Existe-t-il d’autres univers que le nôtre ?

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Le domaine de l’infini a de quoi passionner, aussi bien les scientifiques que les auteurs de science-fiction. Si l’avis sur l’existence d’univers multiples ou parallèles divise autant, c’est que rien n’a encore été démontré. « Leur existence est pourtant la meilleure façon de répondre aux questionnements scientifiques irrésolus », avancent certains chercheurs, à l’origine de nombreuses théories. Il ne reste plus qu’à tester ces hypothèses pour espérer démontrer (un jour) que notre univers n’est pas le seul.

Nul doute que l’Univers est bien plus grand que ce que nous pouvons en observer. Dès lors, l’idée de l’existence d’univers multiples — aussi appelés multivers — n’est pas si farfelue, et même sérieusement envisagée par de nombreux scientifiques. D’après les hypothèses possibles, soit les autres univers se situent simplement au-delà de l’horizon spatial, soit ils présentent des constantes physiques complètement différentes des nôtres.

L’hypothèse n’est pas si récente puisque le philosophe Giordano Bruno l’a émise en 1600, puis le physicien et mathématicien Hugh Everett trois siècles plus tard (en 1957). La théorie de ce dernier, aussi appelée théorie des mondes multiples, est en fait une interprétation de la mécanique quantique qui lui permet de décrire « toute la réalité ». En se basant sur l’expérience du chat de Schrödinger, Everett part du principe que les univers se divisent et que ce qui n’est pas « vrai » dans cet univers l’est dans un autre (un univers divergent).

paradoxe chat Schrödinger mondes multiples
Le paradoxe du chat de Schrödinger dans l’interprétation d’Everett des mondes multiples. Chaque évènement est une bifurcation : le chat est à la fois mort et vivant, avant même l’ouverture de la boite. Mais le chat mort et le chat vivant existent dans des bifurcations différentes de l’univers, qui sont tout aussi réelles l’une que l’autre. © CC0 public domain

Dans le livre « À la croisée des mondes », l’un des personnages explique comment se sépareraient les univers multiples : « Car ce monde, comme tous les autres univers, est né du résultat des probabilités. Prenons l’exemple du jeu de pile ou face : la pièce que tu lances peut retomber sur pile ou sur face, mais on ne sait pas à l’avance de quel côté elle va tomber. Si c’est sur face, ça veut dire que la possibilité qu’elle tombe sur pile a échoué. Mais juste avant qu’on la lance, les deux possibilités ont les mêmes chances. Si, dans un autre monde, la pièce tombe sur pile à ce moment-là, les deux mondes se séparent. J’utilise l’exemple de pile ou face pour que ce soit plus clair. En réalité, ces échecs de probabilités se produisent au niveau des particules élémentaires ».

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Une multitude de théories envisagées en faveur d’une multitude d’univers

Pourquoi envisager la possibilité d’univers parallèles ? Car c’est la meilleure façon de répondre à certains problèmes et équations mathématiques irrésolus, d’après les chercheurs. En tout cas, l’hypothèse des mondes parallèles n’est pas en contradiction avec la théorie de la relativité et la physique quantique, et permettrait même de les unifier.

Parmi les possibilités envisagées, la théorie des cordes (ou théorie du tout) part du principe que la matière serait composée de minuscules cordes vibrantes et que chaque vibration correspond à une particule différente. Il y aurait dans ce cas davantage de dimensions dans l’Univers que les quatre que nous connaissons (trois d’espace et une de temps), des dimensions invisibles, car très petites et enroulées sur elles-mêmes. Avec cette théorie, il pourrait bien exister 10 puissance 500 univers parallèles…

« L’inflation — augmentation considérable de la ‘taille’ de l’Univers dans ses premiers instants — aurait créé non pas un, mais une infinité d’univers-bulles, structurés selon des lois physiques différentes (dictées par les cordes), éventuellement très éloignées de celles qui régissent notre propre bulle », avançait en 2012 Aurélien Barrau, astrophysicien au laboratoire de physique subatomique et de cosmologie du CNRS de Grenoble. « Ailleurs, des mondes sans lumière, des mondes sans matière, des mondes à dix dimensions… Chaque univers-bulle aurait son propre Big Bang, peut-être sa propre dimensionnalité. Tout ou presque deviendrait finalement possible ». Certains chercheurs ont même modélisé l’existence de trous de ver qui relieraient les univers entre eux : un trou noir pour l’entrée et un trou blanc pour la sortie. Ce qu’Aurélien Barrau qualifie en revanche de « pure science-fiction ».

Les possibilités de topologie de l’Univers sont multiples et sa forme dépend de la matière, de l’énergie et de l’influence des interactions fondamentales. Dans ces autres univers, il existe peut-être quelques sosies de nous-mêmes et les lois physiques pourraient tout autant être les mêmes que complètement différentes, qui sait ?

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Une autre théorie prévoit qu’il existerait un univers « miroir », jumeau et symétrique par rapport au nôtre, sauf qu’il serait constitué d’antimatière. En effet, si notre univers ne contient que de la matière, on peut se demander où est passée l’antimatière, puisque chaque particule de matière serait associée à une particule d’antimatière qui lui ressemble (même masse, même durée de vie, mais charge opposée). D’après cette théorie, l’univers jumeau serait « CPT-symétrique » par rapport au nôtre, à savoir que la matière serait remplacée par l’antimatière (symétrie C), le temps s’écoulerait dans l’autre sens (symétrie T) et la géométrie serait inversée (symétrie P).

Tester pour prouver

Stephen Hawking et Thomas Hertog ont alors tenté de prouver l’existence des multivers dans l’étude « A Smooth Exit from Eternal Inflation », révisée en 2018 — une semaine avant le décès de Hawking. D’après les deux scientifiques, si d’autres univers sont apparus en même temps que le nôtre au moment du Big Bang (il y a 13,7 milliards d’années), ils ont dû laisser une trace sous forme de radiation dans notre univers. Hawking et Hertog ont alors développé des formules mathématiques qui permettraient à des sondes spatiales de détecter ces radiations, preuves de l’existence d’autres univers.

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En 2020, un « univers parallèle » détecté par la NASA en Antarctique avait fait la une de nombreux journaux, mais il s’agissait seulement d’anomalies détectées dans certaines données. Par ailleurs, la chasse aux multivers par le biais de neutrons pouvant passer d’un univers à un autre continue de manière très sérieuse à l’Institut Laue-Langevin à Grenoble. Tout se déroulerait comme si les neutrons pouvaient franchir des barrières, sous forme d’oscillations analogues aux neutrinos (particules élémentaires engendrées par des réactions nucléaires). Le réacteur nucléaire de l’Institut Laue-Langevin n’en est pas à son premier essai pour valider la « folle » théorie. L’expérience, renouvelée en 2021, indiquerait à présent de nouvelles bornes sur l’existence de ce flux de neutrons. Affaire à suivre donc.

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Une étude de janvier 2022 parvient même à expliquer la faible masse du boson de Higgs par la théorie des cordes. « Il y a des mécanismes énoncés dans la théorie des cordes ou dans celle de l’inflation éternelle de l’Univers qui expliquent très bien comment la coexistence de multiples univers peut être cohérente avec les calculs », rapportent les auteurs. Tout se passe alors comme si chacun des univers contenait des bosons de Higgs avec des masses hétérogènes. Notre « univers-bulle » serait juste différent des autres, et peut-être même qu’un univers ne pourrait survivre qu’en présence du boson de Higgs de faible masse.

Tant que rien n’est démontré, toutes les théories sont encore possibles sur l’existence ou non d’autres univers, sous diverses formes. Il pourrait très bien n’y avoir que notre univers, tout comme il pourrait y en avoir une multitude. Les partisans de cette dernière théorie affirment en tout cas que les prédictions expérimentales tendent à répondre à des questions scientifiques fondamentales.

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