L'univers a débuté sa vie cosmique lors d'un Big Bang,
il y a environ quatorze milliards d'années,
et il n'a pas cessé de s'étendre depuis.
Mais vers quoi est-il en expansion ?
C'est une question difficile.
Voilà pourquoi :
les équations d'Einstein sur la relativité générale
décrivent l'espace et le temps comme un tissu inter-connecté de l'univers.
Cela signifie que ce que nous connaissons de l'espace et du temps
n'existe qu'en tant que partie de l'univers et n'existe pas au-delà.
Aujourd'hui, quand les objets habituels sont en expansion,
ils se déplacent dans un espace plus large.
Mais s'il n'y a pas vraiment d'espace pour s'étendre,
que signifie être en expansion ?
En 1929, les observations astronomiques d'Edwin Hubble
nous ont apporté une réponse définitive.
Son étude du ciel a montré que toutes les galaxies lointaines
s'éloignaient de la Terre.
De plus, plus la galaxie est lointaine, plus elle s'éloigne rapidement.
Comment pouvons-nous interpréter cela ?
Pensez à un pain au raisin qui gonfle dans le four.
La pâte gonfle dans les mêmes proportions entre chaque raisin.
Si nous considérons les raisins comme des galaxies,
et la pâte comme l'espace qui les sépare,
nous pouvons imaginer que l'expansion de l'espace intergalactique
provoquera l'éloignement des galaxies les unes par rapport aux autres.
Et pour n'importe quelle galaxie,
ses voisines lointaines vont plus s'éloigner
que celles qui sont plus proches, pour le même laps de temps.
L'équation de la relativité générale prédit une lutte acharnée cosmique
entre la gravité et l'expansion.
C'est dans le vide intersidéral entre les galaxies que l'expansion l'emporte,
et l'espace s'étire.
Voilà notre réponse.
L'Univers est en expansion à l'intérieur de lui-même.
Cela dit, les cosmologistes poussent les limites des modèles mathématiques
pour s'interroger sur ce qui existe au-delà de notre Espace-temps.
Ce ne sont pas des propositions folles,
mais des hypothèses qui traitent des failles
dans la théorie scientifique du Big Bang.
Le Big Bang prédit une distribution uniforme de la matière à travers l'univers
comme un gaz rare.
Mais alors, comment les galaxies et les étoiles existent-elles ?
Le modèle inflationnaire décrit une ère
d'expansion incroyablement rapide
qui relie les fluctuations quantiques de l'énergie de l'univers primitif
à la formation de nuages de gaz qui vont finir par créer des galaxies.
Si l'on accepte ce modèle, cela impliquerait que notre Univers représente
une région dans une réalité cosmique plus large
soumise à une inflation éternelle.
Nous ne savons rien de cette réalité inflationnaire spéculative,
gardée pour la prédiction mathématique qui dit que son expansion sans fin
peut être causée par un état instable d'énergie quantique.
Dans plusieurs régions, cependant, l'énergie peut trouver de façon aléatoire
un état stationnaire, arrêtant l'inflation et formant des « univers-bulles ».
Chaque « univers-bulle », le nôtre en faisant partie,
pourrait être décrit par son propre Big Bang et ses lois de la physique.
Notre Univers ferait partie d'un plus grand multivers,
dans lequel l'incroyable taux d'inflation éternelle rendrait impossible
le fait de trouver un univers voisin.
Le Big Bang prédit aussi que dans l'univers primitif et chaud,
nos forces fondamentales peuvent s'unifier en une super-force.
Les théories mathématiques des cordes décrivent cette unification,
en plus d'une structure fondamentale des quarks et des électrons subatomiques.
Dans ces modèles, des cordes vibrantes constituent la base de l'univers.
Différents modèles des cordes ont aujourd'hui été unifiés,
et suggèrent qu'elles peuvent interagir
avec des surfaces massives et de plus grandes dimensions appelées branes.
Notre Univers peut être contenu dans une brane,
flottant dans un endroit inconnu de plus grande dimension,
malicieusement appelé hyperespace, ou « bulk » en anglais.
D'autres branes, contenant d'autres types d'univers,
peuvent coexister dans l'hyperespace,
et des branes voisines peuvent même partager certaines forces fondamentales
comme la gravité.
L'inflation éternelle et les branes décrivent un multivers,
mais pendant que les univers en inflation éternelle sont isolés,
les univers branaires peuvent se rentrer dedans.
L'écho d'une telle collision peut apparaître
dans le fond diffus cosmologique :
des radiations traversant notre univers, comme une relique de l'ère du Big Bang.
Mais nous n'avons trouvé aucun écho cosmique similaire jusqu'à maintenant.
Certains pensent que ces hypothèses de multivers divergents
peuvent s'unir en une description commune,
ou être remplacés par autre chose.
Aujourd'hui, il existe des explorations spéculatives de modèles mathématiques.
Alors que ces modèles sont inspirés par beaucoup d'expériences scientifiques,
il y a peu d'expériences objectives pour les tester directement.
Jusqu'à ce que le prochain Edwin Hubble se présente,
les scientifiques vont discuter l'élégance de leurs modèles en concurrence...
et continuer à rêver de ce qu'il y a au-delà de notre Univers.