«Il y a toujours eu des cosmologues mal à l'aise avec l'inflation [theory]. Je suis l'un d'eux – et je travaille dessus », a déclaré Marina Cortêségalement avec l'IA, dans le même appel. « L'une des choses les plus inconfortables à propos de l'inflation est que les physiciens comprennent tout depuis le Big Bang, mais pas le Big Bang et les premières étapes. »

Liddle et Cortês, tous deux non impliqués dans les nouveaux travaux, ont déclaré que si les cosmologues (y compris eux-mêmes) ne sont souvent pas d'accord sur la façon d'interpréter le mieux l'inflation cosmique, les preuves semblent soutenir l'idée que l'inflation a en fait eu lieu. De nombreux physiciens ont conçu des explications alternatives, mais pratiquement tout s'est retrouvé dans une «poubelle» d'idées jetées, a expliqué Liddle.

« Mais il n'y a pas de limite à l'imagination des gens », a déclaré Liddle. Et les prochaines décennies ne devraient pas voir de nouvelles idées et modèles – tout comme celle-ci, selon les deux cosmologues.

« La cosmologie en ce moment concerne principalement ces choses appelées tensions, ou indique que les choses ne sont pas tout à fait alignées sur le modèle cosmologique standard », a déclaré Liddle. Plusieurs questions menaçant d'usurper ce que nous savons de l'univers physique – l'énergie de la dose, la tension de Hubble – qui se réunissent dans un ensemble paradoxal pour les scientifiques, et l'inflation pourrait en faire partie, a ajouté Cortês.

Peu importe ce qui se passe, il va sans dire que nous assistons à un moment d'excitation, de chaos et de découverte pour la cosmologie – un sentiment sur lequel tous les scientifiques ont convenu.

« Non seulement les données augmentent en quantités exponentives, mais la qualité de l'analyse augmente également à une qualité exponentielle », a déclaré Jiménez. «Je pense que nous vivons un âge d'or de la cosmologie.»

«Lorsque nous pensons à l'inflation, nous essayons de passer à l'étape suivante et de répondre à la question de pourquoi L'univers ressemble à ce qu'il fait, et pas seulement à décrire à quoi il ressemble », a déclaré Kosowsky.« Est-ce dû à un principe de physique profonde mais inconnu? Cela pourrait être, et c'est ce qui nous fait travailler dur pour repousser les limites de notre compréhension. »