Univers-bébépeut-on fabriquer un univers en laboratoire ?
Les physiciens ont étudié ce qu'il faudrait pour fabriquer un univers. La vraie recherche derrière la fin de Cosmos Era « Univers-bébé », de Farhi et Guth à l'inflation.
Pourrait-on créer un nouvel univers dans un laboratoire ? Edward Farhi et Alan Guth ont étudié sérieusement la question en 1987, et en 1990 Farhi, Guth et Jemal Guven sont allés plus loin. La conclusion : la relativité générale permet à un petit morceau de faux vide de s'étendre en un « univers-bébé » causalement coupé du nôtre, mais en physique classique le point de départ doit être une singularité, et l'effet tunnel quantique pourrait contourner cela. Fabriquer réellement un univers-bébé et façonner ses constantes physiques est de la fiction.
Cette page explique d'abord comment débloquer la fin, puis présente la vraie recherche derrière l'« Usine cosmique », puis le développement de la théorie de l'expansion et de l'inflation, pour que vous voyiez pourquoi des physiciens envisagent seulement de « fabriquer un univers ».
Comment la débloquer
- Indice : regardez d'abord cet univers mourir, puis décidez d'en fabriquer un nouveau.
- Condition : assister d'abord à la fin « Désintégration du proton ». Puis débloquer « Usine cosmique » et assister à la fin de l'univers.
- Récompense : vous pouvez écrire une phrase d'ouverture pour l'univers suivant et réécrire gratuitement une constante physique (seulement pour l'univers suivant).
Le nœud « Usine cosmique » dit qu'un univers doit mourir avant que le suivant ait son tour.
Recherche réelle : les conditions pour fabriquer un univers
- 1987 : Farhi et Guth ont étudié si un nouvel univers pouvait être fabriqué en labo. La relativité générale permet à un petit morceau de faux vide de s'étendre en un « univers-bébé » causalement coupé du nôtre, mais en physique classique le point de départ doit être une singularité.
- 1990 : avec Guven, ils ont proposé que l'effet tunnel quantique pourrait contourner cela.
Pourquoi des physiciens osent y penser
La théorie de l'expansion cosmique a fourni, pas à pas, les concepts dont « fabriquer un univers » a besoin.
- Friedmann a déduit de la relativité générale que l'univers peut s'étendre ou se contracter, sept ans avant l'apparition de preuves d'observation (Friedmann, Zeitschrift für Physik, 1922).
- Lemaître a proposé indépendamment que l'univers est en expansion, puis imaginé qu'il a commencé à partir d'un « atome primitif », une forme précoce de la théorie du Big Bang (Lemaître, Annales de la Société Scientifique de Bruxelles, 1927).
- Plus une galaxie est loin de nous, plus elle s'éloigne vite. L'univers n'est pas statique (Hubble, PNAS, 1929).
- Guth a proposé que l'univers primitif a connu une expansion exponentielle, expliquant d'un coup pourquoi l'univers est si plat et pourquoi sa température est presque la même partout (Guth, Physical Review D, 1981).
- Andreï Linde a résolu le problème de la façon dont l'inflation pouvait se terminer en douceur, rendant la théorie de l'inflation vraiment praticable (Linde, Physics Letters B, 1982).
À noter : le Guth qui a étudié les univers-bébés est le même Guth qui a proposé l'inflation.
De quoi l'univers est fait
En utilisant des supernovæ lointaines comme « chandelles standard », des astronomes ont constaté que l'expansion de l'univers s'accélère, et l'énergie noire est entrée en scène. Ce travail a reçu le prix Nobel 2011 (Riess et al., The Astronomical Journal, 1998). Une autre équipe est parvenue indépendamment à la même conclusion (Perlmutter et al., The Astrophysical Journal, 1999). Le satellite Planck a fourni les paramètres cosmologiques les plus précis à ce jour : un âge d'environ 13,8 milliards d'années, et une matière ordinaire de seulement 5 % environ (collaboration Planck, Astronomy & Astrophysics, 2020).
Higgs a proposé un champ remplissant tout l'espace qui donne leur masse aux particules (Higgs, Physical Review Letters, 1964), et le Grand collisionneur de hadrons a trouvé une nouvelle particule vers 125 GeV, confirmant une prédiction qui attendait depuis 48 ans (collaboration ATLAS, Physics Letters B, 2012). La récompense du jeu vous laisse réécrire une constante physique, ce qui est de la fiction.
La fin de l'univers
Le sort de l'univers dans des milliers de milliards d'années et au-delà : les étoiles s'éteignent, les protons peuvent se désintégrer, et les trous noirs finissent par s'évaporer (Adams et Laughlin, Reviews of Modern Physics, 1997). Cela fait écho au « regardez d'abord cet univers mourir » de l'indice.
Fiction du jeu, pas réel
Fabriquer réellement un univers-bébé et façonner ses constantes physiques est de la fiction. La Dernière Question (1956), d'Asimov, raconte l'histoire de gens qui demandent, génération après génération, à un ordinateur toujours plus puissant si l'augmentation de l'entropie peut être inversée. Chaque fois, il répond « données insuffisantes pour une réponse significative », jusqu'au tout dernier instant de l'univers. Son arrière-plan scientifique est le suivant : le deuxième principe de la thermodynamique n'a aucune exception connue, et la mort thermique de l'univers est l'une des prédictions dominantes.
Envie de lire les originaux ? Cherchez ces titres
- Friedmann (1922) : « Über die Krümmung des Raumes », soit à peu près « Sur la courbure de l'espace »
- Guth (1981) : « Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems »
- Linde (1982) : « A new inflationary universe scenario »
- Higgs (1964) : « Broken symmetries and the masses of gauge bosons »
- Adams et Laughlin (1997) : « A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects »
Base réelle
Farhi et Guth en 1987, puis Farhi, Guth et Guven en 1990, ont étudié sérieusement les conditions physiques pour fabriquer un univers en laboratoire.
Usine cosmique: En 1987, Farhi et Guth étudièrent si l'on pouvait fabriquer un nouvel univers en laboratoire. La relativité générale permet à une petite bulle de faux vide de s'étendre en « univers-bébé » causalement coupé du nôtre, mais en physique classique le point de départ doit être une singularité. En 1990, avec Guven, ils proposèrent que l'effet tunnel quantique pourrait contourner cela.
La Dernière Question (Isaac Asimov, 1956), côté science : le second principe de la thermodynamique n'a aucune exception connue ; la mort thermique est l'une des principales prédictions pour l'univers.
Recherches liées
Ces études sont liées au sujet mais ne prouvent pas directement le contenu de cette page.
L'univers est en expansion: Hubble a trouvé que plus une galaxie est loin, plus elle s'éloigne vite. L'univers n'est pas statique : il est en expansion.
Source : Hubble, PNAS 1929, "A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae"
L'univers de Friedmann: Friedmann a déduit de la relativité générale que l'univers peut se dilater ou se contracter, sept ans avant les preuves d'observation.
Source : Friedmann, Zeitschrift für Physik 1922, "Über die Krümmung des Raumes"
L'atome primitif: Lemaître a proposé indépendamment que l'univers est en expansion, puis imaginé qu'il avait commencé comme un « atome primitif », précurseur de la théorie du Big Bang.
Source : Lemaître, Annales de la Société Scientifique de Bruxelles 1927, "Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant"
L'univers inflationnaire: Guth a proposé que l'univers primitif a connu une expansion exponentielle, ce qui explique d'un coup pourquoi il est si plat et pourquoi la température est presque la même partout.
Source : Guth, Physical Review D 1981, "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems"
Nouvelle inflation: Linde a réglé le problème de la fin en douceur de l'inflation, rendant la théorie de l'inflation vraiment viable.
Source : Linde, Physics Letters B 1982, "A new inflationary universe scenario"
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"
La recette de l'univers: Le satellite Planck a donné les paramètres cosmologiques les plus précis à ce jour : un âge d'environ 13,8 milliards d'années, et seulement environ 5 % de matière ordinaire.
Source : Planck Collaboration, Astronomy & Astrophysics 2020, "Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters"
L'origine de la masse: Higgs a proposé un champ qui remplit l'espace et donne une masse aux particules, et prédit une nouvelle particule.
Source : Higgs, Physical Review Letters 1964, "Broken symmetries and the masses of gauge bosons"
À la recherche du boson de Higgs: Le Grand collisionneur de hadrons a trouvé une nouvelle particule vers 125 GeV, confirmant une prédiction faite 48 ans plus tôt.
Source : ATLAS Collaboration, Physics Letters B 2012, "Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC"
Le dernier chapitre de l'univers: A calculé le destin de l'univers sur des milliers de milliards d'années et au-delà : les étoiles s'éteignent, les protons se désintègrent peut-être, et les trous noirs finissent par s'évaporer.
Source : Adams & Laughlin, Reviews of Modern Physics 1997, "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"
Fiction du jeu (inventée)
- Construire réellement un univers-bébé et influencer ses constantes physiques relève de la fiction.
- Nœud « Usine cosmique » : un univers doit mourir avant qu'un nouveau ait son tour.
- Résumé du roman La Dernière Question : génération après génération, les gens demandent à un ordinateur toujours plus puissant si l'augmentation de l'entropie peut être inversée. À chaque fois il répond « données insuffisantes », jusqu'au tout dernier instant de l'univers.