Le terme de multivers signifie que notre propre univers est seulement l’un parmi une infinité d’autres d’univers coexistant avec lui. Il s’agit d’une hypothèse que de plus en plus de scientifiques prennent au sérieux. Encore faut-il en apporter la preuve.
C’est ce qu’une équipe de chercheurs de l’université de Cambridge dirigée par le Professeur Zoran Hadzibabic s’efforce de faire actuellement. On notera que celui-ci a obtenu son diplôme de chercheur post-doctorant à l’Ecole Normale Supérieure de Paris. L’équipe postule qu’en refroidissant des atomes de potassium à une température aussi basse que possible de petites bulles apparaîtraient spontanément et se heurteraient. Ce processus devrait donner une image de la façon dont se forment les univers.
Constamment, dans un multivers primordial quantique supposé vide où n’existe ni temps ni espace de nouvelles bulles d’univers se matérialisent à l’occasion de Big Bang successifs . Les nouveaux univers ainsi apparus perdent alors leurs caractères quantiques et relèvent de la physique classique. Ils entrent en collision ce qui laisse sur chacun d’eux des traces observables.
Ainsi dans le passé seraient apparus de nouveaux univers qui entrant en collision avec notre univers devraient avoir laissé des traces que nous pourrions retrouver dans les observations cosmologiques actuellement disponibles.
Cette hypothèse a été formulée par les physiciens Andrei Linde et Alan Guth quand ils ont constaté que le fond diffus cosmologique (dit CMB pour cosmic microwave background) ou fond cosmique de micro-ondes, était un rayonnement électromagnétique très homogène observé dans toutes les directions du ciel et dont le pic d’émission était situé dans le domaine des micro-ondes. Ce phénomène avait été considéré comme une conséquence du Big Bang dont l’apparition de notre univers avait été le résultat.
Mais pour Andrei Linde et Alan Guth il était difficile d’admettre que le Big Bang ne se soit produit qu’une seule fois. Il aurait pu se produire plusieurs fois en générant un nombre infini de « bébé univers ». Ceux-ci au début du phénomène de l’inflation et avant d’être finalement dispersés entreraient en collision les uns avec les autres laissant sur eux des traces que nous pourrions retrouver dans notre propre univers.
Depuis plusieurs années les astronomes ont recherché de telles traces dans les images de l ‘univers aujourd’hui disponibles, c’est-à-dire dans le Fond Diffus Cosmologique CMB . Mais il ne suffisait pas selon eux d’observer le ciel. Il fallait se donner des simulations mathématiques du phénomène.
En 2011 les cosmologues Hirania Peres et Matt Johnson proposèrent de telles simulations. Celles-ci montrèrent que les univers-bulles en train de disparaître devraient laisser des cicatrices en forme de cercle dans le CMB. Mais la preuve leur paru insuffisante. Pour préciser les choses ils prirent contact avec Zoran Hadzibabic.
Ce faisant ils durent se familiariser avec le monde étrange de la théorie quantique qui gouverne le comportement des éléments les plus fondamentaux de la nature y compris ceux qui concernent la formation des univers.
Pour la théorie quantique, le plus bas niveau d’énergie que peut atteindre l’espace-temps à partir duquel émerge tout ce qui existe est nommé un vide (vacuum). Mais si l’espace entre les univers ne cesse d’augmenter du fait de l’expansion, ce vide ne peut pas être un vrai vide. Il doit exister une énergie fondamentale provoquant l’expansion de l’ensemble.
La théorie quantique des champs ( https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_quantique_des_champs ) suggère que les espaces vides existent mais que la plupart ne sont pas aussi vides qu’ils pourraient l’être. Ce sont de « faux vides ». Un faux vide n’est pas nécessairement vide, car cet état exigerait trop d’énergie de sa part. On dit qu’il est « métastable ». Ceci signifie que dans le monde quantique, des éléments peuvent atteindre mystérieusement, par effet tunnel, des niveaux de basse énergie nommés des bulles sans passer nécessairement par des niveaux de haute énergie.
Les cosmologistes s’intéressent à ces états quantiques de faux vides, dits de false vacuum decay car ils pourraient expliquer comment notre univers a commencé. Les observations récentes concernant le début de celui-ci , incluant sa rapide expansion initiale, sont compatibles avec l’hypothèse qu’il aurait débuté comme une bulle de faux vide.
Ceci signifierait que le cosmos aurait atteint par effet tunnel dans le cadre d’un processus dit de transition de phase, un état de basse énergie sans passer par un véritable vide. Ainsi on ne pourrait pas dire comme on le fait dans le langage courant, que notre univers serait parti de rien. Il serait parti d’un état préexistant de faux vide, c’est-à-dire d’un état de basse ou très basse énergie.
Le processus pourrait être le même dans le cas d’autres univers. Ces univers peuvent commencer par de rapides expansions à partit d’états de faux vides, dans le cadre de processus dits de transition de phase.
La difficulté pour les physiciens était de prouver l’existence de tels phénomènes en s’appuyant sur de seuls arguments mathématiques, faute de preuves expérimentales. En 2017 cependant, des physiciens australiens et néo-zélandais ont publié un article montrant que les équations décrivant un état quantique de faux vide, false vacuum decay, sont les mêmes que celles décrivant les transitions de phases quantiques dans une matière artificielle dite Bose-Einstein condensate. Celle-ci est faite d’atomes ou de particules sub-atomiques à très basse température qui se transforment en une bulle quantique pouvant être décrite par une fonction d’onde à une échelle quasi-macroscopique.
Pour approfondir, Matt Johnson et ses collègues se tournèrent vers une physicienne de l’Université de Nottingham qui s’était spécialisée dans l’étude des trous noirs, Silke Weinfurtner . Ensemble ils ont créé un groupe international de physiciens pour explorer l’idée. Leurs conclusions ne sont pas encore disponibles. L’objectif est de mettre au point un Bose-Einstein condensate qui se comporterait en générant des bulles comme aurait pu le faire l’univers primitif
Référence
NewScientist 14 october 2023 page 33
Europe Solidaire 