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Quoi de neuf en physique ? Un univers jumeau avant le Big Bang ?


Cosmologie, astronomie, physique quantique

 

- Un univers jumeau avant le Big Bang ?

Il s’agit de la suite des spéculations de Martin Bojowald à partir de la gravitation quantique en boucle (LQG) qui l’avaient amené à la conclusion que notre univers résultait d’un cycle probablement sans fin d’expansions et de contractions (Big Bounce). La nouveauté, c’est qu’il y aurait plus de similitudes que prévu entre les univers qui se succèdent et peut-être même des traces de l’avant Big Bang dans le rayonnement fossile...

Si notre univers a bien été précédé d’un autre, ayant subi un rebond après que sa taille fut devenue minuscule (100 fois la longueur de Planck environ), l’ancêtre de notre univers devait être son quasi-jumeau. De plus, aujourd’hui encore, des restes fossilisés de ce qui se passait avant le Big Bang pourraient bien se trouver au niveau des fluctuations du rayonnement fossile.

Pour arriver à cette conclusion, les deux chercheurs ont poussé un peu plus loin les calculs de Martin Bojowald et découvert que les quantités d’énergie et de matière contenues dans l’ancienne phase de notre univers devaient être les mêmes qu’actuellement. Mieux, à une excellente approximation près, les fluctuations et la structure de l’espace-temps d’avant le rebond, à un niveau ni vraiment classique ni quantique, devraient être conservées sous certaines formes et être toujours là aujourd’hui. Ainsi, notre univers, sans être une réplique exacte de son jumeau, avec en particulier une histoire différente, lui ressemblerait beaucoup. Les fluctuations de température dans le CMB (le fond diffus cosmologique observé par WMap) seraient probablement les héritières directes de celles existant avant la phase de rebond.

- Images de collisions de galaxies

- Les échos de lumière des trous noirs

Un des événements les plus spectaculaires en astrophysique est celui causé par la disruption d’une étoile s’étant approchée trop près d’un trou noir. Les forces de marée commencent par déformer l’étoile en une sorte de ballon de rugby, l’allongent ensuite en forme de cigare puis l’aplatissent pour en faire une crêpe avant de la mettre intégralement en pièces. Une partie du gaz ainsi libéré se met à spiraler en direction du trou noir où il vient alimenter brutalement un disque d’accrétion en matière fraîche. Par frottement, la matière s’échauffe et rayonne en émettant un flash puissant de rayons ultraviolets et X.

 

- Première preuve des ondes gravitationnelles ?

Le nouveau test de la relativité générale concerne un noyau galactique lointain, le quasar nommé OJ287, connu pour ses émissions périodiques d’un double éclat optique très lumineux à peu près tous les 12 ans. En 1988, Valtonen et d’autres ont suggéré que cette émission pourrait être engendrée par un trou noir 18 milliards de fois plus massif que le Soleil, autour duquel gravite un second trou noir environ 200 fois plus léger. Dans un tel système binaire, l’objet le plus léger traverse la matière du disque d’accrétion du trou noir primaire deux fois par orbite, en générant à chaque fois de puissantes émissions d’énergie.

En outre, ces travaux suggèrent que le système binaire perd de l’énergie en émettant des ondes gravitationnelles - une prédiction fondamentale de la théorie de la relativité qui attend toujours d’être vérifiée de manière directe. Lorsque cette émission n’est pas incluse dans le modèle, l’éclat du quasar est prévu pour se produire 20 jours plus tard, ce qui fournit une preuve indirecte de l’existence de ces ondes gravitationnelles. Et selon Valtonen, le taux d’émission observé pour OJ287 en fait la source connue la plus intense d’ondes gravitationnelles de l’univers, et donc une bonne cible pour les interféromètres laser comme LISA, particulièrement lors de la période 2016-2019 où les prochains grands éclats sont attendus.

- La matière noire : une détection directe ?

Si la matière noire existe, elle se trouve non seulement au niveau des amas de galaxies mais aussi dans les galaxies qu’elle entoure d’un halo sphérique. La majeure partie de la masse constituant une galaxie comme la nôtre est même composée de ces particules neutres interagissant très faiblement avec la matière normale et les autres particules que l’on sait fabriquer en accélérateur. Sans que nous nous en rendions compte, nous serions même touchés par un flux de ces particules traversant de temps en temps notre corps.

Si cette hypothèse s’avère exacte, il devrait se produire une modulation annuelle de ce flux de particules. En effet, le Soleil est en orbite autour de la galaxie. Par rapport au référentiel héliocentrique, il se produirait donc une sorte de vent relatif de particules de matière noire. Comme la Terre est en mouvement par rapport au Soleil, sa vitesse propre doit s’ajouter (ou se retrancher) à la sienne par rapport au référentiel lié au centre de la galaxie.

Comme le montre la figure 1, il y aura donc un moment où la vitesse de la Terre s’ajoutera à celle du Soleil, le 2 juin précisément, et un autre auquel elle se retranchera, ce sera le 2 décembre. En juin, le flux de particules de matière noire devrait donc être maximum mais il serait minimum en décembre.

Il y a presque 10 ans, l’équipe avait déjà trouvé une modulation annuelle avec les caractéristiques attendues. La communauté scientifique mondiale était restée sceptique.

Aujourd’hui donc, les chercheurs italiens enfoncent le clou, le signal détecté semble bel et bien réel. Sauf que d’autres expériences, comme CDMS ou Coupp, ne voient pas les particules qu’impliquent les observations de Dama.

- Cycles solaires : les tremblements de Soleil induiraient bien des éruptions solaires…

Ces gigantesques explosions dans les couches externes du Soleil seraient bien liées à de puissantes vibrations qui parcourent l’étoile entière, comme les tremblements de terre produisent des ondes sismiques à travers la planète.

Dans la même revue, Günter Houdek (université de Cambridge, Royaume-Uni) estime que cette observation pourrait donner le moyen de mieux comprendre les cycles solaires, qui durent onze années, et au cours desquels la fréquence des éruptions varie considérablement. L’origine de ce rythme est toujours une énigme.

 

- Visualisation de champs magnétiques en trois dimensions !

Pour la première fois au monde des chercheurs sont parvenus à reconstruire la structure en 3D d’un champ magnétique à l’aide de faisceaux de neutrons polarisés. La technique permet de visualiser, par exemple, le champ magnétique dans un supraconducteur, ce qui aidera sans doute à mieux comprendre les phénomènes qui s’y déroulent.

 

- Après les supraconducteurs, les superisolants !

Il faut des températures bien trop près du zéro absolu mais ce serait une façon de stocker de l’électricité sans aucune perte.

Des chercheurs allemands et américains ont démontré qu’un supraconducteur pouvait se transformer en superisolant. A terme, cette découverte pourrait servir à fabriquer des batteries idéales.

Des films de nitrure de titane, normalement supraconducteurs, pouvaient devenir... des supersisolants. Plongés dans un champ magnétique et refroidis à une température inférieure à 70 mK (millikelvins), ces films présentent alors une résistance infinie au courant électrique.

L’explication du phénomène n’est pas simple et la controverse fait actuellement rage dans la communauté scientifique. Selon Vinokour et ses collègues, comme ils l’expliquent dans Nature, lorsqu’un champ magnétique pénètre le supraconducteur, le flux magnétique provoque des structures quantifiées, analogues aux tourbillons dans un fluide, entre lesquelles les charges circulent. Dans le cas d’un superisolant, l’inverse se produirait, les charges resteraient fixes mais les tourbillons quantifiés passeraient d’une paire de Cooper à l’autre en bloquant tout transport de charge.

Selon les chercheurs, et bien que de nombreux progrès soient sans doute nécessaires, ce phénomène de « superisolation » pourrait permettre de fabriquer des batteries idéales, qui ne subiraient aucune perte de charges.

Circulation des paires de Cooper (paires d’électrons de spin opposé) dans un supraconducteur :

- Les futures découvertes du LHC déjà programmées !

Voilà le planning (boson de Higgs, supersymétrie, dimensions spatiales supplémentaires) mais peut-être rien de tout cela ne sera vérifié, vive les surprises ! L’absence de la supersymétrie renforcerait le principe anthropique de Léonard Susskind...

  • 2009 : La supersymétrie, si son échelle d’énergie est de 1TeV.
  • 2009/2010 : Le boson de Higgs, si sa masse est d’environ 200 GeV.
  • 2010/2011 : Le boson de Higgs, si sa masse est d’environ 120 GeV car à plus basse énergie, il est plus difficilement visible dans les données et il faut accumuler un plus grand nombre de collisions pour le mettre clairement en évidence.
  • 2012 : Des dimensions spatiales supplémentaires, comme dans le cadre des théories des cordes à basse énergie si celles-ci deviennent visibles à une énergie de 9 TeV.
  • 2012 : De la compositeness, si les quarks sont en fait des particules composites au lieu d’être fondamentales, et que leur nature composite se révèle directement à une échelle d’énergie de 40 TeV.
  • 2017 : La supersymétrie, si son échelle d’énergie est de 3 TeV.

 

- John Wheeler, l’un des pères de la cosmologie quantique, est décédé

Celui que toute la communauté scientifique mondiale considérait comme le physicien des physiciens, John Archibald Wheeler, vient de décéder à 96 ans d’une pneumonie, le 13 avril 2008. Il avait connu de très près tous les créateurs de la physique du siècle dernier, notamment Bohr et Einstein.

C’était un penseur audacieux qui ne reculait pas devant l’apparente absurdité du rôle de l’observateur dans les mesures quantiques et d’une co-créativité de la conscience et de l’univers ou des univers multiples, de particules qui remontent le temps, de la réduction de l’univers à l’information (It from Bit), etc.

« Nous vivons encore dans l’enfance de l’espèce humaine, tous les horizons que sont la biologie moléculaire, l’ADN, la cosmologie commencent juste à s’ouvrir. Nous sommes juste des enfants à la recherche de réponses et à mesure que s’étend l’île de la connaissance, grandissent aussi les rivages de notre ignorance. »

- Mort du père de la théorie du chaos, Edward Lorenz

Edward Lorenz, père de la théorie du chaos et rendu célèbre par l’effet papillon, est décédé à l’âge de 90 ans, le 16 avril 2008, à Cambridge (Massachusetts).

L’univers repose essentiellement sur trois piliers, découverts au cours du XXe siècle. La théorie de la relativité, la mécanique quantique et la théorie du chaos. (En fait il faudrait ajouter l’entropie !)

En 1972, Edward Lorenz expose sa découverte dans une étude, intitulée : Prévisibilité : est-ce que le battement des ailes d’un papillon au Brésil peut déclencher une tornade au Texas ? Cette phrase fera rapidement le tour du monde, immortalisant son auteur.



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23 réactions à cet article    


  • Avatar 6 mai 2008 10:26

     

    A l’auteur,

    Magnifique ; 

     j’ai toujours autant de plaisir à vous lire même si je n’ai aucune compétence scientifique particulière des matières abordées.


    • Bernard Dugué Bernard Dugué 6 mai 2008 11:01

      Bonjour, les ondes gravitationnelles, il suffit d’aller en montagne a des endroits précis et on voit le paysage osciller, c’est sans doute l’onde gravitationnelle perçue par le sujet sensible


      • Avatar 6 mai 2008 11:07

        , ah bon ?

        Ou ça exactement ?

        Et dans quelle condition ?

        Avec beaucoup de Chartreuse ?

         


      • Avatar 6 mai 2008 11:18

         

        A l’auteur,

        Plus sérieusement, j’ai une question concernant les ondes gravitationnelles dont on aurait découvert, ou plutôt déduit, leur lointaine présence près d’un gigantesque trou noir.

        Pourquoi ne peut-on pas encore observer ces ondes gravitationnellles sur terre ?(soleil-terre ou terre-lune par ex ?)

        Si cette découverte se confirme, accèderait-on enfin à une unification totale des forces dans l’univers ?


      • Vincent 6 mai 2008 11:59

        Ha bon, ne serait-ce tout simplement pas lié à des phénomènes climatiques, l’évaporation par exemple ?

         

        Bon je dis ça comme ça étant donné que je n’ai aucune compétence en la matière.

         


      • Jean Zin Jean Zin 6 mai 2008 12:58

        La difficulté de détecter des ondes gravitationnelles, qui sont des déformations de l’espace-temps, vient de la faiblesse de la gravitation part rapport aux ondes électromagnétiques. La gravitation nous pèse de tout son poids et nous empêche de nous envoler mais sa force est indétectable au niveau quantique. Les systèmes de détection de ces déformations de l’espace-temps sont des interféromètres laser (LISA) qui essaient de détecter d’infimes variations mais qui n’ont rien donné jusqu’à maintenant, d’où l’intérêt de ces trous noirs qui provoquent des déformations de l’espace-temps bien supérieurs. C’est une vérification de la théorie de la relativité plus qu’une étape vers l’unification des forces. Il faudrait détecter aussi un graviton...


      • Avatar 6 mai 2008 13:38

         

        A Jean Zin,

        Merci d’avoir pris le temps de répondre à ma question.

        J’espère que dans un futur proche, les chercheurs arriveront à observer un graviton.

        Et les applications qui pourraient en découler me laisse rêveur ;

        et me renvoie tout droit vers des romans de science-fiction parlant d’antigravité et de courbure spatio-temporelle.

        Au plaisir de vous relire.

        Cordialement,

        Avatar.

         


      • Avatar 6 mai 2008 18:28

         

        Mr Dugué,

        "Bonjour, les ondes gravitationnelles, il suffit d’aller en montagne a des endroits précis et on voit le paysage osciller, c’est sans doute l’onde gravitationnelle perçue par le sujet sensible "

        En relisant cette phrase de vous, je me suis interessé à votre CV ; et là, franchement, vu votre parcours, je ne comprends pas.

        Une explication serait la bienvenue.

         


      • Bernard Dugué Bernard Dugué 6 mai 2008 20:14

        C’est une hypothèse, en certain endroit, on voit la montagne en face s’éloigner et se rapprocher comme si l’écran oscillait. Vu que le sujet est inséré dans le monde et couplé par un double processus, électomagnétisme et gravitation, alors on peut penser que c’est une onde. Il faut avoir pratiqué Kant et la physique contemporaine pour parvenir à formuler ce genre d’hypothèse. Mon CV explique en effet que je puisse parler ainsi mais c’est juste pour le fun. Si cette hypothèse est exacte, elle vaut un Nobel, pour qui saura la développer jusqu’au bout. J’ai d’autres choses à faire.


      • Serpico Serpico 7 mai 2008 00:00

        Dugué

         

        Ce ne serait pas dû tout simplement au mouvement de l’air à température différente ?


      • Avatar 7 mai 2008 08:50

         

        Mr Dugué,

        Merci d’avoir pris le temps de me répondre sur votre hypothèse valant un Nobel  ;

        surtout que vous précisez que vous avez autre chose à faire...

        En espérant ne pas vous avoir froissé avec ma critique de votre faculté de juger.

        Cordialement,

        Avatar.

         


      • Jean Zin Jean Zin 6 mai 2008 13:29

        C’était l’interprétation majoritaire auparavant de la relativité générale et c’est encore ce que croit Stephen Hawking (pour qui il n’y a pas plus d’avant Big Bang qu’il n’y a un nord du pôle Nord) mais c’est devenu très minoritaire comme position. Effectivement, il n’y a pas de création du temps, le temps comme succession n’ayant pas de commencement. Par contre, la physique actuelle qui parle de multivers, de successions de Big Bangs, de créations d’univers, de fontaines blanches fait du Big Bang un problème physique qui n’est plus la question métaphysique de l’origine ou de la création du monde à partir de rien. Par contre les théories sont très diverses, la gravitation à boucles n’est pas majoritaire, pour la théorie des cordes on parle de collision de membranes, etc.


      • Yannick J. Yannick J. 6 mai 2008 14:21

        @ l’auteur,

         

        Merci du fond du coeur pour ces informations qui éveillent un peu plus chaque fois ma curiosité dans le domaine et me poussent à aller fouiller plus avant...

         

        cordialement à tous.


        • Yannick J. Yannick J. 6 mai 2008 16:10

          exaque mon cher léon...

          mais bon vu que je suis d’une insatiable curiosité, je file vite sur le net après de tels articles...

          histoire de mieux comprendre.... bon d’accord des fois ça complique encore plus mais bon.....


        • karquen karquen 6 mai 2008 14:53

          @l’auteur : Jean Zin !

          Ouawou merci profondément et chaleureusement pour cet article !

          Entre Univers à rebond et Big bang cyclique, différences infime entre chaque rebond, ou dévelloppement d’autres qualités spatiales... c’est exactement le modèle que je pensais en étudiant (par moi même dans les bouquins la physique des particules élémentaires).

          merci encore !

          K


          • sisyphe sisyphe 6 mai 2008 15:01

            Merci pour toutes ces informations !

            De quelle façon, la théorie du big bounce, et donc, d’un univers parallelle au notre, avant le big-bang, peut-elle être corrélée avec la théorie des cordes, qui induit, elle aussi, la possiblilité d’univers parallelles (mais en simultané) ?

            Merci si une réponse est possible ...


            • Jean Zin Jean Zin 6 mai 2008 17:14

              Il ne me semble pas que ce soit compatible avec la théorie des cordes mais comme il n’y a pas une théorie des cordes mais une infinité, on ne sait jamais. Actuellement on parle plutôt de collisions entre branes et de pertes de dimensions, de conversion du temps en espace ce qui semblerait figer plutôt les choses au contraire d’un cycle éternel...


            • sisyphe sisyphe 6 mai 2008 17:21

              Pourtant, il semble bien que la théorie des cordes (dans ses différentes approches) soit la seule à pouvoir enfin énoncer des lois aussi valables pour l’infiniment petit que pour l’infiniment grand, non ?

              Quant au "temps transformé en espace," on sait ça depuis Einstein, non ?


            • Jean Zin Jean Zin 6 mai 2008 21:02

              La théorie des cordes n’ayant encore produit aucun résultat elle est très controversée (voir mon article "Pour une physique pluraliste"), de plus elle n’est pas vraiment compatible avec la relativité générale. La gravitation quantique en boucle est une théorie concurrente, qui pourrait d’ailleurs faire l’objet d’une synthèse avec la théorie des cordes.

              Sinon la relativité a montré la dépendance entre le temps et l’espace (entre la vitesse et la durée) jusqu’à remplacer l’espace par l’espace-temps (on se déplace dans le temps à 300 000 km/s quand on est immobile et quand la vitesse est de 300 000 km/s le temps est supposé ne plus passer mais il y a quand même succession d’événements). La dernière théorie des cordes qui parle de transformation du temps en espace c’est autre chose, la perte d’une dimension ou le passage d’un espace immobile à un autre espace immobile, pour autant que j’y comprenne quelque chose, d’autres parlant de 2 dimensions temporelles... Ce ne sont pas des élucubrations, ce sont des équations difficiles à interpréter.


            • Jean Zin Jean Zin 6 mai 2008 17:18

              Pour certains scientifiques l’expansion pourrait être une illusion mais sinon je ne crois pas qu’il y ait controverse sur l’expansion. Ce qu’on ne sait pas c’est si l’expansion va continuer jusqu’à un univers froid et disloqué ou si l’expansion devrait s’inverser pour se recontracter sous l’effet de la gravitation. Cela dépend de la quantité de matière dans l’univers mais aussi de la mystérieuse énergie noire... La tendance est plutôt d’une expansion qui s’accélère (et donc pas du tout de rebond contrairement à l’article du mois).


            • WOMBAT 6 mai 2008 19:41

              On se gave et on lit goûlument ce genre d’article, lequel demande une dépense conséquente de neurones, mais c’est un excellent exercice pour entretenir le cerveau. Sinon (modeste contribution d’un agnostique) j’ai envie de citer Saint Augustin le jour où quelqu’un lui demanda ce que faisait Dieu avant d’inventer le temps : il préparait des ghéhennes pour ceux qui posent ce genre de question...


              • fillaam 6 mai 2008 22:46

                Je le savais !!

                C’est comme ça que j’ai bleuffé des potes en leur disant qu’on se réincarnera tous. Car si cet univers a un jumeau, scientifiquement dans un "espace temporel" infini, il est probable qu’il en ai/aura une infinité.

                Ensuite je me suis réveillé, j’étais saoul comme une vache.

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