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Billet de blog 22 avr. 2018

Relation entre l'espace-temps et le monde quantique

On peut penser que le cerveau humain, qui n'a pas été fait pour cela, ne pourra jamais comprendre la nature profonde de l'univers, ceci tant au plan quantique qu'en ce qui concerne la cosmologie. Mais bien évidemment cela n'empêche pas la science, issue de cerveau humain, de faire des hypothèses sur ces sujets, et essayer de les vérifier expérimentalement.

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La question se pose en particulier concernant les origines de notre univers, que l'on considère généralement être apparu à la suite d'un phénomène brutal, le Big Bang. Celui-ci se serait produit à partir du monde quantique, fait de particules dotées de propriétés particulières, notamment l'intrication et la superposition. Ces particules ne s'analyse pas en termes de temps et d'espace. Avec le Big Bang est apparu un système de particules dites élémentaires s'inscrivant dans un espace et ayant généré un temps tels que nous les connaissons dans notre univers. Selon la meilleure théorie actuelle, celle de la Relativité Générale, le temps et l'espace sont unifiés dans un espace-temps, trame invisible de toutes choses. Les observations astronomiques actuelles montrent que cet espace-temps est en expansion, ceci à partir d'un espace ponctuel initial et d'un temps initial, tous deux émergés lors du big bang.

Concernant le big bang, certains théoriciens considèrent qu'il n'aurait pas eu lieu effectivement,mais que notre univers aurait succédé à un univers précédent, voire une suite d'autres univers. C'est l'hypothèse de l'univers cyclique, mais elle non plus ne répond pas à la question de savoir pourquoi et à partir de quoi un tel univers cyclique serait apparu.

Pour expliquer comment un univers reposant sur un espace-temps donné ait pu provenir de l'univers quantique ne faisant pas appel au temps et à l'espace, les physiciens font appel à une hypothétique « fluctuation » survenue par hasard au sein des particules du monde quantique. Mais ceci entrainera la conséquence que de telles fluctuations puissent se produire  à tout instant – instant de notre temps - et générer un nombre infini d'univers, semblables ou différents du nôtre. C'est l'hypothèse dite du multivers, encore invérifiable aujourd'hui.

Afin d'échapper à ce dilemme, des physiciens proposent aujourd'hui de considérer que l'essence de l'espace et du temps pourraient exister au delà des limites de notre univers. Ils ne seraient donc pas apparus à l'occasion du big-bang. Mais ils existeraient sous une forme d'un chaos évolutif que nous ne serions pas capable aujourd'hui de nous représenter. Le big bang serait une transformation de ce chaos évolutif, perceptible à notre échelle. On ne précise pas à notre connaissance  si cet évènement pourrait se produire plusieurs fois, ce qui reposerait la question du pourquoi maintenant. 

Dans cette hypothèse, l'espace-temps serait un fluide, analogue à l'eau. Les molécules composant celle-ci pourrait passer de l'état de vapeur à celui de gouttes, clairement perceptibles. Il pourrait se condenser en gouttes d'espace, elles-mêmes soumise à un temps. Ainsi l'hypothèse selon laquelle le temps pourrait être quantifié trouverait toute sa légitimité (cf temps ou mieux durée de Planck)

Pour le moment, selon ces physiciens, nous ne pourrions nous représenter ce fluide que sous une forme mathématique, dite group field theory, s'inscrivant dans la cadre de la théorie quantique des champs. Mais ils espèrent pouvoir prochainement proposer des expériences mettant le phénomène en évidence. Ainsi l'observation de photons à haute énergie provenant de la nébuleuse du Crabe pourrait montrer qu'ils ont traversé un espace de type liquide.

Les principaux auteurs de l'hypothèse sont des physiciens ayant à leur actif de nombreux travaux de recherche. Mais ils sont actuellement inconnus du grand public.

Nous citerons Bei Lok Hu
https://umdphysics.umd.edu/people/faculty/current/item/232-blhu.html
ainsi que Daniele Oriti
https://www.aei.mpg.de/staffgolm/23571
https://www.researchgate.net/profile/Daniele_Oriti

Sur l'ensemble de la question, on lira un article très accessible, The Big Boil, du à Jon Carwright, publié par le Newscientist du 17 mars 2018
https://www.newscientist.com/article/mg23731690-700-why-the-big-bang-was-not-the-beginning/

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