L'univers s'étendra-t-il pour toujours ou finira-t-il par s'effondrer en un tout petit point?
Un article publié en juin a suggéré qu'une expansion infinie était impossible selon une théorie majeure de la physique - une conjecture qui a fait d'énormes vagues dans la communauté de la physique.
"Les gens deviennent très, assez émus à ce sujet parce que si c'est vrai et découvert, ce serait spectaculaire", a déclaré Timm Wrase, physicien à l'Université de Technologie de Vienne.
Maintenant, Wrase et ses collègues ont publié une étude distincte qui perce un énorme trou dans cet argument, ce qui signifie qu'un univers en constante expansion ne peut pas être exclu pour l'instant.
Énergie sombre et expansion cosmique
Notre univers est imprégné d'une vaste force invisible qui semble s'opposer à la gravité. Les physiciens appellent cette force l'énergie sombre, et on pense qu'elle pousse constamment notre univers vers l'extérieur.
Mais en juin, un groupe de physiciens a publié un article dans le journal de préimpression arXiv, suggérant que l'énergie sombre change avec le temps. Cela signifie que l'univers ne se développera pas pour toujours mais pourrait éventuellement s'effondrer dans la taille qu'il était avant le Big Bang.
Presque immédiatement, cependant, les physiciens ont trouvé des problèmes avec la théorie: Plusieurs groupes indépendants ont ensuite publié des articles qui suggéraient des révisions de la conjecture. Maintenant, un article publié le 2 octobre dans la revue Physical Review D suggère que, en l'état, la conjecture originale ne peut pas être vraie car elle ne peut pas expliquer l'existence du boson de Higgs - que nous savons exister, grâce à le Grand collisionneur de hadrons, le collisionneur de particules massives à la frontière entre la France et la Suisse.
Pourtant, avec un peu de peaufinage théorique, la conjecture de l'effondrement de l'univers pourrait toujours être viable, a expliqué Wrase, co-auteur du nouveau document Physical Review D, à Live Science.
Comment expliquer tout ce qui a jamais existé?
La théorie des cordes, parfois appelée théorie de tout, est un cadre mathématiquement élégant mais non éprouvé pour unir la théorie d'Einstein de la relativité générale à la mécanique quantique. La théorie des cordes suggère que toutes les particules qui composent l'univers ne sont pas vraiment des points mais des cordes unidimensionnelles qui vibrent - et les différences dans ces vibrations nous permettent de voir une particule comme un photon et une autre comme un électron.
Cependant, pour que la théorie des cordes soit une explication viable pour l'univers, elle doit incorporer l'énergie sombre.
Imaginez cette énergie sombre comme une balle dans un paysage de montagnes et de vallées qui représentent la quantité d'énergie potentielle dont elle dispose, a déclaré Wrase. Si une balle se dresse au sommet de la montagne, elle peut être immobile, mais elle peut rouler avec la moindre perturbation, elle est donc instable. Si la balle est assise dans une vallée, elle ne change ni ne bouge, a une faible énergie et réside dans un univers stable, car même une forte poussée la fait rouler vers le bas dans la vallée.
Les théoriciens des cordes ont longtemps supposé que l'énergie sombre est constante et immuable dans l'univers. En d'autres termes, il est blotti dans les vallées entre les montagnes, ne roule pas du sommet des montagnes et ne change donc pas dans le temps, a déclaré Wrase.
Mais la conjecture émise en juin suggère que, pour que la théorie des cordes fonctionne, le paysage n'a pas de montagnes ou de vallées au-dessus du niveau de la mer. (Dans cette conception, notre univers se situe au-dessus du niveau de la mer - ce qui marque métaphoriquement le point où l'énergie sombre commence à rapprocher l'univers ou à le séparer.)
Au contraire, le paysage est une légère pente et la boule d'énergie sombre roule toujours vers le bas. "Alors qu'elle descend, l'énergie sombre devient de plus en plus petite", a expliqué Wrase. "La hauteur de la balle correspond à la quantité d'énergie sombre dans notre univers."
Dans cette théorie, l'énergie sombre pourrait éventuellement se frayer un chemin sous le niveau de la mer et commencer à ramener l'univers à sa forme antérieure au Big-Bang.
Mais il n'y a qu'un seul problème, a expliqué Wrase.
"Nous avons montré que de tels sommets instables doivent exister", a-t-il déclaré. C'est parce que nous savons que la particule de Higgs existe. Et nous avons expérimentalement prouvé que les particules de Higgs peuvent exister sur ces sommets ou "univers instables" et peuvent être perturbées au moindre contact, a-t-il déclaré.
Difficulté avec la stabilité des univers
Cumrun Vafa, théoricien des cordes à Harvard et auteur principal du document de conjecture de juin, a déclaré à Live Science dans un e-mail que, en effet, la conjecture originale avait "des difficultés avec les univers instables". Ce nouveau document et quelques autres montrent ce problème, a-t-il ajouté. Mais il y a plusieurs articles qui ont proposé de légères révisions à la conjecture qui respecteraient toujours les limites que Wrase et son équipe ont proposées, a-t-il déclaré.
Même dans la conjecture révisée, "nous ne serions pas dans un univers stable mais plutôt les choses changeraient", a déclaré Wrase. La révision dit que les sommets peuvent exister, mais pas les vallées stables, a-t-il dit. (Imaginez la forme d'une selle de cheval). La balle doit finalement commencer à rouler et l'énergie sombre doit changer avec le temps, a-t-il ajouté. Mais "si la conjecture est fausse, alors l'énergie sombre pourrait être constante, nous nous assiérions dans une vallée entre deux montagnes", et l'univers continuerait de s'étendre.
Dans 10 à 15 ans, il espère que les satellites qui mesurent plus précisément l'expansion de l'univers pourront nous aider à comprendre si l'énergie noire est constante ou en évolution.
Vafa a accepté. "Ce sont des moments passionnants de la cosmologie et nous espérons qu'au cours des prochaines années, nous verrons des preuves expérimentales du changement de l'énergie sombre dans notre univers", a-t-il déclaré.
