L’univers est un lieu riche et complexe, mais sa géométrie est étonnamment simple. Cela nous obligera peut-être à faire la prochaine grande révolution dans la physique de la pensée.
Notre univers est en réalité très simple. Il représente nos théories cosmologiques, qui se révèlent excessivement complexes. Cette pensée a été exprimée par l'un des principaux physiciens théoriciens du monde.
Cette conclusion peut sembler illogique. Après tout, pour bien comprendre la vraie complexité de la nature, il faut voir plus grand, étudier les choses de manière plus détaillée, ajouter de nouvelles équations variables et proposer une physique «nouvelle» et «exotique». En fin de compte, nous apprenons ce qu'est la matière noire et avons une idée de l'endroit où ces ondes gravitationnelles se cachent - si seulement nos modèles théoriques étaient plus développés et plus ... complexes.
«Ce n'est pas tout à fait vrai», déclare Neil Turk, directeur de l'Institut Perimeter pour la physique théorique en Ontario, au Canada. Selon lui, l'univers, à ses échelles les plus grandes et les plus petites, nous dit qu'il est en réalité très simple. Mais, pour bien comprendre ce que cela signifie, nous devrons faire une révolution en physique.
Dans une interview avec Discovery News, Turok a noté que les plus grandes découvertes des dernières décennies ont confirmé la structure de l'Univers aux échelles cosmologique et quantique.
«À grande échelle, nous avons tracé une carte de tout le ciel - un fond cosmique à micro-ondes - et avons mesuré l'évolution de l'univers en fonction de son expansion (...) et ces découvertes montrent que l'univers est incroyablement simple», a-t-il déclaré. "En d'autres termes, vous pouvez décrire la structure de l'Univers, sa géométrie et la densité de la matière ... vous pouvez essentiellement tout décrire avec un seul chiffre." Le résultat le plus fascinant de ce raisonnement est que la description de la géométrie de l'univers avec un nombre est en réalité plus simple que la description numérique de l'atome le plus simple que nous connaissons - l'atome d'hydrogène. La géométrie de l'atome d'hydrogène décrit 3 nombres résultant des caractéristiques quantiques d'un électron en orbite autour d'un proton.
«Cela nous dit fondamentalement que l’Univers est lisse, mais il a un petit niveau de fluctuations, ce que ce nombre décrit. Et c'est tout. L'univers est la chose la plus simple que nous sachions. "
D'autre part, quelque chose de similaire s'est passé lorsque des physiciens ont mené des recherches dans le champ de Higgs en utilisant la machine la plus complexe jamais construite par l'homme - le Grand collisionneur de hadrons. Lorsqu'en 2012, les physiciens ont introduit la découverte historique d'une particule dans le champ de Higgs, le boson de Higgs, il s'est avéré qu'il s'agissait d'un type de Higgs simple, décrit dans le modèle standard de physique.
«La nature a trouvé un moyen de sortir avec une solution minimale et un mécanisme minimal que vous auriez pu imaginer pour leur donner des masses de particules, des charges électriques, etc., etc., a déclaré Turk.
Les physiciens du XXe siècle nous ont appris que dès que vous obtenez une précision supérieure et que vous enfoncez la sonde plus profondément dans la sphère quantique, vous découvrirez un zoo de nouvelles particules. Étant donné que les résultats expérimentaux génèrent la générosité de l’information quantique, les modèles théoriques prédisaient davantage de particules et de forces extravagantes. Mais nous sommes maintenant arrivés à un carrefour, où bon nombre de nos idées théoriques les plus avancées sur ce qui se cache «derrière» notre compréhension actuelle de la physique se tournent vers des résultats expérimentaux qui corroborent leurs prédictions. "Nous sommes dans une situation si étrange lorsque l'Univers nous parle, nous disant que ces théories très simples qui étaient populaires (au cours des cent dernières années de la physique) deviennent de plus en plus complexes et arbitraires", a-t-il déclaré. .
Turk a souligné la théorie des cordes, présentée comme une «théorie finale unifiée», qui présentait tous les mystères de l'univers dans un ensemble soigné. En outre, la recherche de preuves d'inflation - l'expansion rapide de l'Univers immédiatement après le Big Bang, il y a environ 14 milliards d'années - se présentait sous la forme d'ondes gravitationnelles primaires gravées dans le fond cosmique hyperfréquence (CMB) ou "l'écho" du Big Bang. Mais pendant que nous recherchons des preuves expérimentales, nous continuons à nous en prendre au proverbe; les données expérimentales ne concordent tout simplement pas avec nos théories insupportablement complexes.
Nos origines cosmiques
Le travail théorique du Turc est centré sur l'origine de l'univers, un sujet qui a beaucoup retenu l'attention ces derniers mois.
L'année dernière, l'organisation BICEP2, qui utilise un télescope situé au pôle Sud pour étudier le CMB, a annoncé la découverte de signaux gravitationnels primaires issus des échos du Big Bang. En fait, il s’agit du «Saint Graal» de la cosmologie - la découverte des ondes gravitationnelles générées par le Big Bang. Cela pourrait confirmer certaines théories inflationnistes de l'univers. Malheureusement, les membres de l’équipe BICEP2 ont annoncé la «découverte» prématurément et le télescope spatial Planck (qui suit également le rayonnement CMB) a montré que le signal BICEP2 était causé par la poussière dans notre galaxie et non par d’anciennes ondes gravitationnelles. Que faire si ces ondes gravitationnelles primordiales ne se retrouvent jamais? De nombreux théoriciens qui fondent leurs espoirs sur le Big Bang avec une période d'inflation rapide ultérieure peuvent être déçus, mais selon le Turc «c'est une clé très puissante» pour que le Big Bang (au sens classique du terme) ne puisse être le début absolu de l'univers.
«Le plus gros problème pour moi était la description mathématique du Big Bang», a ajouté Turk.
C’est peut-être un modèle cyclique de l’évolution universelle - où notre univers s’effondre et se remet à rebondir - pourrait mieux correspondre aux observations. Ces modèles ne génèrent pas nécessairement d'ondes gravitationnelles primaires et si ces ondes ne sont pas détectées, nos théories de l'inflation devraient peut-être être rejetées ou modifiées.
En ce qui concerne les ondes gravitationnelles qui, selon les prévisions, seront obtenues grâce au mouvement rapide d’objets massifs dans notre univers moderne, Turk est confiant que nous atteindrons le domaine de la sensibilité, que nos détecteurs d’ondes gravitationnelles les détecteront très bientôt, confirmant une autre prédiction Einstein-Time.
"Nous nous attendons à ce que des ondes gravitationnelles apparaissent lors de collisions de trous noirs au cours des 5 prochaines années", a-t-il déclaré.
Prochaine révolution?
Des grandes échelles aux petites, l'univers semble «sans écailles». Et cette découverte suggère en fait que l’Univers a une nature beaucoup plus simple que ne le suggèrent les théories actuelles. «Oui, c'est une crise, mais c'est une crise à son meilleur», a déclaré Turk.
Ainsi, afin d’expliquer l’origine de l’Univers et de composer avec certains de ses secrets les plus mystérieux, tels que la matière noire et l’énergie noire, il peut être nécessaire de regarder notre cosmos de différentes manières. Cela nécessite une révolution en physique.
«Nous avons besoin d'une vision complètement différente de la physique fondamentale. Le temps est venu de nouvelles idées radicales », a-t-il conclu en soulignant que le moment était propice à l'histoire de l'humanité pour les jeunes dans le domaine de la physique théorique. Très probablement, ils vont changer notre façon de voir l'univers.
