Notre Univers est-il unique ? Les astronomes Chris Palma et de Jane Charlton, tous deux professeurs d'Astronomie au Collège des Sciences d'Eberly tentent de répondre à cette question.
Palma: Une distinction doit être faite. Habituellement quand nous parlons de "l'univers", ce que nous voulons dire est l'univers observable, ce que nous sommes capable de voir depuis la Terre. Nous savons de combien l'univers est âgé (le nombre actuel est de 13,7 milliards d'années). Et nous connaissons la vitesse de la lumière. Aussi nous pouvons voir tout ce qui se trouve dans une sphère de 13,7 milliards d'années-lumière autour de la Terre parce que la lumière de tous les objets s'y trouvant a eu assez de temps pour nous atteindre. Que dire de cet horizon, cette région sphérique dont nous pouvons recevoir la lumière, comparé à la taille de l'univers entier ?
Carte micro-onde de l'Univers (voir légende plus bas) Vous avez défini l'horizon observable. Essayons maintenant de définir "l'univers." C'est ce que je demande en général à mes élèves de faire. Je pense que la meilleure définition que nous avons trouvée est que l'univers est l'ensemble des points que l'on pourrait atteindre si nous avions la capacité de voyager infiniment vite dans l'espace.
La distinction est difficile à comprendre pour les élèves. "Qu'y a-t-il au delà de l'univers observable?", leur demandé-je. "Qu'y a-t-il en dehors? N'y a-t-il plus aucun espace ni plus aucun temps ? Y a-t-il un espace vide ? Ou bien y a-t-il une 'substance' dans l'espace, analogue à ce que nous voyons dans l'univers observable" ?
La réponse correcte et précise est "il y a une substance dans l'espace". Nous voyons les endroits depuis lesquels la lumière a eu le temps de nous atteindre. Penser que juste au delà de ce point il n'y a plus rien n'a aucun sens.
Palma: Ainsi la taille physique de l'univers, selon cette définition, serait infinie, ou serait si grande qu'elle serait pratiquement infinie.
Charlton: Et dans ce cas, la réponse à la question est qu'il n'y a qu'un seul Univers. Sauf que... il y a l'inflation.
Dans l'univers primordial, les choses étaient différentes. La matière était extrêmement dense, il y avait là une énorme quantité d'énergie disponible, tous les genres de particules étranges pouvaient être créés et les forces physiques n'agissaient pas de la même façon qu'aujourd'hui. Tandis que le temps avançait, l'univers s'est étendu, les énergies disponibles sont devenues plus faibles, et les forces ont commencé à agir différemment.
Mais la première transition a été soudaine, non progressive. Cela a été plutôt quelque chose comme une transition de phase, comme quand la glace se transforme en eau. Et cela a conduit à un phénomène appelé l'inflation, où certaines régions de l'espace ont exploité l'énergie de cette transition de phase et se sont étendues exponentiellement, beaucoup plus rapidement que la vitesse de la lumière.
Palma: Représentez-vous un ballon qui explose: Tant que vous lui insuffliez de l'air, vous lui donniez une certaine énergie ; il gonflait linéairement. L'idée est qu'il y eut un temps où l'univers s'est expansé soudainement, dans une proportion énorme et pendant une période incroyablement courte. Depuis cet événement, l'expansion continue mais à une cadence plus lente.
Et donc si cette inflation s'est produite une fois, pourquoi ne se serait-elle pas produite de multiples fois ? Pourquoi n'y aurait-il pas eu un grand nombre de petites poches d'inflation à différents endroits ?
Charlton: Et cela laisserait des espaces entre tous ces ballons qui pourraient être bloqués dans les conditions qui existaient lorsque les forces physiques étaient différentes.
C'est un genre très différent d'espace. Nous ne pourrions pas y survivre, et nous n'y verrions aucune lumière. Par définition nous ne pourrions même pas l'atteindre, parce qu'il est trop différent.
En fait la vraie réponse est: nous ne savons pas. Il pourrait exister d'autres univers avec des constantes physiques très différentes. Mais s'ils existent, il n'y aurait aucune vie, aucune étoile. Il faut vraiment des conditions très spéciales pour fabriquer des étoiles.
Palma: Les étoiles, les êtres humains et les autres formes de vie de notre univers sont fabriqués à partir du carbone, de l'oxygène et de l'hydrogène. On peut prouver mathématiquement que si la force nucléaire forte (celle qui lie les protons et les neutrons au sein du noyau de l'atome) était juste un peu plus faible, le carbone et les atomes d'oxygène ne se seraient jamais formés. Rien n'existerait. Il s'en est vraiment fallut de très peu.
Charlton: Autant que je sache, il n'y a eu qu'une seule bonne raison pour que ces autres univers puissent avoir les constantes physiques semblables aux nôtres. C'est si les trous noirs engendraient d'autres univers. Chaque étoile qui meurt dans notre univers et qui est assez massive pour s'effondrer infiniment forme un trou noir. Si ce trou noir explose quelque part ailleurs, dans un autre univers qui pourrait exister dans d'autres dimensions que nos quatre dimensions habituelles d'espace et de temps, il pourrait alors y avoir une espèce de mémoire de l'univers parent, et donc induire des constantes physiques semblables pour ce nouvel univers.
Légende de l'illustration: Est-ce que ce tout est bien là? Le rayonnement micro-onde a été émis seulement 380.000 ans après que le Big Bang ait défini précisément notre univers. Cette image, produite par la sonde orbitale Wilkinson, montre un univers composé de 73 % d'énergie noire, de 23 % de matière noire froide, et de seulement 4 % d'atomes.