Dans quoi l'Univers est-il en expansion ? - Sajan Saini

Leçon complète : https://ed.ted.com/lessons/what-is-the-universe-expanding-into-sajan-saini

L'Univers s'est formé après un Big Bang il y a environ quatorze milliards d'années, et il n'a pas cessé de s'étendre depuis. Mais comment l'Univers s'étend-il et dans quoi est-il en expansion ? Sajan Saini explique les théories existantes au sujet du Big Bang et ce qui repose au-delà de notre Univers, s'il y a quelque chose.

Leçon de Sajan Saini, réalisée par Wooden Plane Productions.

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.