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L’Univers est-il cyclique ? La théorie des cordes montre que c’est possible

univers cyclique
| QMZ

L’Univers existe-t-il depuis toujours ? Si c’est le cas, rebondit-il dans un cycle sans fin de Big Bang ? Ou alors a-t-il commencé par une singularité ? De nombreuses théories ont été développées au fil du temps afin de répondre à ces questions, mais les cadres physico-mathématiques de ces modèles n’ont jamais été en mesure de montrer spécifiquement l’existence d’un comportement cyclique de l’Univers ou bien celle d’un début et d’une fin uniques.

Mais récemment, une équipe de théoriciens a invoqué les prédictions de la théorie des cordes pour résoudre certaines énigmes fondamentales de l’Univers primitif. Le résultat pourrait nous donner l’impulsion théorique nécessaire pour construire un univers à partir de zéro, et donc soutenir un univers qui se répète.

Nous savons que nous vivons dans un univers en expansion, dans lequel les galaxies et les étoiles s’éloignent loin de nous à une vitesse toujours croissante. Nous avons aussi des observations de l’Univers primitif, alors qu’il n’avait que 380’000 ans. Dans ces images, nous voyons des motifs intéressants — de minuscules taches et zones qui révèlent l’existence de légères différences de température et de pression dans ce jeune univers.

fluctuations densite cmb inflation
L’observation des fluctuations de densité (anisotropies) au sein du fond diffus cosmologique, notamment grâce à la mission Planck, a permis de confirmer l’existence de différences de pressions et températures dans l’Univers primitif. Crédits : DoE/NASA/NSF

Nous sommes en mesure d’expliquer toutes ces observations avec ce que l’on appelle la cosmologie du Big Bang, ainsi qu’une idée supplémentaire connue sous le nom d’inflation (un processus qui, selon nous, s’est produit lorsque l’Univers était âgé de moins d’une seconde). Au cours de ce processus, l’Univers est devenu beaucoup, beaucoup plus grand, transformant les fluctuations quantiques en fluctuations de densité. Et ces fluctuations ont finalement augmenté.

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Modèle d’univers ekpyrotique : il ne reproduit pas le comportement de l’Univers primitif

Les différences de pression, de densité et de température au cours des premières années de l’Univers ont entravé de nombreuses cosmologies alternatives, y compris l’une des idées les plus populaires pour aller plus loin que le Big Bang, connue sous le nom d’univers ekpyrotique. Le mot ekpyrotique vient du grec « conflagration », qui fait référence à une ancienne idée philosophique d’un univers constamment répété.

Dans cette perspective, nous sommes actuellement dans une phase de « Bang », qui finira par (d’une manière ou d’une autre) ralentir, s’arrêter, s’inverser et redescendre à des températures et des pressions incroyablement élevées. Ensuite, l’Univers rebondira et se relancera dans une nouvelle phase de Big Bang.

Le problème avec ce modèle, est qu’il ne reproduit pas les fluctuations de densité, de pression et de température que nous observons dans l’Univers primitif. L’Univers de ce modèle est un univers totalement uniforme. Et cela ne signifie pas seulement que les théories ne correspondent pas aux observations de l’Univers primitif. Cela signifie que ces cosmologies ne mènent pas à un univers rempli de galaxies, d’étoiles ou même de planètes.

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Les S-branes au secours du modèle de l’univers ekpyrotique

C’est pourquoi les théoriciens ont tenté de formuler un modèle d’univers ekpyrotique qui correspondrait aux observations de l’Univers primitif. Et pour ce faire, ils ont invoqué un objet particulier : les S-branes. Le terme de « brane » vient de la théorie des cordes et correspond à une corde multidimensionnelle (n > 1). Le S fait référence au fait que ces S-brane ne peuvent exister qu’à des instants précis dans l’espace-temps, dans des conditions spécifiques.

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D3 brane cordes ouvertes
Les cordes fondamentales de la théorie des cordes sont des 1-branes. Les D-branes sont les objets sur lesquels sont fixés les cordes (rectangle noir sur l’image). Les S-branes, quant à elles, sont des branes très particulières qui ne peuvent exister que sous des conditions spatio-temporelles précises. Crédits : Wikipédia

Dans ce nouveau scénario ekpyrotique, alors que l’Univers était dans sa configuration la plus petite et la plus dense possible, une S-brane est apparue, déclenchant la réexpansion d’un cosmos rempli de matière et de rayonnement (un Big Bang) et avec de petites variations de température et de pression correspondant à celles observées.

Bien que cette hypothèse offre une solution élégante à la formation et l’évolution de l’Univers, elle reste extrêmement spéculative. Premièrement car la théorie des supercordes n’a pour le moment fait l’objet d’aucune confirmation expérimentale, et secondairement car l’hypothèse des S-branes est elle-même sujette à caution dans la communauté des cordistes.

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Sources : arXiv

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