Un physicien propose un nouveau modèle théorique dans lequel l’accélération de l’expansion de l’Univers ne nécessiterait pas d’énergie noire. Cependant, pour que cela soit possible, le modèle impliquerait un « anti-univers », un monde parallèle au sein duquel le temps s’écoulerait inversement au nôtre. Bien qu’a priori invraisemblable, cette hypothèse se distinguerait par simplicité par rapport aux précédentes hypothèses proposées.
Selon le modèle standard de la cosmologie (lambda-CDM), l’Univers est composé de trois principaux éléments : la matière ordinaire, la matière noire et l’énergie noire. Cette dernière serait à l’origine de l’accélération de l’expansion de l’Univers. Elle est mathématiquement définie comme une constante cosmologique et a été introduite pour la première fois par Einstein. Selon les physiciens, cette accélération aurait débuté à partir du moment où l’énergie sombre a commencé à dominer le cosmos, il y a environ 5 milliards d’années.
Cependant, bien que largement accepté, ce modèle comporte des lacunes. « La constante cosmologique elle-même manque d’une compréhension théorique complète, notamment en ce qui concerne sa très petite valeur positive », explique sur Phys.org Naman Kumar, chercheur à l’Institut indien de technologie. D’autre part, bien que représentant environ 70 % du cosmos, la véritable nature de l’énergie noire fait encore aujourd’hui l’objet de débats.
Afin de combler ces lacunes, de nombreuses théories alternatives ont été proposées, telles que celle de la quintessence. Il s’agirait d’une énergie transitoire du vide résultant de l’énergie potentielle d’un champ dynamique. Cette forme d’énergie varierait ainsi dans l’espace et dans le temps de sorte à les influencer de la même manière que l’énergie noire.
D’autres théories expliquant différemment la gravité, telle que le Brane World Scenario de Dvali-Gabadadze-Porrati, ont également été proposées. Ce dernier suggère qu’à des distances cosmologiques, la gravité serait modifiée de sorte qu’elle se comporte de la même manière que si elle agissait sur de courtes distances. D’autres hypothèses plus radicales suggèrent par exemple que la gravité peut exister sans masse, tandis que d’autres suggèrent que notre univers engloutirait d’autres petits univers au fil du temps. Dans l’ensemble, ces modèles visent en général à atténuer ou à exclure le besoin d’énergie ou de matière noire pour expliquer les processus physiques régissant l’Univers.
Dans cette vision, celui proposé par Kumar exclut complètement l’énergie noire de l’équation pour expliquer l’accélération de l’expansion de l’Univers. De plus, contrairement aux précédentes hypothèses, il n’inclut pas non plus de modification de la gravité. Cependant, cela aurait, selon lui, une implication très inhabituelle. « Il y a un prix à payer : nous avons besoin d’un partenaire anti-univers dont le flux temporel est inversement lié à notre univers », explique-t-il.
Un anti-univers où le temps s’écoulerait en sens inverse ?
Pour élaborer sa nouvelle théorie — décrite dans la revue Gravitation and Cosmology —, Kumar s’est appuyé sur des concepts clés de la mécanique quantique et de la relativité générale, notamment l’entropie relative et la condition d’énergie nulle. En physique quantique, des particules identiques sont considérées comme distinctes, et l’entropie n’est alors pas une grandeur extensive (lorsque la somme des valeurs de cette grandeur pour deux systèmes distincts est égale à la valeur de leur grandeur lorsqu’ils sont réunis), mais relative.
Dans ces conditions, l’Univers s’étendrait naturellement de manière accélérée même en l’absence d’une hypothétique énergie noire. Toutefois, étant donné que l’entropie relative nécessite deux états distincts, notre univers nécessiterait un anti-univers évoluant parallèlement en sens inverse. Cela signifierait que le temps s’y écoulerait dans la direction opposée. « Une expansion accélérée semble inévitable dans des univers créés par paire respectant la condition d’énergie nulle », explique le chercheur.
Ces résultats comportent des similitudes avec le théorème des aires de Hawking, qui traite également des horizons causals et nécessite une condition d’énergie nulle. Le théorème prédit que la surface totale d’un trou noir au-delà de l’horizon des événements ne devrait jamais diminuer — un phénomène qui a été vérifié en 2021. « Dans mon modèle, l’horizon causal correspond au Big Bang et s’applique également à l’anti-univers partenaire », souligne Kumar.
D’autre part, il ne s’agit pas de la première fois que des modèles d’anti-univers sont proposés. L’un d’eux, proposé récemment, suggère par exemple que l’Univers ne viole pas la symétrie CPT (symétrie d’inversion de charge, de parité et de temps), mais que celui né après le Big Bang est plutôt l’anti-univers de celui d’avant le Big Bang.
Toutefois, le nouveau modèle de Kumar est pour le moment une théorie parmi d’autres, dont les allégations doivent être vérifiées par le biais d’observations. Néanmoins, « la beauté de cette idée réside dans sa simplicité et son naturel, qui la distingue des explications existantes », conclut-il.
Un trou noir
est un objet compact au champ gravitationnel si intense qu'aucune
matière ni aucun rayonnement ne peut s'en échapper. Puisque ces
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