L’hypothèse du Multivers émerge naturellement de plusieurs théories cosmologiques actuelles comme la théorie des cordes ou la théorie de l’inflation éternelle. D’hypothèse ad hoc, elle est passée au statut de conséquence directe de ces théories et est aujourd’hui sérieusement considérée par la communauté scientifique. Mais si notre univers évolue avec d’autres au sein d’un Multivers, et qu’ils sont en expansion, comment se fait-il qu’ils ne soient jamais entrés en contact ?

L’idée d’un multivers émerge dès l’Antiquité grecque sous la plume du philosophe Anaximandre. Elle ne quittera plus les scientifiques, bien que le concept ait revêtu plusieurs formes au fil des siècles. L’hypothèse du multivers se précise avec l’essor de la mécanique quantique et la recherche de solutions au problème de la mesure.

En 1950, le physicien Hugh Everett propose une solution à ce problème en suggérant que les états quantiques non choisis par la mesure d’une particule ne disparaissent pas, mais se réalisent dans des univers sous-jacents au nôtre ; ces « sous-univers » n’existent pas préalablement, mais apparaissent lors de la mesure puis deviennent inaccessibles une fois cette dernière réalisée. Cette solution porte le nom de « théorie des mondes multiples d’Everett ».

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En 1982, sous l’impulsion de différents travaux concernant l’inflation cosmique, le physicien russo-américain Andreï Linde propose le phénomène d’inflation éternelle, c’est-à-dire une inflation cosmique qui s’arrêterait dans certaines zones de l’Univers, et qui se poursuivrait éternellement dans d’autres. Là où l’inflation prend fin, les zones concernées voient leur courbure spatiale se refermer sous forme sphérique, donnant ainsi naissance à des « bulles d’univers ».

En 1983, le physicien Paul Steinhardt approfondi et précise l’hypothèse de Linde en montrant que là où l’inflation s’arrête, l’énergie est bien convertie en matière et rayonnement. Ces travaux seront confortés par ceux de Alexander Vilenkin. En 1986, Linde publie une étude présentant la forme finale de l’inflation éternelle. Ce scénario est aujourd’hui étudié rigoureusement par les cosmologistes et s’insère relativement bien dans le modèle cosmologique standard.

L’inflation éternelle et les bulles d’Univers

L’inflation est un phénomène permettant d’expliquer le principe cosmologique, c’est-à-dire pourquoi l’Univers est homogène et isotrope (problème de l’horizon), et pourquoi il est spatialement plat (problème de la platitude).

Le modèle inflationnaire fait plusieurs prédictions : un spectre de puissance caractéristique des fluctuations primordiales de densité, une température critique atteinte quelques instants après le Big Bang, l’existence de fluctuations sur de plus grandes échelles que l’horizon cosmique, et un spectre spécifique dans les fluctuations des ondes gravitationnelles. Toutes, excepté la dernière, ont été observées.

fluctuations densite cmb inflation

Plusieurs observations, notamment celle des fluctuations de densité (anisotropies) au sein du fond diffus cosmologique, en partie grâce à la mission Planck, ont permis de conforter les prédictions du modèle inflationnaire. Crédits : DoE/NASA/NSF

L’inflation est une époque de l’Univers primordial où celui-ci est dominé par l’énergie de l’espace-temps lui-même. Lors de ce processus, puisque l’expansion est dominée par l’énergie inhérente à l’espace-temps, le taux d’expansion était exponentiel, dilatant l’espace extrêmement rapidement et brutalement dans toutes les dimensions.

Ainsi, à très petite échelle, toute région de l’espace non plate contenant de la matière serait indistinguable d’une région plate, et toutes les particules de matière seraient éloignées par la dilatation, sans que jamais deux d’entre elles ne se rencontrent.

inflation expansion univers plat

L’inflation entraîne une expansion exponentielle de l’espace, rendant spatialement plate toute région initialement courbée. Crédits : Ned Wright/Ethan Siegel

Après quelques fractions de seconde, l’inflation s’arrête, et l’énergie inhérente à l’espace-temps est convertie en matière et rayonnement. Une manière de comprendre ce phénomène, et de visualiser l’inflation comme une balle au somment d’une colline. Tant que la balle reste au sommet, l’inflation et son expansion exponentielle continuent.

Pour que l’inflation prenne fin, peu importe le champ quantique qui en est à l’origine, elle doit… (suite à la page suivante)

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