Un trou noir à l'origine de l'univers
Cet article a initialement été rédigé et soumis pour faire partie du recueil de récits d’innovation du projet Canada 150 visant à réunir des témoignages sur l’innovation canadienne en collaboration avec des partenaires de partout au pays. Il a maintenant été intégré au Réseau Ingenium, un portail numérique qui met en vedette du contenu en lien avec les sciences, la technologie et l’innovation.
Selon une proposition de trois chercheurs de l’Institut Périmètre qui a fait la couverture du dernier numéro de la revue Scientific American, notre univers pourrait avoir émergé d’un trou noir contenu dans un univers ayant un plus grand nombre de dimensions.
Le Big Bang est à la source d’une grande question : s’il fut vraiment le cataclysme qui a fait naître notre univers il y a 13,7 milliards d’années, qu’est-ce qui l’a déclenché?
Trois chercheurs de l’Institut Périmètre ont une nouvelle idée sur ce qui aurait pu précéder le Big Bang. Cette idée est un peu déroutante, mais elle est fondée sur des mathématiques solides, vérifiable et suffisamment séduisante pour avoir fait la couverture de la revue Scientific American, sous le titre The Black Hole at the Beginning of Time [Le trou noir à l’origine du temps].
Selon ces chercheurs, ce que nous percevons comme le Big Bang pourrait être le « mirage » tridimensionnel de l’effondrement d’une étoile appartenant à un univers bien différent du nôtre.
« Le plus grand défi de la cosmologie consiste à comprendre le Big Bang lui-même » [traduction], écrivent Niayesh Afshordi, professeur associé à l’Institut Périmètre, Robert Mann, membre affilié de l’Institut Périmètre et professeur à l’Université de Waterloo, ainsi que la doctorante Razieh Pourhasan.
Selon l’opinion conventionnelle, le Big Bang a commencé par une singularité – un phénomène de l’espace-temps d’une chaleur et d’une densité insondables, où les lois standard de la physique n’ont plus cours. Les singularités sont étranges et nous n’en avons qu’une compréhension limitée.
« Pour ce qu’en connaissent les physiciens, des dragons pourraient aussi bien s’être envolés de la singularité » [traduction], déclare M. Afshordi dans une entrevue à la revue Nature.
Selon les auteurs, le problème vient de ce que, d’après l’hypothèse du Big Bang, notre univers relativement compréhensible, uniforme et prévisible serait issu de la folie d’une singularité détruisant la physique. Cela semble peu probable.
Il s’est peut-être donc passé autre chose, et notre univers n’a peut-être connu aucune singularité.
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Voici ce que les auteurs suggèrent : l’univers que nous connaissons pourrait être une « enveloppe » tridimensionnelle entourant l’horizon des événements d’un trou noir à quatre dimensions. Selon ce scénario, notre univers est né lorsqu’une étoile d’un univers quadridimensionnel s’est effondrée pour devenir un trou noir.
Dans notre univers à trois dimensions, les trous noirs ont un horizon des événements à deux dimensions – c’est-à-dire qu’ils sont entourés d’une limite bidimensionnelle qui marque un « point de non-retour ». Dans un univers à quatre dimensions, un trou noir aurait un horizon des événements tridimensionnel.
Selon le scénario proposé par les auteurs, notre univers n’a jamais été à l’intérieur d’une singularité; il est plutôt né à l’extérieur d’un horizon des événements, protégé de la singularité. Il a constitué – et demeure – une caractéristique de l’épave résultant de l’implosion d’une étoile à quatre dimensions.
Les chercheurs soulignent que cette idée, même si elle peut sembler « absurde », s’appuie solidement sur les meilleures équations mathématiques modernes qui décrivent l’espace et le temps. Plus précisément, ils se sont servis des outils de l’holographie pour « interpréter le Big Bang comme un mirage cosmique » [traduction]. En passant, leur modèle semble résoudre des problèmes cosmologiques de longue date et – ce qui est crucial – il produit des prédictions vérifiables.
Bien entendu, notre intuition répugne à l’idée que tout ce que nous connaissons ait émergé de l’horizon des événements d’un seul trou noir à quatre dimensions. Nous n’avons aucune notion de ce à quoi un univers quadridimensionnel pourrait ressembler. Et nous ne savons pas comment un tel univers « parent » est apparu.
Mais, de l’avis des chercheurs, nos intuitions humaines faillibles relèvent d’un monde tridimensionnel qui pourrait ne révéler que l’ombre de la réalité.
Ils dressent un parallèle avec l’allégorie de la caverne exposée par Platon : toute leur vie durant, des prisonniers ne voient que les ombres dansantes projetées par un feu sur les murs de la caverne où ils sont enfermés.
« Leurs chaînes les empêchaient de percevoir le monde réel, doté d’une dimension supplémentaire, écrivent les auteurs. Les prisonniers de Platon ne comprenaient pas le pouvoir du soleil, tout comme nous ne comprenons pas l’univers quadridimensionnel. Mais au moins, ils savaient où aller chercher les réponses. » [traduction]
– Colin Hunter
Transcription
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if you turn that clock back and look at
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the first instance of the life of the
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universe you notice that as you go back
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in time temperatures get hotter
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densities go higher and at some point
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basically cannot use the standard theory
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that Einstein gave us that's the Big
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Bang singularity classical cosmology
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could describe everything up to like
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back to that time and because every
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physics breaks down there this is the
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time that really really we want to know
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what happens but we don't have enough
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tools we don't have a quick theory to
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describe that maybe the Big Bang as we
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think about it as a singularity in our
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past is not really there but rather a
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mirage of something more complicated
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something that actually happened in one
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higher dimension we found that okay we
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can interpret the singularity in a
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different way at some point a star dies
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a black hole forms in in four dimension
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these Galactus has an event horizon if
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the size of our universe is larger than
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the horizon and if we are living outside
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the horizon then we are protected from
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that singularity if you have a star that
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collapses and out of the remnants of
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that collapsing a star in a four
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dimensional universe a membrane emerges
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the properties of that membrane could
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very well describe the properties of the
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cosmology in which we live in and maybe
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that means that there was no Big Bang
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maybe there was a supernova explosion
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one higher dimension of course there
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would be differences obviously but the
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might be similarity is more than anybody
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might have imagined I think that is one
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possible case to consider lots of other
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brilliant people who had clever ideas
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but I love about cosmology is is asking
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big questions and you can try to answer
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them as ambitious it may sound
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I'm still not happy I want to know more
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I want to know what's beyond the Big
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Bang what happened before that
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so we just try to look back as far as we
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can and where we stopped we will try
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harder