Expansionnistesles civilisations en expansion se rencontreront-elles dans l'univers ?

Si les civilisations continuent de s'étendre, l'univers va-t-il se remplir ? Cette page traite des étapes difficiles, de la vitesse du front d'expansion, des horizons et du modèle des extraterrestres voraces.

Si certaines civilisations s'étendent pour toujours, pourquoi ne les avons-nous pas vues ? Un modèle de 2021 de Robin Hanson et ses collègues donne une réponse inhabituelle. Nous apparaissons si « tôt » parce que les civilisations en expansion rempliront vite l'univers, laissant peu de temps aux retardataires. Le canal « Expansionnistes » du jeu transforme ce modèle en image : un front qui avance à 80 % de la vitesse de la lumière, en direction de la Voie lactée.

Cette page présente d'abord ce que dit réellement le modèle, puis pourquoi un front peut sembler « plus rapide que la lumière », comment se calcule le temps d'avertissement, et comment l'expansion cosmique isole les civilisations. Elle se termine par un résumé du scénario du jeu. Pour être clair, le modèle est une hypothèse, et aucune civilisation en expansion n'a jamais été observée.

Pourquoi nous paraissons « trop tôt »

Arriver tôt : l'univers n'a que 13,8 milliards d'années, mais les petites étoiles naines rouges peuvent briller de façon stable pendant des milliers de milliards d'années. Si la vie pouvait apparaître à n'importe quelle époque, nous sommes arrivés remarquablement tôt. Hanson et ses collègues l'expliquent ainsi : les civilisations en expansion rempliront l'univers dans un avenir pas très lointain.
Étapes difficiles : l'histoire de la vie sur Terre comporte quelques étapes extrêmement improbables : l'origine de la vie, la cellule eucaryote, la reproduction sexuée, les animaux multicellulaires, l'intelligence. Chacune peut demander une longue attente de chance. Le modèle utilise environ six étapes.
Civilisations silencieuses : le même modèle implique aussi que les « civilisations silencieuses » qui ne s'étendent pas sont très rares. Pour qu'une seule existe dans la Voie lactée, la probabilité qu'une civilisation silencieuse devienne une civilisation en expansion devrait être inférieure à une sur dix mille.

L'image de l'univers selon le modèle

La moitié de l'univers prise : les civilisations en expansion occupent peut-être déjà 40 % à 50 % du volume de l'univers, et chacune finira par contrôler environ 100 000 à 30 millions de galaxies. Nous les rencontrerions dans environ 200 millions à 2 milliards d'années.
Deux bulles de savon : le modèle suppose que les expansionnistes s'arrêtent quand ils en rencontrent un autre. Deux bulles se pressent l'une contre l'autre et laissent entre elles une frontière qui bouge à peine.
Arc dans le ciel : si les bords des civilisations en expansion ne sont pas évidents dans le ciel, nous pourrions trouver beaucoup de très longs arcs de cercle.
Récolter la lumière des étoiles : une civilisation qui contrôle une galaxie peut utiliser environ 10³⁷ watts, ce qui est une civilisation de type III sur l'échelle de Kardachev. Si elle capte la lumière des étoiles et rejette la chaleur perdue, la galaxie s'assombrit en lumière visible et s'éclaire dans l'infrarouge.

Quelle vitesse a le front, quel avertissement court

Plus l'expansion est lente, plus elle est facile à voir avant son arrivée. Qu'aucune civilisation en expansion n'ait été vue suggère que leurs fronts se déplacent vite, à une grande fraction de la vitesse de la lumière.

Quelque chose qui avance vers vous à une vitesse proche de celle de la lumière peut sembler plus rapide que la lumière : il arrive presque en même temps que sa propre lumière. Le télescope Hubble a mesuré dans le jet de la galaxie M87 un mouvement qui paraît atteindre environ 6 fois la vitesse de la lumière. Le temps d'avertissement est donc extrêmement court : la lumière du front arrive plus tôt que le front lui-même de seulement « distance fois (le rapport entre la vitesse de la lumière et celle du front, moins un) » années. À 80 % de la vitesse de la lumière, on ne peut le voir qu'une fois qu'il a parcouru le dernier quart de son trajet.

L'expansion cosmique isole les civilisations

L'univers est en expansion accélérée. Un signal envoyé aujourd'hui depuis plus loin qu'environ 16,5 milliards d'années-lumière ne pourra jamais nous atteindre. Plus les expansionnistes s'étendent largement, plus ils ressemblent à des habitants d'univers différents. Quant à votre propre front : en voyageant à 99 % de la vitesse de la lumière, 1 an passe dans le vaisseau pendant qu'environ 7 ans passent à l'extérieur, donc plus le vaisseau est rapide, plus il peut revendiquer de galaxies avant l'arrivée de l'autre front.

L'idée dans le jeu

Ce qui suit relève de la fiction du jeu. Le canal se découvre en débloquant « Cartographie de l'horizon » dans l'Arbre de l’Au-delà, ou quand la civilisation principale termine « Colonisation galactique ». Dans le scénario, les données de la cartographie de l'horizon contiennent un très long arc de cercle qui n'appartient à aucune structure connue. De l'autre côté de l'arc, les galaxies s'assombrissent en lumière visible et s'éclairent dans l'infrarouge, et quelqu'un récolte la lumière des étoiles. Leur front avance à 80 % de la vitesse de la lumière, vers la Voie lactée, à une distance d'environ 1,8 milliard d'années-lumière.

La mécanique utilise une horloge cosmique : chaque fois que la civilisation principale termine un événement de la ligne principale de la civilisation interstellaire, l'univers vieillit d'un cran et le front se rapproche. Quand la civilisation principale devient une civilisation « de type III sur l'échelle de Kardachev », le front atteint la Voie lactée. Comme il avance à une vitesse proche de celle de la lumière, la civilisation principale ne peut le voir que très peu de temps avant son arrivée. Les trois fins du canal sont Réserve, Fusion et Frontière. Tout cela est de la fiction.

Roman apparenté

L'Échelle de Schild (Greg Egan, 2002) : la désintégration du vide est de la physique réelle (Coleman 1977 ; Coleman et De Luccia 1980), et une vraie bulle de vide s'étendrait à une vitesse proche de celle de la lumière. Dans le roman, une expérience de physique crée accidentellement un nouveau type de vide qui s'étend vers l'extérieur à la moitié de la vitesse de la lumière et engloutit tout sur son passage.

Recherches réelles apparentées

Les études ci-dessous portent sur l'expansion cosmique, la classification des civilisations et la question de Fermi. Ce sont des sciences réelles apparentées, pas des preuves que les expansionnistes existent.

En utilisant des supernovae lointaines comme « chandelles standard », les chercheurs ont trouvé que l'expansion de l'univers s'accélère, et l'énergie noire est entrée en physique. Ce travail a reçu le prix Nobel 2011 (Riess et al., The Astronomical Journal, 1998).
Une seconde équipe est parvenue indépendamment à la même conclusion : une forme d'énergie de l'univers entraîne l'expansion accélérée (Perlmutter et al., The Astrophysical Journal, 1999).
Une civilisation assez avancée pourrait enfermer son étoile, et nous pourrions trouver de telles civilisations grâce à un rayonnement infrarouge anormal (Dyson, Science, 1960).
Les civilisations classées en trois types selon l'énergie qu'elles peuvent utiliser : planétaire, stellaire et galactique (Kardachev, Soviet Astronomy, 1964).
Si les civilisations extraterrestres étaient courantes, elles se seraient depuis longtemps répandues dans la Voie lactée, donc nous sommes peut-être les premiers (Hart, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1975).

Base réelle

Un arc dans le ciel: En 2021, Hanson et al. ont prédit que si les frontières des civilisations en expansion ne sont pas voyantes dans le ciel, on pourrait tout de même y trouver de très longs arcs.
Arrivés tôt: L’Univers n’a que 13,8 milliards d’années, alors que les petites naines rouges peuvent briller de façon stable pendant des milliers de milliards d’années. Si la vie peut apparaître à n’importe quelle époque, nous sommes apparus étrangement tôt. L’explication de Hanson et al. : les civilisations en expansion rempliront l’Univers dans un avenir pas si lointain, laissant peu de temps aux retardataires.
Étapes difficiles: L’histoire de la Terre a connu plusieurs étapes très improbables : l’origine de la vie, les cellules eucaryotes, la reproduction sexuée, les animaux pluricellulaires, l’intelligence… chacune peut exiger une longue attente de la chance. Le modèle de Hanson et al. utilise environ six étapes.
Vitesse du front: Plus une expansion est lente, plus elle a de chances d’être vue avant son arrivée. Nous n’avons vu aucune civilisation en expansion jusqu’ici, ce qui suggère que leurs fronts avancent vite, à une fraction notable de la vitesse de la lumière.
Illusion de vitesse supraluminique: Un objet qui avance de face à presque la vitesse de la lumière paraît plus rapide que la lumière : il arrive presque en même temps que sa propre lumière. Le télescope spatial Hubble a mesuré un mouvement apparent d’environ 6 fois la vitesse de la lumière dans le jet de la galaxie M87.
La moitié de l’Univers prise: Le modèle de Hanson et al. dit que les civilisations en expansion occupent peut-être déjà 40 % à 50 % du volume de l’Univers, chacune contrôlant à terme environ 100 000 à 30 millions de galaxies ; nous les rencontrerions dans 200 millions à 2 milliards d’années environ.
Temps d’alerte: Quand le front est à D années-lumière et avance à la vitesse v, sa lumière n’arrive que D×(1/v−1) années avant le front lui-même. À 80 % de la vitesse de la lumière, on ne le voit qu’une fois qu’il a parcouru le dernier quart de la distance.
Civilisations silencieuses: Le même modèle implique aussi que les « civilisations silencieuses » qui ne s’étendent pas sont très rares. Pour qu’il en existe ne serait-ce qu’une dans la Galaxie, la probabilité qu’une civilisation silencieuse devienne expansionniste doit être inférieure à une sur dix mille.
Récolter la lumière des étoiles: Une civilisation qui contrôle une galaxie peut utiliser environ 10³⁷ watts de puissance : c’est le type III de Kardashev. Récoltez la lumière des étoiles et rejetez-la en chaleur perdue, et la galaxie pâlit en lumière visible et brille davantage en infrarouge.
Deux bulles de savon: Le modèle de Hanson et al. suppose qu’un expansionniste s’arrête quand il rencontre un autre expansionniste. Deux bulles pressées l’une contre l’autre laissent entre elles une frontière presque immobile.
Des lettres qui ne reviennent pas: L’Univers s’étend de plus en plus vite. Au-delà d’environ 16,5 milliards d’années-lumière de nous, un signal envoyé aujourd’hui ne pourra jamais nous atteindre. Plus les expansionnistes s’éloignent, plus ils vivent dans des univers différents.
Votre front: À 99 % de la vitesse de la lumière, 1 an passe dans le vaisseau et environ 7 à l’extérieur. Plus les vaisseaux de la civilisation principale sont rapides, plus de galaxies elle peut revendiquer avant l’arrivée du front.
L'Échelle de Schild (Greg Egan, 2002), côté science : la théorie de la désintégration du vide est de la vraie physique (Coleman 1977, Coleman et De Luccia 1980) ; une vraie bulle de vide s'étendrait à presque la vitesse de la lumière.

Recherches liées

Ces études sont liées au sujet mais ne prouvent pas directement le contenu de cette page.

Expansion accélérée: En utilisant des supernovae lointaines comme « chandelles standard », ils ont trouvé que l'expansion de l'univers s'accélère. L'énergie noire entrait en scène, et ce travail a valu le prix Nobel 2011.
Source : Riess et al., The Astronomical Journal 1998, "Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant"
42 supernovae: Une autre équipe est arrivée indépendamment à la même conclusion : une énergie de l'univers entraîne l'expansion accélérée.
Source : Perlmutter et al., The Astrophysical Journal 1999, "Measurements of Omega and Lambda from 42 high-redshift supernovae"
Sphère de Dyson: Une civilisation assez avancée pourrait envelopper son étoile, et nous pourrions la trouver grâce à un rayonnement infrarouge anormal.
Source : Dyson, Science 1960, "Search for artificial stellar sources of infrared radiation"
Échelle des civilisations: Classe les civilisations en trois types selon l'énergie qu'elles peuvent utiliser : planétaire, stellaire et galactique.
Source : Kardashev, Soviet Astronomy 1964, "Transmission of information by extraterrestrial civilizations"
Où sont-ils ?: Si les civilisations extraterrestres étaient courantes, elles rempliraient déjà la galaxie. Hart en a conclu que nous sommes peut-être les premiers.
Source : Hart, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 1975, "An explanation for the absence of extraterrestrials on Earth"

Fiction du jeu (inventée)

Nœud « Arc dans le ciel » : dans les données de cartographie de l'horizon, un arc n'appartient à aucune structure connue.
Nœud « Vitesse de la frontière » : elle se mesure à 80 % de la vitesse de la lumière.
Nœud « Illusion de vitesse superluminique » : quelque chose qui fonce sur toi à 80 % de la vitesse de la lumière semble se déplacer à 4 fois la vitesse de la lumière.
Nœud « Récolter la lumière des étoiles » : les galaxies qu'ils traversent ressemblent exactement à ça.
Nœud « Deux bulles de savon » : entre eux et un autre expansionniste, il y a déjà une telle frontière.
Nœud « Ta frontière » : la civilisation principale a commencé à s'étendre aussi.
Nœud « Avant la rencontre » : les frontières sont encore à plusieurs centaines de millions d'années de se rencontrer.
Nœud « Rencontre » : les deux frontières se rejoignent au bord de la Voie lactée.
Fin de canal « Réserve » : la frontière s'est arrêtée hors de la Voie lactée et l'a contournée. Sur la carte stellaire des Expansionnistes, la Voie lactée est marquée comme une réserve : une civilisation qui ne s'étend pas mérite qu'on la laisse tranquille pour l'observer. C'est une version de l'« hypothèse du zoo ».
Fin de canal « Fusion » : les deux frontières fusionnent et continuent de pousser vers l'horizon. L'histoire de la civilisation principale devient un chapitre de celle d'une civilisation plus vaste.
Fin de canal « Frontière » : la frontière s'est arrêtée au bord de la Voie lactée, comme la pellicule entre deux bulles de savon. La lumière des étoiles de chaque côté de la frontière n'est plus jamais touchée.
Résumé du roman L'Échelle de Schild : une expérience de physique crée accidentellement un nouveau type de vide, qui s'étend vers l'extérieur à la moitié de la vitesse de la lumière et engloutit tout sur son passage. Vingt mille ans plus tard, les gens cherchent encore un moyen de lui faire face.

Voir dans le jeu