Même un univers cyclique devait provenir de quelque part

Au début…

Les premiers mots du livre de la Genèse font une déclaration déclarative. Dieu créa le Ciel et la Terre, et ainsi commence l’histoire cosmique. Bien que tous les mythes de la création n’aient pas un acte de commencement, la plupart en ont un. Les humains sont des conteurs, et nous aimons les histoires avec un début. Ce besoin d’origine est profondément ancré en nous et fait même partie de notre vision scientifique du monde. Comme on le dit si souvent en science, les effets ont des causes. Ce processus de cause à effet est un outil puissant pour comprendre le monde qui nous entoure, mais il n’est pas sans problèmes, en particulier avec l’origine de l’univers.

Dans le modèle standard de la cosmologie, l’univers commence par un big bang. Un premier état chaud et dense dont est issu notre univers moderne. Techniquement, cela signifie que nous pouvons retracer l’histoire cosmique jusqu’à un big bang. Mais si les effets ont des causes, alors qu’est-ce qui a causé le big bang ? Qu’est-ce qui existait avant l’univers ? La réponse courte est que nous ne savons pas.

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Pour certains, cela laisse la porte ouverte à un créateur divin. Une grande citrouille qui se trouve en dehors du temps et de l’espace. Mais cela pourrait aussi être demander ce qui existait avant l’univers est une question absurde, comme demander ce qui est au nord du pôle nord. Bien que les effets dans l’univers aient des causes, l’univers dans son ensemble peut ne pas en avoir ou en avoir besoin. Mais cette réponse ne semble pas très satisfaisante.

La théorie du grand rebond
Graphique du concept Big Bounce (Relativity4Engineers.com)

Il existe cependant une alternative. C’est ce qu’on appelle le modèle de l’univers cyclique, et il soutient que notre univers observable actuel fait partie d’une série d’univers. Notre univers est actuellement en expansion à cause du paramètre Hubble, et si ce paramètre reste constant, il s’étendra pour toujours. Mais si le paramètre de Hubble est cyclique, alors l’univers commencera à se contracter à un moment donné dans le futur. Il se contractera jusqu’à ce qu’il atteigne un nouvel état chaud et dense. Un nouveau big bang pour un nouvel univers.

La roue du temps tourne et les âges passent…

Un univers cyclique n’a pas besoin de commencement. Il l’a toujours été, l’est toujours et le sera toujours. Mais le modèle n’est pas sans problèmes. L’un des principaux est le problème de l’entropie. L’entropie est une mesure du désordre dans un système et, selon les lois de la thermodynamique, elle ne peut jamais diminuer. Dans un modèle d’univers cyclique simple, l’entropie d’un univers donné doit être au moins un peu supérieure à son univers parent. Donc, si les univers cyclent vers un passé infini, l’univers actuel aurait une entropie infinie, ce qui n’est pas le cas. Il doit donc y avoir eu un univers initial avec une faible entropie, et nous sommes de retour au début.

Il existe un moyen de contourner ce problème. L’univers pourrait avoir un facteur d’échelle global. Si ce facteur d’échelle augmente avec chaque univers, alors le problème d’entropie disparaît. Ce qui est intéressant, c’est que ce facteur d’échelle est invariant de manière conforme. Cela signifie que cela ne change pas la façon dont l’univers apparaît. Chaque univers peut être deux fois plus grand que le précédent, mais tout dans cet univers évolue selon le même facteur. Si vous doublez les revenus de tout le monde sur la planète, mais aussi le coût de tout, alors rien n’a vraiment changé.

Ce facteur d’échelle invariant de manière conforme a permis à l’univers cyclique d’exister sans commencement. Chaque univers a une cause, et ce sont des tortues jusqu’au bout. Mais une nouvelle étude a trouvé une faille dans cette idée. L’équipe a examiné la structure mathématique des modèles d’univers cycliques au sein de la relativité générale et a découvert qu’ils sont tous géodésiquement passés-incomplets. En d’autres termes, dans les limites de la relativité générale, vous ne pouvez pas retracer un univers comme le nôtre à travers un cycle infini d’univers. Il y a peut-être eu un grand nombre d’univers avant le nôtre, mais il doit quand même y avoir eu un premier univers.

Il n’y a ni commencement ni fin à la Roue du Temps. Mais c’était un début.

Ainsi, le modèle de l’univers cyclique peut fournir une cause pour notre univers, mais cela ne fait que résoudre le problème des débuts sur la route. Même si notre univers n’était pas le premier, certains univers l’étaient. Du moins pour les modèles d’univers cycliques habituels. Comme le soulignent les auteurs, leur travail ne s’applique pas à la cosmologie cyclique conforme proposée par Roger Penrose. Dans ce modèle, l’échelle de chaque univers est infiniment plus grande que le cycle précédent. Les auteurs prévoient d’examiner ce modèle ensuite.

Et ainsi commence une histoire pour une autre fois.

Référence: Kinney, William H., et Nina K. Stein. “Cosmologie cyclique et complétude géodésique.” Journal de cosmologie et de physique des astroparticules 2022.06 (2022): 011.

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