Ce texte est uns reprise allégée d’un article de Pierre Brisson sur son blog. Nous l’en remercions
Depuis une dizaine d’années, Roger Penrose développe une théorie originale en mesure, selon lui, de résoudre certaines énigmes du Big Bang. Elle ouvre notamment des perspectives sur l’origine et le futur de notre Univers. Il s’agit du modèle de la cosmologie cyclique conforme (CCC).
Celle-ci a été mise à l’honneur récemment par l’attribution du Prix Nobel de physique 2020 à son auteur. Elle entrouvre une fenêtre sur les univers qui auraient pu exister avant le nôtre et ceux qui pourraient exister après celui-ci. Elle propose des réponses séduisantes à certaines questions qui se posent pour la compréhension de l’univers présent. Cependant, outre qu’elle reporte à toujours plus tard les réponses aux questions sur notre Origine et notre Fin, elle n’est pas validée par l’observation.
La CCC
L’hypothèse de la CCC suppose que toutes les fermions, ou particules possédant une masse, (c’est-à-dire notamment les protons et les électrons), finissent, sur la durée, par disparaitre de l’Univers où nous nous trouvons en en ayant épuisé les possibilités de changement, ou d’entropie), transformées en pur rayonnement.
Cela inclut l’évaporation de toute masse de cet univers y compris dans leurs ultimes concentrations, c’est-à-dire les trous noirs supermassifs subsistant après qu’ils auront englouti toute matière qui se trouve et se trouvera dans leur sphère d’influence gravitationnelle.
Cela inclut aussi, par auto-désintégration, les particules dotées d’une masse subsistant en dehors des trous noirs, c’est-à-dire celles qui auraient été trop éloignées pour être absorbées par les trous noirs ou pour s’annihiler entre elles
On peut comparer cet aboutissement à un certain épuisement de notre univers au bout d’une très longue vie, cet épuisement étant dû au temps et à l’expansion (l’étirement de l’espace). Ce serait une victoire temporaire de l’expansion sur la gravité qui ne disparaît pas mais qui n’a plus d’objet. Ce serait aussi un parachèvement de l’entropie.
C’est en effet sur l’évolution de l’entropie jusqu’à son terme et sur la contradiction qui apparait entre le niveau de cette entropie aujourd’hui et ce qu’elle était en regardant vers le passé jusqu’au Big-bang, que repose le raisonnement de Roger Penrose.
Il est maintenant bien établi dans la communauté des cosmologues que nous allons vers toujours plus d’entropie et ce dans un sens immuable (application du second principe de thermodynamique). Cela implique qu’en regardant vers le passé, on devrait constater symétriquement une entropie de plus en plus basse, jusqu’à une entropie nulle au moment du Big-bang. Or la diversification de la matière dès le début de l’Univers observable montre une complexité certes faible mais déjà apparente, porteuse de la complexification (entropie) toujours croissante, en fonction de l’activation des forces de gravitation, que l’on constate ensuite (du fait même que l’expansion permet cette activation en désagrégeant la masse compacte initiale).
De « l’autre côté », à l’autre bout du processus, cette entropie croissante toujours portée par l’expansion, conduit au bout d’une durée tendant vers l’infini, à une époque très lointaine où toute matière sera refroidie à tel point que les derniers trous noirs supermassifs l’ayant absorbée, paraîtront plus chauds que leur environnement. Dans cet environnement où les trous noirs seront les derniers astres (puisque leur force d’attraction sera la plus forte), l’évaporation de Hawking (théorisée par Stephen Hawking et constituée de photons) qui en provient, s’accélérera jusqu’à ce qu’ils explosent et disséminent la totalité de l’énergie dont ils étaient porteurs dans un espace tellement distendu qu’ils ne pourront plus se reconcentrer.
Ce que théorise Roger Penrose pour expliquer la présence d’entropie dans l’univers primordial c’est que tous les constituants de l’univers précédant ne se désintègreront pas. Ce sont les fermions (neutrons, protons, électrons) qui subissent l’usure du temps. Les bosons, sans dimensions mais qui déterminent les champs, subsistent et, passant d’un univers à l’autre de même que la « géométrie conforme » qui structure le tout (elle conserve les angles non les distances) et la force gravitationnelle, devenue sans force puisque les fermions se sont évaporés dans des ensembles distendus à l’extrême.
Ce qui subsiste se reconcentre en une nouvelle origine, extraordinairement dense (en fait un nouveau mais unique trou noir), réutilisant la potentialité de la matière évanouie, et animé d’une force d’expansion extrêmement puissante résultant du résidu de force gravitationnelle du précédent univers (ce qui expliquerait la densité primordiale et l’accélération de l’expansion dans le précurseur du nouvel univers Du fait de son extrême densité, cette matière explose alors, lors d’un nouveau big-bang, en un nouvel univers chargé dès le début du résidu d’entropie de son prédécesseur.
On notera que selon Roger Penrose, l’explosion n’implique pas de phase d’inflation (phase d’expansion exponentielle) avant de parvenir à la surface définitive de dernière diffusion (CMB) comme prévu par l’actuelle théorie standard de la cosmologie.
Compte tenu de la conformité de la géométrie de cet univers avec celle de son prédécesseur, il devrait subsister en lui, ou à sa surface pour l’observateur que nous sommes, la trace des derniers grands événements intervenus dans le précédent, c’est-à-dire la trace des derniers trous noirs supermassifs avant leur évaporation. Retrouver de telles traces, serait une preuve tangible de la théorie.
Roger Penrose pensait avoir identifié dans les données collectées par l’observatoire spatial WMAP de la NASA, certaines structures (cercles concentriques d’anomalies de température) en surface de ce CMB (nommés « points de Hawking ») témoignages de l’évaporation de trousnoirs massifs qui répondaient aux caractéristiques attendues. Mais ces traces à la limite de nos capacités d’observation, ont été d’abord contestées et ensuite n’ont pas été confirmées par le télescope spatial Planck, successeur de WMAP et beaucoup plus puissant.
La communauté des cosmologues attend donc des preuves des astronomes et la CCC restera simplement une théorie jusqu’à ce qu’on les trouve.
Mais arrêtons-nous un instant, pour l’esthétique, sur cette image grandiose et impressionnante de l’ancien monde à bout de souffle, soit notre univers dans son très lointain futur. Il fait sombre puisqu’aucun astre ne brille plus dans l’espace étiré asymptotiquement vers l’infini. Les photons provenant du passé eux-mêmes, dont les longueurs d’onde se sont considérablement allongées, ne sont plus lumineux depuis bien longtemps et presque complètement froids.
Espacé par des milliards d’années-lumière, de gigantesques trous noirs luisent faiblement de leur rayonnement de Hawking (en photons). Il fait froid, de plus en plus froid, à un point tel que, par différence, ces trous noirs, derniers refuges et destructeurs de la matière, sont devenus relativement chauds et s’évaporent de plus en plus vite jusqu’à exploser et se disperser en diffusant d’énormes ondes gravitationnelles.
Bientôt, en dehors des photons, il ne reste plus qu’un squelette des autres bosons de ce qui fut notre Univers, totalement décharné et étiré sur des distances incommensurables. Ce squelette épuré mais toujours porteur de la géométrie conforme de son passé, se contracte par « transformation conforme » sans difficulté aucune et presque jusqu’à l’infiniment petit puisqu’il n’est plus contraint par la matière. Nous sommes au moment du « passage » (« crossover ») à l’aube d’un nouvel universèrse (ou dans le vocabulaire de Roger Penrose, d’un nouvel éon) dans laquelle tout redeviendra à nouveau possible grâce à la survivance « au-delà du miroir », des bosons et de l’énergie qui ont survécu au précédent univers
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