Comment le multivers pourrait casser la méthode scientifique

Aujourd’hui, promenons-nous du côté sauvage et supposons, pour les besoins de la discussion, que notre Univers n’est pas le seul qui existe. Considérons qu’il existe de nombreux autres univers, peut-être une infinité. La totalité de ces univers, y compris le nôtre, est ce que les cosmologistes appellent le Multivers. Cela ressemble plus à un mythe qu’à une hypothèse scientifique, et ce fauteur de troubles conceptuels inspire les uns tandis qu’il indigne les autres.

Jusqu’où peut-on pousser les théories de la physique ?

La polémique a commencé dans les années 1980. Deux physiciens, Andrei Linde de l’Université de Stanford et Alex Vilenkin de l’Université de Tufts, ont proposé indépendamment que si l’Univers subissait une expansion très rapide au début de son existence – nous appelons cela une expansion inflationniste – alors notre Univers ne serait pas le seul.

Cette phase inflationniste de croissance s’est vraisemblablement produite un billionième de billionième de billionième de seconde après le début des temps. C’est environ 10-36 secondes après le “bang” lorsque l’horloge qui décrit l’expansion de notre univers a commencé à tourner. Vous pouvez demander : « Comment se fait-il que ces scientifiques se sentent à l’aise pour parler de temps si ridiculement petits ? L’Univers n’était-il pas aussi ridiculement dense à cette époque ?

Eh bien, la vérité est que nous n’avons pas encore de théorie décrivant la physique dans ces conditions. Ce que nous avons, ce sont des extrapolations basées sur ce que nous savons aujourd’hui. Ce n’est pas idéal, mais étant donné notre manque de données expérimentales, c’est le seul point de départ. Sans données, nous devons pousser nos théories aussi loin que nous le jugeons raisonnable. Bien sûr, ce qui est raisonnable pour certains théoriciens ne le sera pas pour d’autres. Et c’est là que les choses deviennent intéressantes.

La supposition ici est que nous pouvons appliquer essentiellement la même physique à des énergies qui sont environ mille billions de fois supérieures à celles que nous pouvons sonder au Large Hadron Collider, l’accélérateur géant hébergé à l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire en Suisse. Et même si on ne peut pas appliquer tout à fait la même physique, on peut au moins appliquer la physique avec des acteurs similaires.

Eaux agitées, champs quantiques

En physique des hautes énergies, tous les caractères sont des champs. Les champs, ici, signifient des perturbations qui remplissent l’espace et peuvent ou non changer dans le temps. Une image grossière d’un champ est celle de l’eau remplissant une livre. L’eau est partout dans le bassin, avec certaines propriétés qui prennent des valeurs en tout point : température, pression et salinité, par exemple. Les champs ont des excitations que nous appelons particules. Le champ électronique a l’électron comme excitation. Le champ de Higgs contient le boson de Higgs. Dans cette image simple, nous pourrions visualiser les particules comme des ondulations d’eau se propageant le long de la surface de l’étang. Ce n’est pas une image parfaite, mais cela aide l’imagination.

Le protagoniste le plus populaire à l’origine de l’expansion inflationniste est un champ scalaire – une entité aux propriétés inspirées du boson de Higgs, qui a été découvert au Large Hadron Collider en juillet 2012.

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Nous ne savons pas s’il y avait des champs scalaires dans l’infanterie cosmique, mais il est raisonnable de supposer qu’il y en avait. Sans eux, nous serions horriblement coincés à essayer d’imaginer ce qui s’est passé. Comme mentionné ci-dessus, lorsque nous n’avons pas de données, le mieux que nous puissions faire est de construire des hypothèses raisonnables que de futures expériences testeront, espérons-le.

Pour voir comment nous utilisons un champ scalaire pour modéliser l’inflation, imaginez une balle roulant en descente. Tant que la balle est à une hauteur au-dessus du bas de la colline, elle roule vers le bas. Il a stocké de l’énergie. En bas, on met son énergie à zéro. On fait de même avec le champ scalaire. Tant qu’il est déplacé de son minimum, il remplira l’Univers de son énergie. Dans des régions suffisamment vastes, cette énergie provoque l’expansion rapide de l’espace qui est la signature de l’inflation.

Linde et Vilenkin ont ajouté la physique quantique à cette image. Dans le monde quantique, tout est nerveux ; tout vibre sans fin. C’est à la base de l’incertitude quantique, une notion qui définit le bon sens. Ainsi, alors que le champ descend, il subit également ces sauts quantiques, qui peuvent le propulser plus bas ou plus haut. C’est comme si les vagues dans l’étang créaient de manière erratique des crêtes et des vallées. Eaux agitées, ces champs quantiques.

Voici la torsion : lorsqu’une région suffisamment grande de l’espace est remplie du champ d’une certaine énergie, elle s’étendra à un taux lié à cette énergie. Pensez à la température de l’eau dans la fourrière. Différentes régions de l’espace auront le champ à différentes hauteurs, tout comme différentes régions de l’étang pourraient avoir de l’eau à différentes températures. Le résultat pour la cosmologie est une pléthore de régions de l’espace qui se gonflent follement, chacune s’étendant à son propre rythme. Très vite, l’Univers serait constitué d’une myriade de régions gonflantes qui grossissent, ignorant leur environnement. L’univers se transforme en multivers. Même au sein de chaque région, les fluctuations quantiques peuvent conduire une sous-région à gonfler. L’image, alors, est celle d’un cosmos se reproduisant éternellement, rempli de bulles dans des bulles. Le nôtre ne serait que l’un d’entre eux – une seule bulle dans un multivers bouillonnant.

Le multivers est-il testable ?

C’est follement inspirant. Mais est-ce scientifique ? Pour être scientifique, une hypothèse doit être vérifiable. Pouvez-vous tester le multivers ? La réponse, au sens strict, est non. Chacune de ces régions qui se gonflent – ou se contractent, car il pourrait aussi y avoir des univers défaillants – est en dehors de notre horizon cosmique, la région qui délimite le chemin parcouru par la lumière depuis la nuit des temps. En tant que tel, nous ne pouvons pas voir ces cosmoides, ni recevoir de signaux de leur part. Le mieux que nous puissions espérer est de trouver un signe que l’un de nos univers voisins a meurtri notre propre espace dans le passé. Si cela s’était produit, nous verrions des modèles spécifiques dans le ciel – plus précisément, dans le rayonnement restant après la formation des atomes d’hydrogène quelque 400 000 ans après le Big Bang. Jusqu’à présent, aucun signal de ce type n’a été trouvé. Les chances d’en trouver un sont, très franchement, faibles.

Nous sommes donc coincés avec une idée scientifique plausible qui semble invérifiable. Même si nous devions trouver des preuves de l’inflation, cela ne soutiendrait pas nécessairement le multivers inflationniste. Que devons-nous faire?

Différents types de différents dans le multivers

Le multivers suggère un autre ingrédient – la possibilité que la physique soit différente dans différents univers. Les choses deviennent assez nébuleuses ici, car il y a deux types de “différents” à décrire. Le premier est des valeurs différentes pour les constantes de la nature (telles que la charge électronique ou la force de gravité), tandis que le second soulève la possibilité qu’il existe différentes lois de la nature.

Afin d’abriter la vie telle que nous la connaissons, notre Univers doit obéir à une série d’exigences très strictes. Les petites déviations ne sont pas tolérées dans les valeurs des constantes de la nature. Mais le multivers soulève la question de la naturalité, ou de la façon dont notre univers et ses lois sont communs parmi la myriade d’univers appartenant au multivers. Sommes-nous l’exception ou suivons-nous la règle ?

Le problème est que nous n’avons aucun moyen de le savoir. Pour savoir si nous sommes communs, nous devons savoir quelque chose sur les autres univers et les types de physique qu’ils ont. Mais nous ne le faisons pas. Nous ne savons pas non plus combien il y a d’univers, ce qui rend très difficile d’estimer à quel point nous sommes communs. Pour ne rien arranger, s’il y a une infinité de cosmoïdes, on ne peut rien dire du tout. La pensée inductive est inutile ici. L’infini nous empêtre dans des nœuds. Quand tout est possible, rien ne ressort et rien ne s’apprend.

C’est pourquoi certains physiciens s’inquiètent du multivers au point de le détester. Il n’y a rien de plus important pour la science que sa capacité à prouver que des idées sont fausses. Si nous perdons cela, nous minons la structure même de la méthode scientifique.

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