Les astrophysiciens prétendent que notre univers pourrait en fait être un beignet 3D géant

Les astrophysiciens prétendent que notre univers pourrait en fait être un beignet 3D géant
Les astrophysiciens prétendent que notre univers pourrait en fait être un beignet 3D géant
Anonim

Imaginez un univers dans lequel vous pouvez diriger un vaisseau spatial dans une direction et éventuellement revenir à votre point de départ. Si notre univers était de petite taille, alors de tels mouvements seraient possibles et les physiciens pourraient mesurer son volume.

"Nous pourrions dire: nous connaissons maintenant la taille de l'univers", a déclaré à Live Science l'astrophysicien Thomas Buchert de l'Université de Lyon, Centre de recherche en astrophysique en France.

En étudiant la lumière du tout premier Univers, Buchert et un groupe d'astrophysiciens sont arrivés à la conclusion que notre cosmos peut être multiconnecté, c'est-à-dire que l'espace est fermé sur lui-même dans les trois dimensions, comme un beignet en trois dimensions.

Un tel univers serait fini et, selon leurs résultats, l'ensemble de notre cosmos ne pourrait être que trois à quatre fois plus grand que les limites de l'univers observable, qui se trouve à environ 45 milliards d'années-lumière.

Les physiciens utilisent le langage de la théorie de la relativité générale d'Einstein pour expliquer l'univers. Ce langage associe le contenu de l'espace-temps aux courbes et courbures de l'espace-temps, qui indiquent ensuite à ces contenus comment interagir. C'est ainsi que nous ressentons la force de gravité.

Dans un contexte cosmologique, ce langage relie le contenu de l'Univers entier - matière noire, énergie noire, matière ordinaire, rayonnement et tout le reste - à sa forme géométrique générale.

Pendant des décennies, les astronomes ont débattu de la nature de cette forme: si notre univers est « plat » (ce qui signifie que les lignes parallèles imaginaires resteront toujours parallèles), « fermé » (les lignes parallèles finiront par se croiser) ou « ouvert » (ces lignes seront divergent).

Cette géométrie de l'univers dicte son destin. Les univers plats et ouverts continueront à s'étendre pour toujours, tandis qu'un univers fermé finira par s'effondrer de lui-même.

De nombreuses observations, en particulier du fond diffus cosmologique (un éclair de lumière qui s'est produit lorsque notre univers n'avait que 380 000 ans), ont fermement établi que nous vivons dans un univers plat. Les lignes parallèles restent parallèles et notre univers continuera de s'étendre.

Mais la forme n'est pas seulement la géométrie. Il y a aussi la topologie, c'est-à-dire comment la forme peut changer tout en conservant les mêmes règles géométriques.

Par exemple, prenons un morceau de papier plat. Il est évidemment plat - les lignes parallèles restent parallèles. Prenez maintenant les deux bords de ce papier et roulez-le dans un cylindre. Ces droites parallèles sont toujours parallèles: Les cylindres sont géométriquement plats. Prenez maintenant les extrémités opposées du papier cylindrique et joignez-les ensemble. Le résultat est une forme de beignet qui est également géométriquement plate.

Alors que nos mesures du contenu et de la forme de l'univers nous renseignent sur sa géométrie - il est plat - elles ne nous renseignent pas sur la topologie. Ils ne nous disent pas si notre univers est multiconnecté, ce qui signifie qu'une ou plusieurs dimensions de notre cosmos sont connectées les unes aux autres.

Alors qu'un univers parfaitement plat s'étendrait à l'infini, un univers plat avec une topologie à connexions multiples aurait une taille finie. Si nous pouvions d'une manière ou d'une autre déterminer qu'une ou plusieurs dimensions se tordent en elles-mêmes, alors nous saurions que l'Univers est fini dans cette dimension. Nous pourrions alors utiliser ces observations pour mesurer le volume total de l'univers.

Un groupe d'astrophysiciens de l'Université d'Ulm en Allemagne et de l'Université de Lyon en France a attiré l'attention sur le fond diffus cosmologique (CMB). Lorsque le CMB a été reçu, notre Univers était un million de fois plus petit qu'il ne l'est aujourd'hui, et donc, si notre Univers est vraiment multi-connecté, alors la probabilité qu'il s'effondre avec lui-même dans les limites observables du cosmos était beaucoup plus élevée.

Aujourd'hui, en raison de l'expansion de l'univers, il est beaucoup plus probable que le pliage se produise à une échelle au-delà des limites observées, et il sera donc beaucoup plus difficile de détecter le pliage. L'observation de la MGB nous donne les meilleures chances de voir les empreintes d'un univers multiconnecté.

L'équipe de recherche a accordé une attention particulière aux perturbations - un terme physique sophistiqué pour les chocs et les vibrations - dans la température du CMB. Si une ou plusieurs dimensions de notre Univers sont connectées les unes aux autres, alors les perturbations ne peuvent pas être supérieures à la distance autour de ces boucles. Ils ne conviendraient tout simplement pas.

Comme Buchert l'a expliqué, "dans l'espace infini, des perturbations de la température de rayonnement du CMB existent à toutes les échelles. Cependant, si l'espace est fini, alors il n'y a pas de longueurs d'onde supérieures à la taille de l'espace."

En d'autres termes: Il existe une taille de perturbation maximale qui peut révéler la topologie de l'Univers.

Déjà, un nombre intrigant de perturbations absentes à grande échelle ont déjà été trouvés sur des cartes CSBM compilées par des satellites tels que WMAP de la NASA et Planck de l'ESA. Buchert et ses collègues ont cherché à savoir si ces perturbations absentes pouvaient être causées par un univers multiconnecté.

Pour ce faire, l'équipe a effectué des dizaines de simulations informatiques de ce à quoi ressemblerait le MDB si l'univers était un tri-tore - le nom mathématique d'un beignet géant en trois dimensions dans lequel notre cosmos est connecté à lui-même dans les trois dimensions.

« Par conséquent, nous devons simuler dans cette topologie et comparer avec ce qui est observé », a expliqué Buchert. "Les propriétés des fluctuations observées du CMB montrent une" puissance manquante "à des échelles supérieures à la taille de l'Univers."

Le manque de puissance signifie que les fluctuations du CMB ne sont pas présentes à ces échelles. Cela signifierait que notre Univers est plusieurs fois connecté et fini à de telles échelles.

"Nous trouvons un bien meilleur ajustement pour les fluctuations observées par rapport au modèle cosmologique standard, qui est considéré comme infini", a-t-il ajouté.

"Nous pouvons faire varier la taille de l'espace et répéter cette analyse. En conséquence, nous obtenons la taille optimale de l'univers qui correspond le mieux aux observations du CMB. La réponse de notre travail est sans ambiguïté: un univers fini correspond mieux aux observations qu'un modèle infini. On peut dire: Maintenant on connaît la taille de l'Univers".

L'équipe a découvert qu'un univers à connexions multiples, environ trois à quatre fois plus grand que notre bulle observée, correspond le mieux aux données du CMB. Bien que ce résultat signifie techniquement que vous pouvez voyager dans une direction et finir là où vous avez commencé, en réalité, vous ne le pouvez pas.

Nous vivons dans un univers en expansion, et à grande échelle, l'univers s'étend plus vite que la vitesse de la lumière, vous ne pouvez donc jamais rattraper et terminer le cycle.

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