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Marine
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MessagePosté le: Lun 22 Sep 2014 - 09:29    Sujet du message: Changement de perspective Répondre en citant

À l’époque, dans les années 1980, lorsque Vilenkin comprit la nature éternelle de l’expansion inflationnaire et les univers parallèles qu’elle engendre, il se précipita chez Alan Guth au MIT pour lui en faire part. Au beau milieu de ses explications, il vit la tête de Guth basculer vers l’avant : il s’était endormi. Ce n’était pas forcément mauvais signe car Guth est connu pour piquer du nez pendant les séminaires – je me souviens de l’avoir vu papillonner des paupières lors de certains de mes exposés – et la légende veut qu’il ouvre à demi les paupières pour poser la plus lumineuse des questions. En l’occurrence la communauté des physiciens au complet n’était guère plus enthousiaste que Guth, si bien que Vilenkin classa l’affaire et passa à d’autres projets.
Aujourd’hui ce n’est plus pareil. À l’époque où Vilenkin avait envisagé le multi-univers inflationnaire pour la première fois, les indices en faveur de la théorie inflationnaire étaient maigres. Donc pour les rares chercheurs qui s’y intéressaient un tant soit peu, ces idées d’une expansion inflationnaire fabriquant une nuée d’univers parallèles n’étaient que spéculation sur spéculation. Depuis, les apportsobservationnels en faveur de l’inflation ont pris énormément d’ampleur, essentiellement grâce aux mesures du fond de rayonnement cosmologique.
Bien que l’uniformité observée du fond de rayonnement cosmologique fût l’une des premières motivations à l’élaboration de la théorie de l’inflation, ses premiers adeptes avaient compris que l’expansion spatiale rapide ne suffit pas à elle seule à expliquer que le rayonnement soit si parfaitementuniforme. En effet, les fluctuations quantiques, élargies par l’expansion inflationnaire, auraient eu pour effet de parsemer de petites variations de la température, à la manière de minuscules vaguelettes sur la surface d’un étang parfaitement lisse par ailleurs. Cette réflexion s’est révélée aussi spectaculaire qu’importanteIV. Voici comment.
L’incertitude quantique aurait imposé des fluctuations quantiques à la valeur du champ d’inflaton. En effet, si la théorie de l’inflation est correcte, la flambée d’expansion inflationnaire se serait arrêtée grâce à une fluctuation quantique suffisamment forte qui aurait, voici près de 14 milliards d’années, fait dévaler la pente de l’énergie potentielle à notre champ d’inflaton. Mais l’histoire ne s’arrête pas là. Car durant sa chute jusqu’à sa valeur minimale – celle qui met un terme à la phase d’expansion fulgurante – le champ d’inflaton continue de subir des fluctuations quantiques. Et ces fluctuations auraient donc porté l’inflaton à une valeur un peu plus élevée ici, et une autre un peu plus faible là. Un peu comme la surface ondoyante d’un drap que l’on déploie sur un matelas. Cela aurait produit de petites variations dans l’énergie de l’inflaton à travers l’espace. Normalement, ces variations quantiques sont si ténues et sur des échelles si minuscules qu’elles n’ont aucune incidence à l’échelle cosmologique. Mais l’expansioninflationnaire n’a rien de normal.
L’expansion de l’espace est si rapide, même durant la transition hors de la phase inflationnaire, que même le microscopique aurait été transformé en macroscopique. Et tout comme un mot écrit en lettres miniatures sur un ballon de baudruche devient tout à fait lisible après qu’on a gonflé le ballon et donc distendu sa surface, les effets des fluctuations quantiques deviennent visibles lorsque l’expansion inflationnaire distend l’espace cosmique. Plus précisément, cette distension des minuscules différences d’énergie provoquées par les fluctuations quantiques crée des variations de température qui sont imprimées dans le fond de rayonnement micro-onde. D’après les calculs, ces différences de température ne seraient pas affolantes, mais tout de même de l’ordre d’un millième de degré. Autour d’une zone à 2,725 K, la distension des fluctuations quantiques aurait pu créer une région voisine à 2,7245 K et une autre à 2,7255 K par exemple.


 L’énorme expansion spatiale de la cosmologie inflationnaire étire les fluctuations quantiques miscroscopiques en variations macroscopiques, produisant des écarts observables de la température du fond de rayonnement cosmologique (les taches sombres étant légèrement plus froides que les claires).


Les astronomes ont scruté le ciel de façon extrêmement minutieuse à la recherche de telles variations de température. Et on les a trouvées. Tout comme le prévoyait la théorie, elles se comptent en millièmes de degrés (voir figure 3.4). Plus impressionnant encore : ces minuscules différences de température dessinent dans le ciel un motif que les calculs expliquent à merveille. La figure 3.5 compare les mesures aux prévisions théoriques des variations de température que nous devrions observer en fonction de la distance entre deux régions (mesurée par l’angle entre leurs lignes de mire respectives depuis la Terre). L’accord est confondant.
Le prix Nobel de physique de 2006 fut décerné à GeorgeSmoot et John Mather, à la tête de l’équipe du Cosmic Background Explorer, comptant plus de mille chercheurs, et qui fut la première, dans les années 1990, à détecter ces variations de température.
Ces travaux s’inscrivaient dans la lignée de découvertes spectaculaires, qui avaient commencé avec les recherches d’Einstein, Friedmann et Lemaître ; s’étaient aiguisées avec les calculs de Gamow, Alpher et Herman ; puis ravivées par les idées de Dicke et Peebles ; validées par les observations dePenzias et Wilson et enfin couronnées par l’œuvre d’une armée d’astronomes, de physiciens et d’ingénieurs qui ont mis leurs efforts en commun pour mettre en évidence une minuscule signature cosmologique, en place depuis des milliards d’années.
Qualitativement, nous devrions tous être reconnaissants envers les taches de la figure 3.4. À la fin de l’inflation dans notre univers bulle, les régions dotées d’une énergie légèrementplus élevée (ou de façon équivalente grâce à E = mc2, les régions les plus massives) exerçaient une attractiongravitationnelle légèrement supérieure, attirant ainsi davantage de particules que leur entourage. À leur tour, les plus gros amas exerçaient une attraction gravitationnelle plus forte encore et attiraient donc de plus en plus de matière. Cet effet boule de neige finit par produire des paquets de masse/énergie qui, après des milliards d’années, évoluèrent en étoiles et en galaxies. C’est ainsi que la théorie inflationnaire établit un lien remarquable entre les plus grandes et les plus petites structures du cosmos. L’existence des galaxies, des étoiles, des planètes et de la vie même s’explique par l’amplification, via l’expansion inflationnaire, des microscopiques fluctuations quantiques primordiales.
Les fondements théoriques de l’inflation demeurent hésitants : après tout, l’inflaton n’est qu’un champ hypothétique dont l’existence reste à démontrer. Sa courbe d’énergiepotentielle a été postulée par les chercheurs, et non mise en évidence par l’observation. L’inflaton se retrouve on ne sait comment au sommet de sa courbe d’énergie potentielle sur toute une région de l’espace, et ainsi de suite. Malgré tout cela, et même si certains détails de la théorie ne sont pas tout à fait exacts, l’accord entre théorie et observation a convaincu bon nombre de scientifiques que le modèle inflationnaire exploite un filon absolument fondamental de l’évolution cosmique. Et puisque beaucoup des variantes de l’inflation sont éternelles, et produisent un nombre sans cesse croissant d’univers bulles,théorie et observation offrent de concert des arguments convaincants en faveur de cette deuxième version des mondesparallèles.


Le motif des différences detempérature dans le fond de rayonnement cosmique. Les variations de température sont représentées sur l’axe vertical et sur l’axe horizontal est indiquée la distance entre deux régions (mesurée par l’angle entre leur ligne de mire respective depuis la Terre – les angles les plus élevés à gauche, les plus serrés à droite)11. La courbe pleine est celle des prédictions théoriques, les données observées sont représentées par les cercles.
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MessagePosté le: Lun 22 Sep 2014 - 09:29    Sujet du message: Publicité

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