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Inflation éternelle

 
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Marine
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MessagePosté le: Lun 22 Sep 2014 - 09:21    Sujet du message: Inflation éternelle Répondre en citant

Depuis près de trente ans qu’elle a été proposée, la théorie de l’inflation fait maintenant partie des meubles pour les chercheurs en cosmologie. Cependant, pour se faire une vision exacte de l’état des recherches dans ce domaine, il est important de comprendre que l’inflation est un modèlecosmologique mais pas une théorie précise. Les spécialistes ont montré que l’inflation offre de nombreuses manières de plumer un canard, avec des variantes selon le nombre de champs d’inflaton, la forme de la courbe d’énergie potentielle pour chacun d’eux, et ainsi de suite. Heureusement, les diverses versions de l’inflation ont des conséquences communes, ce qui nous permet de tirer des conclusions même sans avoir uneversion officielle.
Parmi ces conclusions, il en est une de la plus haute importance, mise en évidence pour la première fois par Alexander Vilenkin de l’université de Tufts et étoffée ensuite par d’autres chercheurs, dont Linde7. En fait, c’est pour elle que j’ai consacré la première moitié de ce chapitre à expliquer le modèle inflationnaire.
Dans de nombreuses variantes de la théorie, la flambée d’expansion spatiale n’est pas un événement unique. Il se pourrait même que ce phénomène à l’origine de notre univers observable – expansion rapide de l’espace, puis transition vers une expansion plus douce accompagnée de production departicules – puisse se reproduire inlassablement en divers endroits très éloignés dans l’univers. De loin, l’univers serait criblé d’une myriade de régions immensément distantes les unes des autres, chacune étant la conséquence de l’inflation sur une petite portion d’espace. Notre domaine, ce que nous considérons depuis toujours comme l’Univers ne serait que l’une de ces nombreuses régions, quelque part dans un espace tellement plus vaste. Si la vie intelligente existe dans d’autres régions, ces autres créatures partageraient probablement cette conviction que leur univers est l’Univers. C’est ainsi que lacosmologie inflationnaire nous emmène à pleine vitesse dans notre deuxième variante des mondes parallèles.
Pour comprendre ce multi-univers inflationnaire, nous devons affronter deux complications que notre analogie avec Kung Fu Panda laissait de côté.
Primo, l’image du gros panda au sommet de la montagne offrait une analogie pour un champ d’inflaton doté d’une énergie potentielle et d’une pression négative conséquentes, prêtes à dévaler la pente jusqu’à des valeurs inférieures. Mais contrairement à Kung Fu Panda qui est perché sur unemontagne, le champ d’inflaton a quant à lui une valeur en chaque point de l’espace. La théorie postule que le champ d’inflaton commence avec la même valeur en chaque point d’une région donnée au départ. Ainsi pouvons-nous accéder à une analogie plus juste de la physique en imaginant plein de petits clones de notre panda préféré, chacun sur son propre sommet d’une foultitude de montagnes identiques, rangées bien serrées dans une petite zone de l’espace.
Secundo, jusqu’à présent, nous n’avons guère abordé lanature quantique de la théorie quantique des champs. Le champ d’inflaton, comme tout le reste dans notre univers, est sujet à l’incertitude quantique. Cela signifie que sa valeur subit desfluctuations quantiques aléatoires, qui l’augmentent un peu par-ci et la diminuent un peu par-là. Dans notre quotidien, cesfluctuations quantiques sont trop ténues pour qu’on les remarque. Mais les calculs montrent que plus l’inflaton a d’énergie, plus fortes seront les fluctuations dues à l’incertitude quantique. Comme l’énergie de l’inflaton lors de la phase d’expansion inflationnaire était extrêmement élevée, lesfluctuations quantiques de l’univers primordial devaient être fortes et imposantes8.
Il ne suffit donc pas d’imaginer un essaim de gros pandas chacun sur sa montagne ; nous devons également imaginer que tous sont soumis à des vibrations aléatoires – une forte par ici, une faible par-là, une très forte par là-bas. Alors seulement pouvons-nous comprendre ce qui peut se passer. Les divers pandas resteront perchés sur leurs montagnes respectives pour des durées variables : par endroits, de fortes vibrations feront tomber la majeure partie des pandas au fin fond de la vallée. Ailleurs, une fluctuation moyenne n’en fera dégringoler que quelques-uns ; plus loin encore, certains pandas pourraient être en train de dévaler la pente quand une vibration très forte pourrait les remettre en haut de la montagne. Après un certain temps, le paysage serait composé d’un agencement aléatoire de régions (un peu comme le découpage des régions sur le territoire français), certaines n’ayant plus aucun panda en altitude, et d’autres avec quelques pandas toujours perchés en hauteur.
La nature aléatoire des fluctuations quantiques provoque le même genre d’effet pour le champ d’inflaton. Au départ dans une portion d’espace donnée, le champ possède en chaque point une valeur élevée, tout en haut de sa courbe d’énergiepotentielle. Puis les fluctuations quantiques font vibrer le tout : la figure 3.2 montre comment l’étendue de l’espace se divise rapidement en zones, certaines où les fluctuations quantiques ont fait dégringoler l’inflaton tout en bas de la pente, d’autres où il est resté tout en haut.
Jusqu’ici tout va bien. Restons concentrés : c’est là que lacosmologie diverge de l’analogie des pandas. Un champ perché tout en haut de sa courbe d’énergie potentielle influe beaucoup plus sur son environnement qu’un hypothétique panda géant. Grâce au refrain que nous connaissons bien – l’énergie et la pression négative d’un champ uniforme créent une gravitation répulsive – nous devinons que la région baignée par ce champ connaît une expansion considérable. Cela signifie que l’évolution du champ d’inflaton dans l’espace est régie par deux phénomènes opposés. Les fluctutations quantiques, qui tendent à faire dégringoler le champ de son perchoir, diminuentla proportion d’espace aux prises avec un champ de haute énergie. L’expansion inflationnaire, en faisant grandir ces zones à toute vitesse, diminue la proportion d’espace imprégné de champs de haute énergie.
Lequel l’emporte-t-il ?


 Diverses zones où le champ d’inflaton est resté élevé (zones claires) ou bien a dégringolé la pente (zones sombres).


Dans la grande majorité des versions de cosmologieinflationnaire, l’augmentation est au moins aussi rapide que la diminution. La raison en est qu’un champ d’inflaton tombé trop vite de son perchoir ne crée pas suffisamment d’expansioninflationnaire pour résoudre le problème de l’horizon. Ainsi, dans les versions appropriées d’un point de vue cosmologique, l’augmentation l’emporte sur la diminution, afin d’assurer unvolume élevé de l’espace total ayant un champ de haute énergie. Puisque nous comprenons que ces configurations du champ produiront d’autant plus d’expansions inflationnaires, nous voyons qu’une fois enclenchée, l’inflation ne s’arrête plus jamais.
C’est comme la propagation pandémique d’un virus. Pour l’éradiquer, nous devons éliminer le virus plus vite qu’il ne se reproduit. Le virus inflationnaire se « reproduit » plus vite que le processus qui permet d’en venir à bout (une valeur de champ élevée induit une expansion spatiale rapide et s’étend donc à une région de plus en plus vaste, avec la même valeur du champ). Le virus inflationnaire résiste très bien à son éradication
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MessagePosté le: Lun 22 Sep 2014 - 09:21    Sujet du message: Publicité

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