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Confrontations avec le multi-univers inflationnaire

 
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Marine
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MessagePosté le: Lun 22 Sep 2014 - 09:36    Sujet du message: Confrontations avec le multi-univers inflationnaire Répondre en citant

Dans un multi-univers en patchwork, il n’existe pas de distinction nette entre un univers et un autre. Tous font partie d’une même étendue spatiale, dont les propriétés sont globalement les mêmes d’une région à une autre. La plupart d’entre nous n’imagineraient pas que les mondes se répètent ou que nous puissions rencontrer d’autres versions de nous-mêmes, de nos amis ou nos proches. Mais si nous pouvions voyager suffisamment loin, c’est cela que nous trouverions.
Dans un multi-univers inflationnaire, les univers qui le composent sont très isolés. Chacun étant un trou du gruyère cosmique, séparé des autres par des zones où le champ d’inflaton garde une valeur élevée. Puisque ces zones intermédiaires subissent toujours l’expansion inflationnaire, lesunivers bulles sont isolés les uns des autres à une vitesse fulgurante, proportionnelle à la quantité d’espace en expansion qui les sépare. Plus les bulles sont éloignées, plus rapide est la vitesse de récession ; et les plus distantes s’éloignent même les unes des autres à une vitesse supérieure à celle de la lumière. Même avec une longévité éternelle et des technologies sans limite, nous ne pourrions jamais franchir un tel gouffre. Nous ne pouvons même pas y envoyer le moindre signal.
Imaginons que nous puissions voyager vers un ou deux de ces univers bulles. Si nous pouvions le faire, que trouverions-nous ? Eh bien, puisque chaque univers bulle a subit la même évolution que le nôtre – l’inflaton dévale la pente, ce qui met fin à l’expansion inflationnaire pour la région considérée – chacun est régi par la même physique théorique et donc les mêmes lois physiques que les nôtres. Mais de même que des jumeaux peuvent, dans des environnements différents, grandir de manière très différente, des lois identiques peuvent, dans des environnements différents, se manifester de manière très différente.
Imaginons par exemple un autre univers bulle très semblable au nôtre, avec des galaxies pleines d’étoiles et de planètes, mais avec une variante essentielle : cet univers est baigné d’un champ magnétique un millier de fois plus fort que celui de nos derniers appareils d’IRM, à ceci près que ce champ-là ne peut pas être éteint par un technicien. Un champ d’une telle puissance influe forcément sur beaucoup de choses. Non seulement tous les objets contenant du fer auraient la fâcheuse habitude de voler le long des lignes du champ, mais même les propriétés élémentaires des particules, des atomes et des molécules seraient différentes. Un champ magnétique trop intense pourrait si fortement perturber le fonctionnement cellulaire que la vie telle que nous la connaissons ne le supporterait pas.
Pourtant, tout comme les lois physiques à l’œuvre à l’intérieur de nos appareils d’IRM sont exactement les mêmes qu’à l’extérieur, les lois fondamentales de la physique régissant cet univers magnétique sont les mêmes que les nôtres. Les écarts des résultats d’expériences ou de mesures ne seraient dus qu’à un aspect de l’environnement : le champ magnétique. Les talentueux scientifiques de cet univers magnétique finiraient certainement par se dépatouiller de ce champ magnétique et par retrouver les mêmes lois mathématiques que celles que nous avons découvertes.
Ces quarante dernières années, nos chercheurs ont imaginé un scénario identique, mais dans notre propre univers. La plus reconnue des théories de physique fondamentale, le « modèle standard de la physique des particules », postule que nous sommes baignés par un champ exotique appelé « champ de Higgs » (du nom du physicien anglais, Peter Higgs, qui proposa cette idée pour la première fois dans les années 1960, notamment grâce aux contributions de Robert Brout, François Englert, Gerald Guralnik, Carl Hagen et Tom Kribble). Champ de Higgs et champ magnétique sont tous deux invisibles, et peuvent donc imprégner tout l’espace sans manifester directement leur présence. Cependant, si l’on en croit la théorie des particules, le champ de Higgs se camoufle de manière beaucoup plus subtile. Les particules qui évoluent dans un champ de Higgs uniforme n’accélèrent pas, ne ralentissent pas et ne sont pas contraintes de suivre certaines trajectoires, contrairement à ce qui se passe, pour certaines, dans un champ magnétique. La théorie stipule qu’elles subiraient une influence beaucoup plus fine et fondamentale.
En évoluant dans un champ de Higgs, les particules fondamentales acquièrent et conservent la masse qu’on leur observe expérimentalement. Si l’on en croit cette idée, la résistance à la force exercée sur un électron ou un quark pour modifier sa vitesse proviendrait d’un effet de « viscosité » pour la particule dans le champ de Higgs. C’est cette résistance que nous appelons la masse. Si nous pouvions éteindre le champ de Higgs dans une portion de l’espace, les particules la traversant se retrouveraient tout à coup dénuées de masse. Si nous pouvions doubler la valeur du champ de Higgs dans une autre zone, alors les particules passant par là auraient tout à coup le double de leur masse habituelleV.
Provoquer de tels changements reste complètement hypothétique, car la quantité d’énergie nécessaire pour modifier notablement la valeur du champ de Higgs, même dans une minuscule portion de l’espace, dépasse largement nos possibilitésVI. Dans beaucoup de variantes de la cosmologie inflationnaire, le champ de Higgs aurait naturellement des valeurs différentes selon les univers bulles.
Le champ de Higgs, un peu comme le champ d’inflaton, possède une courbe indiquant quelle quantité d’énergie il incarne en fonction de sa valeur. Toutefois, contrairement à la courbe d’énergie potentielle de l’inflaton, celle du Higgs ne s’arrête pas forcément à une valeur nulle comme sur la figure 3.1, mais roule au fond de l’un des creux de la figure 3.6-a. Imaginons les premiers instants de deux univers bulles, dont le nôtre. Dans les deux univers, la violence et la chaleur du bouillonnement primordial provoquent des variations houleuses de la valeur du champ de Higgs. Avec l’expansion et le refroidissement, le champ de Higgs se stabilise et sa valeur s’arrête dans l’un des creux de la figure 3.6-a. Dans notre univers, sa valeur finale serait, par exemple, celle de gauche, celle qui donne à nos particules élémentaires les propriétés qu’on leur mesure. Dans l’autre univers bulle, les tribulations du Higgs pour l’amener à se stabiliser dans le creux de droite. Cet univers aurait alors des propriétés considérablement différentes des nôtres. Bien que les lois sous-jacentes soient les mêmes dans les deux univers, les masses et autres propriétés des particules élémentaires ne le sont pas.
Même une différence minime dans les propriétés desparticules élémentaires pourrait avoir de lourdes conséquences. Si la masse de l’électron dans un autre univers bulle était un peu plus élevée qu’elle ne l’est dans le nôtre, électrons etprotons auraient tendance à se lier pour former des neutrons, ce qui empêcherait l’abondante production d’hydrogène que nous connaissons. Les forces fondamentales – la force électromagnétique, les forces nucléaires et (nous le croyons) lagravitation – sont également véhiculées par des particules élémentaires. Modifier les propriétés de ces particules revient à modifier radicalement les propriétés des forces. Par exemple, une particule plus lourde se déplacera plus lentement et réduira donc la distance à laquelle la force correspondante peut être transmise. La formation et la stabilité des atomes dans notreunivers bulle repose sur les propriétés des forces nucléaires et électromagnétique. Il suffit qu’elles subissent d’importantes modifications pour que les atomes se délitent ou, plus exactement, qu’ils ne se forment pas du tout. Le moindre changement notable des propriétés des particules élémentaires peut perturber les processus même qui dotent notre univers de ses caractéristiques.

Une courbe d’énergie potentielle pour le champ de Higgs avec deux creux. Les propriétés habituelles de notre univers correspondent à la stabilisation de la valeur du Higgs dans le creux de gauche. Dans un autre univers, le champ peut se stabiliser dans le creux de droite et produire alors des propriétés physiques différentes. (b) Un exemple de courbe d’énergie potentielle pour une théorie à deux champs de Higgs.




Cette figure illustre le cas le plus simple, pour un seul champ de Higgs. Mais les physiciens ont envisagé d’autres scénarios plus compliqués, avec plusieurs champs de Higgs (nous verrons d’ici peu que ces possibilités découlent naturellement de la théorie des cordes), ce qui offre encore plus de diversité des univers bulles. La figure 3.6-b montre un exemple avec deux champs de Higgs. Comme précédemment, les divers creux représentent les différentes valeurs auxquelles le champ peut se stabiliser dans l’un ou l’autre des univers bulles.
Imprégnés de valeurs aussi inhabituelles des divers champs de Higgs, ces univers seraient très différents du nôtre, comme illustré schématiquement sur la figure 3.7. Une excursion dans les mondes du multi-univers inflationnaire serait une entreprise très dangereuse. Peu d’univers bulles seraient des étapes de choix, car pour beaucoup, les conditions seraient totalement incompatibles avec les processus biologiques essentiels à notre survie. L’expression « on n’est jamais mieux que chez soi » revêt alors un sens tout à fait fondamental. Notre univers bulle pourrait être, dans le multi-univers inflationnaire, l’île idéale au beau milieu d’un archipel absolument immense mais très inhospitalier.






Les champs pouvant se stabiliser à des valeurs différentes dans chaque bulle, les univers du multi-univers inflationnaire peuvent chacun avoir leurs propres caractéristiques physiques, même si les univers sont tous régis par les mêmes lois fondamentales.
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MessagePosté le: Lun 22 Sep 2014 - 09:36    Sujet du message: Publicité

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