N’A Le Temps D’Avoir Un Début?

lorsque nous regardons l’univers aujourd’hui, nous savons avec une certitude scientifique extraordinaire qu’il n’a pas été simplement créé tel quel, mais a évolué vers sa configuration actuelle au cours de milliards d’années d’histoire cosmique. Nous pouvons utiliser ce que nous voyons aujourd’hui, à la fois à proximité et à de grandes distances, pour extrapoler à quoi ressemblait l’univers il y a longtemps, et pour comprendre comment il est devenu ce qu’il est maintenant.,

quand nous pensons à nos origines cosmiques, alors, il est seulement humain de poser la question la plus fondamentale de toutes les questions possibles: d’où tout cela vient-il? Cela fait plus d’un demi-siècle que les premières prédictions robustes et uniques du Big Bang ont été confirmées, conduisant à notre image moderne d’un univers qui a commencé à partir d’un état chaud et dense il y a environ 13,8 milliards d’années. Mais dans notre quête du début, nous savons déjà que le temps n’aurait pas pu commencer avec le Big Bang. En fait, cela n’aurait peut-être pas eu de début du tout.,

chaque fois que nous pensons à quelque chose, nous y appliquons notre logique très humaine., Si nous voulons savoir d’où vient le Big Bang, nous le décrivons dans les meilleurs termes possibles, puis nous théorisons ce qui aurait pu le causer et le mettre en place. Nous cherchons des preuves pour nous aider à comprendre les débuts du Big Bang. Après tout, c’est de là que tout vient: du processus qui lui a donné son début.

Mais cela suppose quelque chose qui n’est peut-être pas vrai à propos de notre univers: qu’il a réellement eu un début. Pendant longtemps, scientifiquement, nous ne savions pas si c’était vrai ou non. L’univers a-t-il eu un commencement, ou un temps avant lequel rien n’existait?, Ou l’univers a-t-il existé pour une éternité, comme une ligne infinie s’étendant dans les deux sens? Ou, très probablement, notre univers est-il cyclique comme la circonférence d’un cercle, où il se répète indéfiniment?

pendant un certain temps, il y avait plusieurs idées concurrentes qui étaient toutes compatibles avec les observations que nous avions.

1. Un Univers en expansion provenant d’un point singulier — un événement dans l’espace-temps — où tout l’espace et le temps ont émergé à partir d’une singularité.
2. l’univers pourrait être en expansion aujourd’hui parce qu’il se contractait dans le passé, et se contractera à nouveau dans le futur, présentant une solution oscillante.,
3. enfin, L’univers en expansion aurait pu être un État éternel, où l’espace est en expansion maintenant et avait toujours été et serait toujours, où de la nouvelle matière est continuellement créée pour maintenir la densité constante.

ces trois exemples représentent les trois options majeures: L’univers a eu un début singulier, l’univers est de nature cyclique, ou l’univers a toujours existé. Dans les années 1960, cependant, un faible niveau de rayonnement micro-ondes a été trouvé partout dans le ciel, changeant l’histoire pour toujours.,

ce rayonnement n’était pas seulement la même magnitude partout, mais aussi la même dans toutes les directions., À seulement quelques degrés au-dessus du zéro absolu, il était cohérent avec l’univers émergeant d’un État dense et chaud antérieur et se refroidissant à mesure qu’il se développait.

comme l’amélioration de la technologie et de nouvelles techniques ont conduit à de meilleures données, nous avons appris que le spectre de ce rayonnement avait une forme particulière: celle d’un corps noir presque parfait. Un corps noir est ce que vous obtenez si vous avez un absorbeur parfait de rayonnement chauffé jusqu’à une certaine température spécifique. Si l’Univers se dilate et se refroidit, sans changer son entropie (c’est à dire,, adiabatiquement), quelque chose qui commence par un spectre de corps noir restera un corps noir, même s’il se refroidit. Ce rayonnement était non seulement compatible avec la lueur restante du Big Bang, mais était incompatible avec des alternatives comme la lumière fatiguée ou la lumière réfléchie des étoiles.

selon le Big Bang, l’Univers était plus chaud, plus dense, plus uniforme et plus petit dans le passé., Il n’a que les propriétés que nous voyons aujourd’hui parce qu’il se développe, se refroidit et subit l’influence de la gravitation depuis si longtemps. Parce que la longueur d’onde du rayonnement s’étend à mesure que l’univers se développe, un univers plus petit aurait dû avoir un rayonnement avec des longueurs d’onde plus courtes, ce qui signifie qu’il avait des énergies plus élevées et des températures plus élevées.

Il y a des milliards d’années, il faisait si chaud que même les atomes neutres ne pouvaient pas se former sans être éclatés., Même plus tôt que cela, les rayonnements micro-ondes d’aujourd’hui étaient si énergétiques qu’ils dominaient la matière en ce qui concerne le contenu énergétique de l’univers. À des moments encore plus anciens, les noyaux atomiques étaient instantanément éclatés, et à des moments encore plus anciens, nous ne pouvions même pas créer de protons et de neutrons stables.

Si nous extrapolons tout le chemin du retour, à des températures arbitrairement chaudes, de petites distances et des densités élevées, vous supposeriez que cela équivaudrait vraiment au début., Si vous étiez prêt à faire reculer l’horloge aussi loin que possible, tout l’espace qui compose notre univers visible aujourd’hui serait compressé en un seul point.

maintenant, il est vrai que si vous alliez dans ces conditions extrêmes, en comprimant toute la matière et l’énergie présentes dans l’univers d’aujourd’hui dans un volume d’espace assez minuscule, les lois de la physique s’effondreraient. Vous pourriez essayer de calculer diverses propriétés, mais vous n’auriez qu’un non-sens pour les réponses. C’est ce que nous décrivons comme une singularité: un ensemble de conditions où le temps et l’espace n’ont aucun sens., À première vue, si vous faites le calcul, il semble qu’une singularité est inévitable, indépendamment de ce qui domine le contenu énergétique de l’univers.

les singularités sont là où la loi de la gravitation régissant l’univers — la relativité générale D’Einstein — donne un non-sens aux prédictions. La relativité, rappelez-vous, est la théorie qui décrit l’espace et le temps. Mais aux singularités, les dimensions spatiales et temporelles cessent d’exister. Poser des questions comme” ce qui est arrivé avant cet événement où le temps a commencé « est aussi absurde que de demander” Où suis-je » si l’espace n’existe plus.,

en effet, c’est l’argument que beaucoup avancent, y compris Paul Davies, lorsqu’ils prétendent qu’il ne peut y avoir de discussion sur ce qui s’est passé avant le Big Bang. C’est une tautologie, bien sûr, si vous affirmez que le Big Bang est l’endroit où le temps a commencé. Mais aussi intéressant que soit cet argument, nous savons que le Big Bang n’est plus l’endroit où le temps a commencé. Depuis que nous avons fait des mesures modernes et détaillées du cosmos, nous avons appris que cette extrapolation à une singularité doit être fausse.,

en particulier, les modèles et les grandeurs des fluctuations que nous avons découvertes dans le rayonnement moderne laissé par cet état précoce, chaud et dense nous apprennent un certain nombre de propriétés importantes sur notre univers. Ils nous apprennent combien de matière était présente dans la matière noire ainsi que dans la matière normale: protons, neutrons et électrons., Ils nous donnent une mesure de la courbure spatiale de l’univers, ainsi que de la présence d’énergie sombre et des effets des neutrinos.

Mais ils nous disent aussi quelque chose d’extrêmement important qui est souvent négligé: ils nous disent s’il y avait une température maximale pour l’univers à ses débuts. Selon les données de WMAP et Planck, l’univers n’a jamais atteint une température supérieure à environ 1029 K. ce nombre est énorme, mais il est plus de 1000 fois plus petit que les températures dont nous aurions besoin pour égaler une singularité.,

Les propriétés particulières de l’univers qui y sont imprimées dès les premiers stades offrent une fenêtre sur les processus physiques qui ont eu lieu à ces moments. Non seulement ils nous disent que nous ne pouvons pas extrapoler le Big Bang jusqu’à une singularité, mais ils nous parlent de l’état qui existait avant (et mis en place) le Big Bang chaud: une période d’inflation cosmique.,

pendant l’inflation, il y avait une énorme quantité d’énergie inhérente à l’espace lui-même, provoquant une expansion rapide et implacable de l’univers: à un rythme exponentiel. Cette période d’inflation s’est produite avant le Big Bang chaud, a mis en place les conditions initiales avec lesquelles notre univers a commencé et a laissé une série d’empreintes uniques que nous avons recherchées et découvertes après que la théorie les ait déjà prédites. Quelle que soit la mesure, l’inflation est un énorme succès.,

Mais cela modifie gravement nos conceptions de la façon dont l’univers a commencé. Plus tôt, je vous ai présenté un graphique de la façon dont la taille (ou échelle) de l’univers a évolué avec le temps. Le graphique montrait les différences entre la façon dont l’univers se développerait s’il était dominé par la matière (en rouge), le rayonnement (en bleu) ou l’espace lui-même (comme pendant l’inflation, en jaune) aux premiers moments. Cependant, je n’étais pas complètement honnête avec vous en affichant Ce graphique.,

vous voyez, j’ai omis quelque chose dans le graphique précédent, parce que je l’ai tronqué à un temps fini positif. En d’autres termes, j’ai arrêté le graphique avant d’atteindre une taille de zéro. Si je devais continuer à extrapoler vers l’arrière, les courbes de matière et de rayonnement atteignent en effet une singularité à un moment précis: t = 0. C’est là que se serait produite l’idée originale du Big Bang. Mais dans un univers inflationniste, on n’asymptote qu’à une taille de zéro; on ne l’atteint jamais. Pas à un moment précis de t = 0, et pas à un moment précoce, peu importe à quel point vous remontez.,

Comme beaucoup de grandes découvertes scientifiques, cela conduit à une série de nouvelles questions délicieuses, y compris:

1. L’état inflationniste était-il constant? Nous ne savons pas si l’univers a gonflé au même rythme partout, ou s’il a gonflé pendant de longues périodes de temps. Si l’univers gonflé d’une manière qui a changé très rapidement d’un moment à l’autre, variant d’un endroit à l’autre, il pourrait encore avoir les propriétés que nous observons qu’il a aujourd’hui.
2. L’état inflationniste a-t-il duré éternellement, reculant dans le temps?, L’Inflation a certainement le potentiel d’être un État éternel; nous croyons dans les régions où elle ne se termine pas par un Big Bang chaud, elle continue éternellement dans le futur. Mais aurait-il pu aussi être éternel dans le passé? Avec rien de l’interdire, nous devons considérer la possibilité.
3. l’inflation Est-elle connectée à l’énergie sombre, qui est aussi une forme d’expansion exponentielle? Bien qu’elles soient différentes en échelle et en magnitude, l’inflation cosmique au début et l’énergie sombre à la fin donnent la même forme mathématique pour l’expansion de l’univers., Ces deux étapes sont-elles liées, et notre expansion future augmentera-t-elle en force et rajeunira-t-elle notre univers, comme une sorte de cycle cosmique?

Observationnellement, nous ne connaissons la réponse à aucune de ces questions. L’univers, pour autant que nous puissions l’observer, ne contient que des informations provenant des 10 à 33 dernières secondes d’inflation. Tout ce qui s’est produit avant cela — ce qui inclut tout ce qui nous dirait Comment-ou-si l’inflation a commencé et quelle a été sa durée — est anéanti, dans la mesure où ce qui est observable pour nous, par la nature de l’inflation elle-même.

théoriquement, nous ne nous en sortons pas beaucoup mieux., Le théorème de Borde-Guth-Vilenkin nous dit que tous les points de l’univers, si vous extrapolez assez loin, fusionneront ensemble, et que l’inflation ne peut pas décrire un espace-temps complet. Mais cela ne signifie pas nécessairement qu’un État gonflant n’aurait pas pu durer éternellement; cela pourrait tout aussi facilement impliquer que nos règles actuelles de la physique sont incapables de décrire ces premiers stades avec précision.

même si nous pouvons retracer notre histoire cosmique jusqu’aux premiers stades du Big Bang chaud, cela ne suffit pas pour répondre à la question de savoir comment (ou si) le temps a commencé., En allant encore plus tôt, jusqu’aux étapes finales de l’inflation cosmique, nous pouvons apprendre comment le Big Bang a été mis en place et a commencé, mais nous n’avons aucune information observable sur ce qui s’est passé avant cela. La dernière fraction de seconde de l’inflation est l’endroit où nos connaissances s’arrêtent.

des milliers d’années après que nous avons exposé les trois grandes possibilités pour la façon dont le temps a commencé — comme ayant toujours existé, comme ayant commencé une durée finie il y a dans le passé, ou comme étant une entité cyclique — nous ne sommes pas plus près d’une réponse définitive., Que le temps soit fini, infini ou cyclique n’est pas une question à laquelle nous avons suffisamment d’informations dans notre univers observable pour répondre. À moins que nous ne trouvions une nouvelle façon d’obtenir des informations sur cette question profonde et existentielle, la réponse pourrait toujours dépasser les limites de ce qui est connaissable.