Voici six grandes questions sur notre univers auxquelles la physique actuelle ne peut répondre:
- Qu’est-ce que l’énergie noire, l’énergie mystérieuse qui semble accélérer l’expansion de l’univers?
- Qu’est-ce que la matière noire, la substance invisible que nous ne pouvons détecter que par son effet gravitationnel sur les étoiles et les galaxies?
- Qu’est-ce qui a causé l’inflation, l’expansion aveuglante de l’univers immédiatement après le Big Bang?
- D’ailleurs, qu’est-ce qui a causé le Big Bang?
- Y a-t-il beaucoup de Big Bangs ou d’univers possibles?,
- Est-il révélateur caractéristique associée à la mort d’un univers?
Malgré les efforts de certains des cerveaux les plus brillants du monde, le Modèle standard de la physique des particules – notre meilleure théorie actuelle du fonctionnement de l’univers à un niveau fondamental – n’a pas de solution à ces souches.
Une nouvelle théorie convaincante prétend résoudre les six en un seul balayage. La réponse, selon un article publié dans European Physical Journal C par Herb Fried de l’Université Brown et Yves Gabellini de l’INLN-Université de Nice, pourrait être une sorte de particule appelée tachyon.,
Les tachyons sont des particules hypothétiques qui voyagent plus vite que la lumière. Selon la théorie spéciale de la relativité d’Einstein – et selon l’expérience jusqu’à présent – dans notre monde « réel », les particules ne peuvent jamais voyager plus vite que la lumière. Ce qui est tout aussi bien: s’ils le faisaient, nos idées sur la cause et l’effet seraient jetées par la fenêtre, car il serait possible de voir un effet se manifester avant sa cause.,
Bien qu’il soit élégamment simple dans sa conception, le modèle de Fried et Gabellini est controversé car il nécessite l’existence de ces tachyons: spécifiquement chargés électriquement, des tachyons fermioniques et des anti-tachyons, fluctuant comme des particules virtuelles dans le vide quantique (QV). (L’idée de particules virtuelles en soi n’a rien de nouveau: dans le modèle standard, des forces comme l’électromagnétisme sont considérées comme des champs de particules virtuelles qui entrent et sortent constamment de l’existence. Prises ensemble, toutes ces particules virtuelles constituent le vide quantique.,)
Mais la relativité restreinte, bien qu’elle interdise les déplacements plus rapides que la lumière pour la matière et les photons ordinaires, n’exclut pas entièrement l’existence de tachyons. Comme l’explique Fried, » En présence d’un événement d’énergie énorme, comme une explosion de supernova ou le Big Bang lui-même, peut-être que ces tachyons virtuels peuvent être arrachés du QV et envoyés voler dans le vide réel (RV) de notre monde quotidien, comme de vraies particules qui n’ont pas encore été mesurées., »
Si ces tachyons franchissent la limite de la vitesse de la lumière, les chercheurs pensent que leurs masses élevées et leurs petites distances d’interaction introduiraient dans notre monde une quantité incommensurable de « causalité a ».
Fried et Gabellini sont arrivés à leur modèle à base de tachyons tout en essayant de trouver une explication à l’énergie sombre dans l’espace qui semble alimenter l’expansion accélérée de l’univers. Ils ont d’abord proposé que l’énergie sombre soit produite par les fluctuations de paires virtuelles d’électrons et de positrons.,
Cependant, ce modèle a rencontré des difficultés mathématiques avec des nombres imaginaires inattendus. En relativité restreinte, cependant, la masse de repos d’un tachyon est un nombre imaginaire, contrairement à la masse de repos des particules ordinaires. Alors que les équations et les nombres imaginaires du nouveau modèle impliquent bien plus que de simples masses, l’idée est suggestive: Gabellini a réalisé qu’en incluant des paires fluctuantes de tachyons et d’anti-tachyons, lui et Fried pourraient annuler et supprimer les nombres imaginaires indésirables de leurs calculs., Qui plus est, un énorme bonus a suivi de cette réponse créative à la nécessité mathématique: Gabellini et Fried ont réalisé qu’en ajoutant leurs tachyons au modèle, ils pouvaient aussi expliquer l’inflation.
« Cette hypothèse ne peut être infirmée par aucun test expérimental”, explique Fried – et le modèle correspond parfaitement aux données expérimentales existantes sur l’énergie sombre et l’énergie d’inflation.
Bien sûr, Fried et Gabellini reconnaissent que de nombreux physiciens se méfient des théories basées sur de telles hypothèses radicales.,
Mais, dans l’ensemble, leur modèle suggère la possibilité d’un mécanisme unificateur qui donne lieu non seulement à l’inflation et de l’énergie noire, mais aussi à la matière noire. Les calculs suggèrent que ces tachyons à haute énergie ré-absorberaient presque tous les photons qu’ils émettent et seraient donc invisibles.
Et il y a plus: comme l’explique Fried, « Si un tachyon à très haute énergie jeté dans le vide réel (RV) devait alors se rencontrer et s’annihiler avec un anti-tachyon de la même espèce, cette minuscule « explosion » quantique d’énergie pourrait être la graine d’un autre Big Bang, donnant naissance à un nouvel univers., Cette « graine » serait une densité d’énergie, à cet endroit d’annihilation, qui est si grande qu’une « déchirure » se produit dans la surface séparant le Vide quantique du RV, et les énormes énergies stockées dans le QV sont capables de se frayer un chemin dans le RV, produisant le Big Bang d’un nouvel univers. Et au cours de plusieurs éons, cette situation pourrait se produire plusieurs fois. »
Ce modèle – comme tout modèle de phénomènes non réplicables tels que la création de l’univers-peut être simplement caractérisé comme un ensemble alléchant de spéculations., Néanmoins, il correspond non seulement aux données sur l’inflation et l’énergie noire, mais offre également une solution possible à un autre mystère observé.
Au cours des dernières années, les astronomes ont réalisé que le trou noir au centre de notre galaxie de la Voie lactée est « supermassif », contenant la masse d’un million ou plus de soleils. Et le même genre de trou noir supermassif (SMBH) peut être vu au centre de nombreuses autres galaxies de notre univers actuel.
Exactement comment de tels objets est toujours une question ouverte., L’énergie stockée dans le QV est normalement assez grande pour contrecarrer la tendance gravitationnelle des galaxies à s’effondrer sur elles-mêmes. Dans la théorie de Fried et Gabellini, cependant, lorsqu’un nouvel univers se forme, une énorme quantité de l’énergie QV de l’ancien univers s’échappe par la « déchirure » faite par l’annihilation tachyon-anti-tachyon (le nouveau Big Bang). Finalement, même des parties lointaines de l’ancien univers seront affectées, car l’énergie QV de l’ancien univers fuit dans le nouvel univers comme de l’air s’échappant par un trou dans un ballon., La diminution de ce tampon d’énergie QV contre la gravité dans l’ancien univers suggère que lorsque l’ancien univers mourra, beaucoup de ses galaxies formeront des SMBHs dans le nouvel univers, chacune contenant la masse des anciens soleils et planètes de l’ancienne galaxie. Certains de ces nouveaux SMBHS pourraient former les centres de nouvelles galaxies dans le nouvel univers.
« Ce n’est peut-être pas une image très agréable”, dit Fried, en parlant du destin possible de notre propre univers. « Mais c’est au moins scientifiquement cohérent., »
Et dans le monde étrange et indétectable des Big Bangs et des univers multiples, la cohérence est peut-être le meilleur que nous puissions espérer.