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Comment était notre univers avant le big bang?

Les théoriciens et les cosmologues doivent chercherrépond aux questions les plus fondamentales: "Pourquoi sommes-nous ici?", "Quand l'univers est-il apparu?" et "Comment cela s'est-il passé?" Cependant, malgré l'importance évidente de trouver des réponses à ces questions, une question les éclipse de tout son intérêt: avant le Big Bang? "

Franchement: nous ne pouvons pas répondre à cette question. Personne ne peut. Mais personne n'interdit de spéculer sur ce sujet et d'envisager plusieurs hypothèses intéressantes? Je suis d'accord avec cela, par exemple, Sean Carroll du California Institute of Technology. Le mois dernier, Carroll a participé à une réunion biannuelle de l'American Astronomical Society, au cours de laquelle il a proposé plusieurs scénarios «pré-explosifs», dont «l'accord» pourrait être l'apparition de notre univers. Encore une fois, ceci est juste une discussion, pas une théorie, alors gardez cela à l’esprit.

«À cette époque, pour ainsi dire, les lois de la physique que nous connaissons n'étaient pas encore en vigueur, car« alors », elles n'existaient pas», dit Carroll.

"Quand les physiciens disent qu'ils n'ont aucune idée de ce quealors c'est arrivé, ils le disent avec tout le sérieux. Peter Voight, physicien théoricien à l'Université de Columbia, reconnaît que cette partie de l'histoire est plongée dans l'obscurité.

Une des propriétés les plus étranges de notre universest-ce qu'il a un très faible niveau d'entropie. Ce terme a de nombreuses interprétations, mais dans ce cas, nous parlons du degré de désordre. Et dans le cas de l'Univers, il y a plus d'ordre que de désordre. Imaginez une bombe remplie de sable. La bombe explose et les milliards de milliards de grains de sable qu’elle contient s’éclatent - devant vous est essentiellement un modèle du Big Bang.

"Seulement au lieu de l'expansion chaotique attendue, cesles grains de sable représentant la matière de notre univers se transforment immédiatement en une multitude de «châteaux de sable» prêts à l'emploi, formés inexplicablement et sans aide extérieure », explique Stefan Countryman, un étudiant diplômé de l'université de Columbia.

Le résultat du Big Bang pourrait (et éventuellementapparition d’une entropie élevée de la masse sous forme de matière inégalement répartie. Cependant, nous voyons des systèmes stellaires, des galaxies et des amas galactiques entiers interconnectés. Nous voyons l'ordre.

En outre, il est important de comprendre que l'entropie, oudésordre, avec le temps, ils ne peuvent qu'augmenter - le même château de sable, tôt ou tard et sans aide extérieure, s'effondrera en de nombreux grains de sable. De plus, comme le souligne Carroll, notre observation du temps est directement corrélée au niveau d'entropie depuis l'avènement de l'univers. Dans le même temps, l'entropie elle-même peut être considérée comme une sorte de propriété physique dépendant du temps qui n'a qu'un sens du progrès - l'avenir.

Ainsi, l'entropie, selon les lois de la physique, peutseulement augmenter, mais son niveau actuel dans l’Univers est très bas. Selon Carroll, cela ne peut signifier qu'une chose: le premier univers avait un niveau encore plus bas, c'est-à-dire qu'il aurait dû être encore plus organisé et ordonné. Et ceci, à son tour, peut suggérer l’idée de ce qui est arrivé à notre Univers avant le Big Bang lui-même.

"Il y a beaucoup de gens qui pensent que tôtL'univers était un système très simple, sans intérêt et sans expression. Cependant, dès que vous connectez l'entropie à ce problème, la perspective change immédiatement et vous comprenez que, dans ce cas, il semble que des choses doivent être expliquées », poursuit Carroll.

Même si nous mettons de côté l'entropie, alors avantnous resterons avec d'autres aspects d'égale importance qui doivent être adaptés d'une manière ou d'une autre à notre univers actuel dans lequel nous vivons. De plus, dans certains cas, un faible niveau d'entropie semble moins important que dans d'autres. Par conséquent, nous allons essayer de considérer les trois hypothèses les plus populaires sur ce qui pourrait arriver à l’Univers avant le Big Bang.

Le modèle Big Bounce

Selon une hypothèse, faiblel'entropie de notre univers est liée au fait que son apparence est en soi le résultat de l'effondrement d'un univers «antérieur». Cette hypothèse dit que notre univers pourrait être formé à la suite d'une compression rapide («rebond»), contrôlée par les effets complexes de la gravité quantique (singularité), qui à son tour a généré le Big Bang. Cela peut aussi indiquer que nous pouvons également vivre à tout moment dans une séquence infinie d’Univers émergents et, inversement, dans la «première itération» de l’Univers.

Ce modèle hypothétique de l'apparition de l'universparfois appelé le modèle "Big Bounce". La première mention de ce terme semble résonner dans les années 60; toutefois, ce modèle n’est devenu une hypothèse plus ou moins formée que dans les années 80 - au début des années 90.

Parmi les questions controversées les moins importantes, le modèleIl y a des lacunes évidentes du Big Bounce. Par exemple, l’idée de s’effondrer en une singularité contredit la théorie générale de la relativité d’Einstein - les règles selon lesquelles la gravité fonctionne. Les physiciens pensent que l'effet d'une singularité peut exister à l'intérieur de trous noirs, mais les lois physiques que nous connaissons ne peuvent pas nous fournir de mécanisme pour expliquer pourquoi «l'autre univers», ayant atteint une singularité, devrait donner naissance au Big Bang.

"Il n'y a rien dans la théorie générale de la relativité qui indiquerait un" rebond "dans le nouvel univers à la suite d'une singularité", dit Sean Carroll.

Cependant, ce n'est pas le seul gros point controversé. Le fait est que le modèle du «Big Bounce» implique la présence d'un cours du temps rectiligne avec une entropie décroissante. Cependant, comme mentionné ci-dessus, l'entropie ne fait qu'augmenter avec le temps. En d'autres termes, selon les lois de la physique que nous connaissons, l'apparition d'un univers qui rebondit est impossible.

Le développement ultérieur du modèle a conduit àhypothèses que le temps dans l'univers peut être cyclique. Mais en même temps, le modèle n'est toujours pas en mesure d'expliquer comment l'expansion en cours de l'univers sera remplacée par sa compression. Et pourtant, cela ne signifie pas nécessairement que le modèle Big Bounce est complètement faux. Il est possible que nos théories actuelles à ce sujet soient simplement imparfaites et mal pensées. En fin de compte, les lois physiques que nous avons maintenant ont été déduites de la limite selon laquelle nous pouvons observer l'univers.

Modèle de l'univers "endormi"

"Peut-être, avant le Big Bang, l'Universc'était une sorte d'espace statique très compact, évoluant lentement », théorisent des théoriciens tels que Kurt Hinterbichler, Austin Joyce et Justin Hury.

Cet univers "pré-explosif" était supposé possédermétastable, c’est-à-dire rester stable jusqu’à ce qu’un état encore plus stable apparaisse. Par analogie, imaginez un précipice au bord duquel un rocher est en vibration. Tout contact avec le rocher le fera tomber dans l'abîme ou, ce qui est plus proche de nous, le Big Bang aura lieu. Selon certaines théories, l'univers «pré-explosif» pourrait exister sous une forme différente, par exemple sous la forme d'un espace aplati et très dense. En conséquence, cette période métastable a pris fin: elle s’est considérablement étendue et a acquis la forme et l’état de ce que nous voyons maintenant.

«Le modèle endormi de l'univers a aussi ses propres problèmes», explique Carroll.

"Cela suggère également la présence d'un faible niveau d'entropie dans notre univers et n'explique pas pourquoi."

Cependant, Hinterbichler, physicien théoricien à la Case Western Reserve University, ne considère pas que l’apparition d’un faible niveau d’entropie soit un problème.

"Nous cherchons simplement une explication de la dynamique,ce qui s'est passé avant le Big Bang, ce qui explique pourquoi nous voyons ce que nous voyons maintenant. Jusqu'à présent, il ne nous reste que ce qu'il nous reste à faire », déclare Hinterbichler.

Carroll, cependant, pense qu’il existe une autre théorie de l’univers «pré-explosif» qui peut expliquer le faible niveau d’entropie dans notre univers.

Modèle multivers

L'émergence de nouveaux univers issus de "l'univers parent"

Le modèle multivers hypothétique éviteLes omissions associées à une diminution de l'entropie, comme dans le cas du modèle Big Bounce, expliquent son faible niveau aujourd'hui, explique Carroll. Il découle de l'idée de "l'inflation" - un modèle bien accepté mais incomplet de l'univers. Le terme "inflation" et la première explication de ce modèle ont été proposés en 1981 par le physicien Alan Gut, qui travaille actuellement au Massachusetts Institute of Technology. Selon ce modèle, l'espace après le Big Bang s'est considérablement développé. Si brusquement que la vitesse de cette expansion s'est avérée supérieure à la vitesse de la lumière. Selon la mécanique quantique, des vibrations d'énergie aléatoires, à peine perceptibles, se produisent constamment dans l'espace. À un moment donné de la période inflationniste, les pics de ces fluctuations ont atteint leur maximum et ont entraîné l’apparition de galaxies, de vides et de structures à grande entropie et à grande échelle, que nous observons aujourd’hui dans l’Univers.

Le modèle d'inflation lui-même a été développé sur la base deobservations de rayonnement cosmique reliant les hyperfréquences - le type le plus ancien de rayonnement apparu quelques centaines de milliers d'années seulement après le Big Bang Les scientifiques pensent que le modèle inflationniste prédit parfaitement son existence.

Selon une hypothèse, le multiverspeut résulter de l'inflation. L'hypothèse est qu'il existe un très très grand univers générant de temps en temps des univers plus compacts. De plus, aucune forme de communication entre ces univers n'est possible. Marcus Wu de PBS Nova explique:

«Au début des années 80, les physiciens ont conclu queL’inflation peut avoir la nature de l’infini, ne s’arrêter que dans certaines régions de l’espace et créer une sorte de «poches» fermées. Cependant, entre ces "poches", l'inflation se poursuit et progresse plus rapidement que la vitesse de la lumière. À leur tour, les «poches» isolées les unes des autres deviennent des univers avec le temps ».

Carroll est le plus impressionné par ce modèle particulier, bien que son propre modèle proposé diffère quelque peu de ce qui est décrit ci-dessus:

"Ceci est juste une version de la théorie deCependant, à la différence d’un multivers, la principale différence est que «l’univers parent» peut avoir un niveau d’entropie élevé et générer des univers de faible niveau », explique Carroll.

Selon ce modèle, avant le Big Bang, il y avaitun grand espace en expansion d'où sont nés notre et de nombreux autres univers infinis. D'autres univers dépassent notre capacité à les détecter et auraient pu se former avant et après notre univers.

Il convient de noter qu’il s’agit pour le moment d’unedes modèles les plus populaires. Néanmoins, les scientifiques, bien sûr, le perçoivent différemment. Certains soutiennent cette idée, tandis que d'autres, au contraire, sont complètement en désaccord avec elle. Mais si vous prenez Peter Voight de l'Université Columbia comme exemple, la théorie du multivers, bien qu'elle semble très attrayante d'un point de vue scientifique populaire, peut rendre les physiciens paresseux et les inciter à cesser de chercher des réponses aux questions les plus fondamentales, par exemple, pourquoi les constantes physiques dans notre Univers exactement comme ils sont - écrivant tout à la variabilité.

"Les théoriciens spéculent sur la possibilitél'existence d'un nombre infini d'univers et nous pouvons finalement proposer des modèles clairs qui peuvent expliquer pourquoi les valeurs (comme les propriétés fondamentales des particules que nous observons) peuvent différer les unes des autres dans chaque univers », explique Voight.

Voight craint qu'une fois le principal problème pourLa science dans ce domaine sera la discussion sur le sujet "quelle chance nous avons d'être dans cet univers aléatoire, où tout se passe de cette façon et pas différemment, malgré l'infinie variété de possibilités, jetons donc cette idée avec des théories."

Que peut-on résumer? De nombreux physiciens reçoivent de l'argent pour discuter et écrire des livres dans lesquels ils tentent de décrire comment le Big Bang et le modèle de l'univers «pré-explosif» sont capables d'expliquer ce que nous voyons aujourd'hui, bien qu'ils ne le sachent pas et ne le sachent pas. pourquoi est-ce vrai? Le fait est que, malgré de sérieuses simplifications des modèles mathématiques et des explications, nous ne sommes pas près de la bonne réponse et nous devons encore beaucoup discuter de ce sujet jusqu'à ce que nous obtenions le résultat souhaité.

«Il est important non seulement de formuler des théories et des hypothèses. Il est beaucoup plus important de faire comprendre aux gens qu'en réalité, nous ne comprenons pas encore ce dont nous parlons. Tout cela n’est qu’au niveau des hypothèses, mais j’espère que, tôt ou tard, nous pourrons trouver la bonne réponse qui conviendra à tout le monde », déclare Carroll.