Et si le Big Bang n'avait pas débuté par une singularité ? Ce point de densité infinie, qui fait tant débat chez les physiciens, pourrait être évité. Une nouvelle approche de la gravité quantique propose que l'Univers ait pu émerger sans ce concept problématique, en modifiant simplement la théorie d'Einstein.
Cette idée avance que la gravité elle-même, à des énergies extrêmes, pourrait avoir provoqué l'expansion initiale du cosmos sans ajouter d'ingrédients supplémentaires.
La théorie d'Einstein, la relativité générale, fonctionne remarquablement bien dans la plupart des situations, mais elle prédit des singularités au moment du Big Bang et à l'intérieur des trous noirs. Ces points où la densité et la température deviennent infinies sont le signe que la théorie est poussée au-delà de ses limites. Pour y remédier, des physiciens de l'Université de Waterloo et de l'Institut Périmètre ont exploré une extension appelée gravité quadratique quantique.
Cette nouvelle théorie se comporte remarquablement bien aux énergies les plus élevées, contrairement à la relativité générale. Elle propose que l'inflation primordiale, cette phase d'expansion rapide de l'Univers, pourrait être une conséquence directe de la gravité elle-même, sans avoir besoin d'un champ hypothétique.
Le modèle obtenu correspond très bien aux données actuelles, parfois mieux que les modèles d'inflation classiques. Ce qui a surpris l'équipe, c'est à quel point une phase d'inflation a émergé naturellement une fois la théorie traitée dans un cadre cohérent. Cela change notre vision de l'Univers primordial: au lieu d'ajouter des éléments à la gravité, celle-ci contient déjà les ingrédients nécessaires.
Pour tester cette idée, les scientifiques comptent sur les ondes gravitationnelles primordiales et le fond diffus cosmologique, cette lueur fossile du tout début de l'univers. Si les futures observations détectent des motifs particuliers dans ces signaux, cela pourrait confirmer que la gravité quantique quadratique est la bonne voie. L'équipe prévoit d'affiner ses prédictions et de les comparer aux données à venir.
Cette recherche, publiée dans
Physical Review Letters, ouvre ainsi une nouvelle piste prometteuse pour comprendre les premiers instants de notre univers sans avoir recours à des singularités infinies. La prochaine étape sera de distinguer ce modèle des théories d'inflation plus classiques grâce à des observations précises.