Inflation éternelle : pour quelles raisons les univers n’entrent-ils pas en collision dans le multivers ?

multivers vue artiste collision

Pour que l’inflation prenne fin, peu importe le champ quantique qui en est à l’origine, elle doit passer d’un état de haute énergie à un état stable de plus basse énergie. Cette transition entre le haut et le bas de la colline est la condition d’arrêt de l’inflation.

inflation champ classique
Le champ responsable de l’inflation possède une haute énergie en haut de la colline. Mais au fur et à mesure qu’il descend la colline, son énergie diminue jusqu’à atteindre un état fondamental. L’énergie est alors convertie en particules et rayonnement. Crédits : E. Siegel

Toutefois, cette analogie n’est correcte que dans le cas d’un champ classique. Or, l’inflation prend la forme d’un champ quantique. Et comme tout objet quantique, un champ quantique est décrit par une fonction d’onde contenant les probabilités de réalisation de ses états quantiques. Ainsi, parmi ces différentes probabilités, certaines peuvent conduire le champ quantique à perdre de l’énergie et se stabiliser dans un état de plus basse énergie, tandis que d’autres peuvent le conduire à passer outre cet état d’équilibre et continuer au-delà.

inflation champ quantique
Comme tout système quantique, le champ quantique responsable de l’inflation est décrit par une fonction d’onde qui contient les probabilités de réalisation de ses différents états quantiques. Dans certaines régions de l’Univers, le champ se stabilise et l’inflation s’arrête, mais dans d’autres, le champ passe au-delà de l’état d’équilibre et l’inflation continue. Crédits : E. Siegel

Cela implique donc que l’inflation ne s’arrête pas simultanément partout dans l’Univers, mais s’arrête dans certaines régions et continue dans d’autres à un taux exponentiel. Certaines zones de l’Univers vont voir leur champ quantique se stabiliser au bas de la colline, et pour d’autres le champ quantique va continuer dans différentes proportions et directions. C’est ce mécanisme qui explique la théorie de l’inflation éternelle et l’émergence du multivers.

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Même si l’inflation s’arrête dans certaines zones de l’univers (croix rouges), elle continue éternellement dans d’autres (cubes bleus), donnant perpétuellement naissance à des univers et des régions en expansion. Crédits : E. Siegel/Beyond the galaxy

Des bulles d’univers causalement déconnectées du fait de l’inflation éternelle

Là où l’inflation s’arrête, un Big Bang puis un univers apparaissent. Et autour de ces régions, l’inflation continue et l’expansion se poursuit exponentiellement. Celle-ci éloigne les différents univers formés à une vitesse supérieure à laquelle ces univers sont en « expansion interne ». Cet éloignement provoque la déconnexion causale de tous les univers, quand bien même de nouveaux Big Bang ont lieu et de nouveaux univers apparaissent à chaque seconde.

Si le multivers est représenté comme un océan, les régions où des Big Bang et des univers apparaissent peuvent être vues comme de minuscules bulles à l’intérieur de celui-ci.

Comme de véritables bulles d’air dans l’eau, ces bulles se dilatent au cours du temps. Mais à la différence de l’étendue d’eau d’un océan, « l’océan multivers » se dilate bien plus vite que que les bulles ne se dilatent elles-mêmes. Et tant que l’espace entre elles continue de se dilater, c’est-à-dire éternellement, jamais deux bulles ne se rencontreront.

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Là où l’inflation s’arrête, un Big Bang et un nouvel univers apparaissent. Toutefois, entre ces univers, l’inflation se poursuit à un taux exponentiel ; la dilatation de l’espace entre les bulles d’univers est plus rapide que l’expansion des univers eux-mêmes. Ainsi, les bulles s’éloignent si vite qu’elles sont causalement déconnectées les unes des autres et ne se rencontreront jamais. Crédits : Getty Images

Si des indices d’une collision de notre univers dans le multivers étaient observés, ils constitueraient une lourde preuve allant contre la théorie inflationnaire et une majorité de modèles à cosmologie quantique. Une collision entre deux bulles devrait nécessairement laisser une empreinte dans le fond diffus cosmologique. Toutefois, ce dernier a été étudié en détails au cours de ces dernières années, et aucune trace d’une telle collision n’a été détectée, confortant ainsi le modèle de l’inflation.

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