Cet astrophysicien explique le concept étonnamment complexe de «rien»

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19659005] Cela peut sembler simple, mais les expériences montrent que l'espace vide n'est pas vraiment vide – une énergie mystérieuse s'y trouve qui peut nous renseigner sur le destin de l'univers.

Rees a été interviewé pour le podcast The Conversation Anthill on Nothing . Cette Q & R est basée sur une transcription éditée de cette interview.

Q: L'espace vide est-il vraiment la même chose que rien?

R: L'espace vide ne semble rien avoir pour nous. Par analogie, l'eau peut sembler n'être rien pour un poisson – c'est ce qui reste quand on enlève toutes les autres choses qui flottent dans la mer. De même, l'espace vide est conjecturé pour être assez compliqué.

Nous savons que l'univers est très vide. La densité moyenne de l’espace est d’environ un atome par dix mètres cubes – beaucoup plus raréfiée que tout vide que nous pouvons obtenir sur Terre.

Même si l’on enlève tout, l’espace a une sorte d’élasticité récemment confirmé) permet à ondes gravitationnelles – des ondulations dans l'espace lui-même – de se propager à travers elle. De plus, nous avons appris qu’il existe une sorte d’énergie exotique dans l’espace vide lui-même.

Q: Nous avons tout d’abord appris cette énergie de vide au XXe siècle avec l’essor de la mécanique quantique qui régit le minuscule monde des atomes. particules. Il suggère que l'espace vide est constitué d'un champ d'énergie de fond fluctuant – donnant naissance à des ondes et à des particules virtuelles qui apparaissent et disparaissent. Ils peuvent même créer une force infime. Mais qu'en est-il de l'espace vide à grande échelle?

R: Le fait que l'espace vide exerce une force à grande échelle a été découvert il y a 20 ans. Les astronomes ont constaté que l'expansion de l'univers s'accélérait. C'était une surprise.

L'expansion était connue depuis plus de 50 ans, mais tout le monde s'attendait à ce que cela ralentisse à cause de l'attraction gravitationnelle que les galaxies et autres structures exercent l'une sur l'autre.

grande surprise de constater que cette décélération due à la gravité était submergée par quelque chose qui "poussait" l'expansion.

Il y a comme une énergie latente dans le vide lui-même, ce qui provoque une sorte de répulsion qui l'emporte sur l'attrait de la pesanteur. ces grandes échelles. Ce phénomène – baptisé énergie sombre – est la manifestation la plus dramatique du fait que l’espace vide n’est ni dépourvu de relief ni pertinent. En effet, cela détermine le destin à long terme de notre univers.

Q: Mais existe-t-il une limite à ce que nous pouvons savoir? À une échelle de mille milliards de milliards de fois plus petite qu'un atome, les fluctuations quantiques dans l'espace-temps peuvent donner lieu non seulement à des particules virtuelles, mais aussi à des trous noirs virtuels. C'est une gamme que nous ne pouvons pas observer, et où nous devons combiner les théories de la gravité avec la mécanique quantique pour sonder ce qui se produit théoriquement – quelque chose de notoirement difficile à faire.

R: Il existe plusieurs théories le plus célèbre étant la théorie des cordes . Mais aucune de ces théories ne s'est encore intéressée au monde réel – elles ne sont donc pas encore testées.

Mais presque tout le monde admet que l'espace lui-même pourrait avoir une structure compliquée.

Nous savons que notre univers a trois dimensions dans l’espace: vous pouvez aller de gauche à droite, en arrière et en avant, de haut en bas. Le temps est comme une quatrième dimension.

Mais il est fort probable que si vous grossissiez un petit point dans l’espace pour que vous sondiez cette minuscule petite échelle, vous vous apercevriez qu’il s’agit d’un origami dimensions supplémentaires que nous ne voyons pas. C'est plutôt comme lorsque vous regardez un tuyau d'arrosage de loin, vous pensez que c'est juste une ligne.

Mais quand vous regardez de plus près, vous voyez qu'une dimension était en fait trois dimensions. La théorie des cordes implique des mathématiques complexes, tout comme les théories rivales. Mais c'est le genre de théorie dont nous aurons besoin pour comprendre au plus profond le plus proche du néant que nous pouvons imaginer: à savoir l'espace vide.

Q: Dans notre compréhension actuelle, comment pouvons-nous expliquer notre univers en expansion à partir de rien? Pourrait-il vraiment commencer par un peu d'énergie de vide fluctuante?

R: Une transition ou une fluctuation mystérieuse aurait soudainement déclenché une partie de l'espace pour se développer – du moins c'est ce que pensent certains théoriciens. Les fluctuations intrinsèques de la théorie quantique pourraient ébranler l’univers entier s’il était comprimé à une échelle suffisamment petite.

Cela se produirait à une époque d’environ 10 ^-44 secondes – ce que Heure de Planck . C'est une échelle lorsque le temps et l'espace sont entrelacés, de sorte que l'idée d'une horloge qui se dérobe n'a aucun sens. Nous pouvons extrapoler notre univers avec une confiance élevée à une nanoseconde, et avec un peu de confiance, bien plus proche du temps de Planck.

Mais par la suite, tous les paris sont désactivés car … la physique à cette échelle doit être remplacée théorie plus compliquée.

Q: S'il est possible qu'une fluctuation d'une partie aléatoire d'un espace vide donne naissance à l'univers, pourquoi une même chose ne pourrait-elle pas se produire dans une autre partie de l'espace vide – donner naissance à des univers parallèles? dans un multivers infini?

R: L'idée que notre Big Bang n'est pas le seul et que ce que nous voyons avec nos télescopes est une fraction infime de la réalité physique est populaire chez beaucoup de physiciens. Et il existe de nombreuses versions d'un univers cyclique. Il y a 50 ans à peine, de solides preuves d'un Big Bang ont émergé. Et le concept a pris de plus en plus d’impression qu’il ya beaucoup plus de réalité physique que le volume d’espace et de temps que nous pouvons sonder – même avec les télescopes les plus puissants.

Nous ne savons donc pas beaucoup – il y a des scénarios qui prédisent beaucoup de Big Bangs et d'autres qui en prédisent un. Je pense que nous devrions tous les explorer.

Q: Comment se terminera l'univers?

R: Les prévisions à long terme les plus simples prédisent que l'univers continue de croître à un rythme accéléré, devient de plus en plus vide. 19659002] Les particules qu'il contient peuvent se dégrader, ce qui rend la dilution indéfiniment. On se retrouverait avec, en un sens, un volume énorme d’espace, mais il serait encore plus vide que l’espace actuel.

C’est un scénario, mais il y en a d’autres qui impliquent la «direction "De l'énergie sombre renversant de la répulsion à l'attraction, de sorte qu'il y aura un effondrement à un soi-disant" Big Crunch ", lorsque la densité se dirige à nouveau vers l'infini.

au physicien Roger Penrose que l'univers continue à se dilater, devenant de plus en plus dilué, mais d'une certaine manière – lorsqu'il ne contient rien d'autre que des photons, des particules de lumière – les choses peuvent être Ainsi, après cette énorme dilution, l'espace devient en quelque sorte le générateur d'un nouveau Big Bang.

Donc, c'est une version plutôt exotique de l'ancien univers cyclique – mais ne me demandez pas d'expliquer les idées de Penrose.

Q: Dans quelle mesure êtes-vous convaincu que la science peut finalement casser ce que rien est? Même si nous pouvions prouver que notre univers est parti d’une fluctuation étrange d’un champ de vide, n’avons-nous pas besoin de savoir d’où vient ce champ de vide?

R: Les sciences essaient de répondre aux questions, mais chaque fois que nous y répondons, les nouveaux viennent au premier plan – nous n’aurons jamais une image complète. Quand j'ai commencé mes recherches à la fin des années 1960, il était controversé de savoir s'il y avait eu un Big Bang.

Maintenant, ce n'est plus controversé, et nous pouvons dire avec une précision de 2% 13,8 milliards d'années à une nanoseconde. C'est un énorme progrès. Il n'est donc pas absurdement optimiste de croire qu'au cours des 50 prochaines années, les questions délicates concernant ce qui se passera aux époques quantique ou seront comprises.

Bien sûr, cela soulève une autre question: comment une grande partie de la science va être accessible au cerveau humain? Il se pourrait, par exemple, que la mathématique de la théorie des cordes soit en quelque sorte une description correcte de la réalité, mais que nous ne pourrons jamais la comprendre suffisamment pour la comparer à une observation réelle. Il faudra peut-être alors attendre l'émergence d'une sorte de post-humain pour mieux comprendre.

Mais tous ceux qui réfléchissent à ces mystères devraient comprendre que l'espace vide du physicien – le vide – n'est pas le même que celui du philosophe "Rien".

Martin Rees professeur émérite de cosmologie et d'astrophysique, University of Cambridge . Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation . Lire l'article original .