Un trou noir à l'origine de l'univers

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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.

Cette vidéo n’est disponible qu’en anglais. Veuillez nous en excuser

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

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Institut Périmètre

L’Institut Périmètre de physique théorique est un important centre de recherche scientifique, de formation et de diffusion des connaissances en physique théorique fondamentale. Fondé en 1999 à Waterloo (Ontario), au Canada, il a pour mission de faire progresser notre compréhension de l’univers au niveau le plus fondamental, stimulant les percées qui pourraient transformer notre avenir. De plus, l’Institut Périmètre forme la prochaine génération de physiciens grâce à des programmes innovateurs, et communique aux élèves, aux enseignants et au grand public la passion et les merveilles de la science.

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