L'existence du multivers est inévitable, et nous y vivons

Une illustration de la multitude d'Univers indépendants non unis par des relations causales dans un océan cosmique en constante expansion est l'une des idées sur l'idée multivers

Imaginez que l'Univers que nous observons d'un bord à l'autre n'est qu'une goutte dans l'océan cosmique. Qu'il y a encore de l'espace en dehors de notre champ de vision, plus d'étoiles, plus de galaxies et surtout, peut-être, d'innombrables milliards d'années-lumière plus loin que nous ne pouvons jamais le voir. Et, bien que l'Univers inobservable soit grand, il existe encore d'innombrables autres Univers qui lui sont similaires - certains d'entre eux sont plus grands et plus anciens, certains sont plus petits et plus jeunes - s'étendant à travers les vastes étendues de l'espace-temps. Et bien que ces univers se développent inévitablement et rapidement, l'espace-temps qui les contient s'étend encore plus rapidement, les écartant plus loin, garantissant qu'aucune paire d'univers ne se rencontrera jamais. Cela ressemble à de la science-fiction: c'est l'idée scientifique du multivers. Mais si la science s'avère juste, alors ce ne sera pas seulement une idée fiable, ce sera une séquence inévitable de lois fondamentales.



Le concept de l'artiste de la représentation logarithmique de l'univers observable. Nous sommes limités par la possibilité d'examiner le passé par le temps qui s'est écoulé depuis le temps du Big Bang chaud: 13,8 milliards d'années, ou, compte tenu de l'expansion de l'Univers, puis 46 milliards d'années-lumière.

L'idée d'un multivers découle de la physique nécessaire pour décrire l'univers que nous voyons et habitons aujourd'hui. Partout où nous regardons dans le ciel, nous voyons des étoiles et des galaxies se regrouper dans un réseau cosmique géant. Mais plus nous regardons dans l'espace, plus nous regardons dans le temps. Les galaxies les plus éloignées nous paraissent plus jeunes, donc moins développées. Leurs étoiles ont moins d'éléments lourds, leur taille apparente est plus petite, car elles ont subi moins de fusions, il y a plus de spirales, moins de galaxies elliptiques (elles ont besoin de temps pour se former après les fusions), etc. Si nous atteignons les limites de nos capacités à voir, vous trouverez les toutes premières étoiles de l'Univers, et au-delà - le royaume des ténèbres, dans lequel la seule lumière sera la lueur résiduelle du Big Bang.



En regardant des objets de plus en plus éloignés de l'Univers, nous regardons le passé, jusqu'au temps où il n'y avait pas d'atomes, jusqu'au Big Bang

Mais le Big Bang, qui s'est produit simultanément dans tout l'Univers il y a 13,8 milliards d'années, n'était pas le début de l'espace et du temps, mais est devenu le début de notre Univers observable. Avant lui, il y a eu une ère d'inflation cosmique, dans laquelle l'espace s'est développé de façon exponentielle et a été rempli d'énergie inhérente au tissu de l'espace-temps. L'inflation cosmique est un exemple de théorie qui a accompagné le noyau, puis l'a éclipsé, car elle:

1. En cohérence avec tous les succès du Big Bang et embrassé toute la cosmologie moderne.
2. Elle a expliqué plusieurs problèmes auxquels le Big Bang ne pouvait pas faire face, notamment: pourquoi la température dans tout l'Univers est la même, pourquoi elle est spatialement plate, pourquoi il n'y a pas de reliques à haute énergie résiduelles comme les monopôles magnétiques.
3. Elle a fait de nombreuses nouvelles prédictions qui peuvent être vérifiées par l'observation, et la plupart d'entre elles ont déjà été confirmées.

Mais l'inflation prédit encore une autre conséquence, pour laquelle nous ne savons pas si nous pouvons la confirmer ou non: le multivers.



L'inflation entraîne une expansion exponentielle de l'espace, ce qui peut faire apparaître très rapidement tout espace incurvé à plat

L'inflation fonctionne de telle manière qu'elle force le cosmos à se développer à un rythme exponentiel. Tout ce qui existait avant le Big Bang devient de plus en plus grand. Jusqu'à présent, tout est clair: cela explique pourquoi nous avons un univers aussi homogène et grand. À la fin de l'inflation, l'Univers est rempli de matière et de rayonnement, et c'est ce que nous considérons comme un Big Bang chaud. Mais c'est étrange. Pour que l'inflation prenne fin, le champ quantique qui en est responsable doit passer d'un état instable à haute énergie qui alimente l'inflation à un état d'équilibre à basse énergie. Cette transition et ce «roulement» d'une colline à une plaine provoquent la fin de l'inflation et donnent lieu à un Big Bang chaud.



Si l'inflation était un champ classique, l'inflation continuerait tant que la valeur du champ resterait élevée, mais lorsque la valeur baissée diminuerait, l'inflation s'arrêterait et réchaufferait l'Univers

Mais quel que soit le domaine responsable de l'inflation, celui-ci, comme tous les autres domaines qui obéissent aux lois de la physique, doit être de nature quantique. Comme tous les champs quantiques, il est décrit par une fonction d'onde dont la probabilité est répartie dans le temps. Si la valeur du champ descend assez lentement de la colline, le frottis quantique de la fonction d'onde ira plus vite que le décollage, ce qui signifie que l'inflation est susceptible et même possible de glisser au-delà du point final et de provoquer le Big Bang au fil du temps.



Si l'inflation est un champ quantique, alors sa valeur est distribuée dans le temps, et différentes réalisations de la valeur du champ surviennent dans différentes parties de l'espace. Dans de nombreuses régions, la valeur du champ sera égale au fond de la vallée, et l'inflation prendra fin, et dans beaucoup d'autres, l'inflation se poursuivra arbitrairement pendant longtemps.

Au fur et à mesure que l'espace se développe à un rythme exponentiel pendant l'inflation, un nombre exponentiellement grand de sections d'espace se développera au fil du temps. Dans certaines régions, l'inflation prendra fin: là où la valeur du champ descendra au fond de la vallée. Dans d'autres, l'inflation se poursuivra et générera plus d'espace autour de toutes les régions où l'inflation s'est terminée. Le taux d'inflation est beaucoup plus élevé que le taux d'expansion maximal de l'univers rempli de matière et d'énergie, par conséquent, les régions en expansion commenceront rapidement à prévaloir sur tout le reste. Selon des mécanismes plausibles qui nous donnent beaucoup d'inflation pour générer l'Univers observable, il y a beaucoup plus de régions d'espace autour du nôtre - où l'inflation a pris fin - dans lesquelles l'inflation ne se termine pas.



Lorsque l'inflation se produit (cubes bleus), elle génère un nombre exponentiellement plus grand de régions de l'espace à chaque instant. Même s'il y a de nombreuses régions dans lesquelles l'inflation a pris fin (marquées de croix rouges), il y aura beaucoup plus de régions dans lesquelles l'inflation se poursuivra à l'avenir. Et le fait qu'elle ne se termine jamais rend l'inflation «sans fin» après son début.

C'est de là que vient le phénomène connu sous le nom d'inflation sans fin. Là où il se termine, nous obtenons un Big Bang chaud et l'Univers, dans lequel nous pouvons observer la partie où nous sommes (ces zones sont marquées de croix rouges dans l'image ci-dessus). Mais là où l'inflation ne s'arrête pas, un espace encore plus grand apparaît, à la suite duquel apparaissent des zones où le Big Bang chaud, lorsqu'il se produit, ne sera pas lié de manière causale à notre site, et des zones où l'inflation continuera. Et ainsi de suite.



Peu importe l'ampleur de la partie observable de l'Univers, ce n'est qu'une infime partie de ce qui doit exister en dehors de lui.

C'est cette image, des immenses univers, qui est beaucoup plus grande que la partie que nous pouvons observer, apparaissant constamment dans un espace en expansion exponentielle, et décrit le multivers. Il est important de comprendre que le multivers lui-même n'est pas une théorie scientifique. Elle ne prédit aucun phénomène observé auquel nous pourrions accéder depuis notre coin d'espace. Au lieu de cela, le multivers est une prédiction théorique découlant des lois de la physique que nous comprenons le mieux aujourd'hui. C'est peut-être une conséquence inévitable de ces lois: si vous avez un univers inflationniste contrôlé par la physique quantique, vous êtes prédéterminé pour arriver à cette conclusion.



Bien que l'existence de plusieurs univers indépendants soit prévue dans l'expansion de l'espace-temps, l'inflation ne se termine jamais partout en même temps, elle ne se produit que dans certaines zones indépendantes séparées par un espace en expansion continue. De là vient la motivation scientifique de l'idée multivers.

Il est possible que notre compréhension de l'État avant le Big Bang soit incorrecte et que nos idées sur l'inflation soient complètement inapplicables. Dans ce cas, l'existence du multivers n'est pas inévitable. Mais la prédiction d'un état en expansion infinie, où d'innombrables univers de poche naissent et se séparent constamment, est une conséquence directe de nos meilleures théories à ce jour, si elles sont vraies.

Qu'est-ce donc qu'un multivers? Il peut dépasser les limites de la physique et devenir le premier phénomène métaphysique que nous ayons rencontré, résultant de la physique. C'est la première fois que nous comprenons les limites de ce que l'univers peut nous apprendre. Il y a des informations dont nous avons besoin, mais nous ne pourrons jamais les obtenir pour donner une idée de l'état d'une science testée. Jusque-là, nous pouvons prédire, mais ni confirmer ni infirmer, le fait que notre Univers n'est qu'une petite partie du grand multivers.