Pendant des décennies, le Big Bang est resté la pierre angulaire de la cosmologie moderne : un moment où l’univers a explosé d’un point infiniment dense jusqu’à l’existence. Mais qu’est-ce qui s’est produit, le cas échéant, avant ce moment ? La question semblait autrefois dénuée de sens, mais les récentes avancées en matière de relativité numérique – une approche informatique permettant de résoudre les équations notoirement complexes d’Einstein – révèlent que l’histoire la plus ancienne de l’univers pourrait être bien plus étrange qu’on ne l’imaginait auparavant. Les scientifiques entrevoient désormais le potentiel d’univers préexistants, de réalités en collision et même la possibilité que le Big Bang n’ait pas été un début, mais une transition.
Rembobiner le cosmos : la percée de la relativité numérique
Le principal défi réside dans le fait que les équations décrivant la gravité s’effondrent à des densités extrêmes. Les physiciens tentent depuis longtemps d’éviter ce problème en utilisant des approximations, en connectant les conditions aux supercalculateurs et en les laissant exécuter des simulations. Il ne s’agit pas de trouver des solutions exactes ; il s’agit d’extraire des informations significatives à partir d’estimations approximatives. Comme l’explique Eugene Lim du King’s College de Londres, ce domaine apporte désormais des réponses à des questions autrefois considérées comme sans réponse.
La puissance de cette approche est issue de l’astronomie des ondes gravitationnelles. Après des décennies de théorie, les scientifiques ont finalement observé des ondulations dans l’espace-temps en 2016. Ce succès a encouragé les chercheurs à appliquer les mêmes techniques au problème bien plus difficile du premier univers, en construisant des modèles au niveau des « étoiles de la mort » pour simuler les conditions proches du Big Bang.
Le casse-tête inflationniste et les arguments en faveur d’univers rebondissants
L’une des principales théories sur ce qui s’est passé avant la phase chaude et dense du premier univers est l’inflation : une période d’expansion exponentielle qui a lissé les irrégularités initiales. Cependant, l’inflation repose sur un champ hypothétique – l’« inflaton » – dont les propriétés sont mal comprises. Les simulations révèlent désormais que certaines configurations de ce champ sont plus susceptibles de produire de l’inflation que d’autres, créant ainsi des tensions avec les observations du fond diffus cosmologique (CMB).
Cette incertitude a ouvert la porte à des modèles alternatifs, notamment l’hypothèse de l’«univers rebondissant**. Au lieu d’exploser à partir d’une singularité, l’univers pourrait s’être contracté à partir d’un état antérieur avant de rebondir. La relativité numérique soutient cette idée, montrant que la contraction peut atténuer les irrégularités tout aussi efficacement que l’inflation, et potentiellement éviter complètement la singularité problématique. Des données récentes suggèrent même que l’expansion de l’univers ralentit, ce qui rend une contraction future plus plausible.
Preuve de collisions d’univers ?
L’implication la plus radicale de ces simulations est peut-être la possibilité que notre univers ne soit pas seul. Si l’inflation avait créé des « bulles » d’espace à expansion plus lente, ces bulles auraient pu se former suffisamment près pour entrer en collision. Les modèles suggèrent que de telles collisions laisseraient des cicatrices détectables dans le CMB. Alors que les premières recherches de ces empreintes ont donné des résultats peu concluants, les chercheurs affinent leurs méthodes et explorent des scénarios plus réalistes.
Des expériences sont même menées en laboratoire pour simuler des collisions d’univers à l’aide de fluides exotiques, cherchant à valider les prédictions théoriques.
L’avenir de la recherche cosmologique
La relativité numérique ne consiste pas seulement à tester les théories existantes ; il s’agit également d’explorer les fondements de la physique théorique. Les formes du champ d’inflation nécessaires pour produire l’inflation, par exemple, entrent en conflit avec de nombreux modèles de théorie des cordes, tout en s’alignant sur des variations spécifiques. Cela suggère que certaines approches visant à unifier la gravité avec la mécanique quantique pourraient être plus prometteuses que d’autres.
Grâce à une puissance de calcul plus rapide et à des simulations plus sophistiquées, les scientifiques sont sur le point de repousser encore plus loin les limites de la connaissance cosmologique. L’époque où l’on acceptait aveuglément le Big Bang comme un début absolu pourrait toucher à sa fin. Nous entrons dans une phase où les origines de l’univers peuvent être testées, remises en question et potentiellement réécrites sur la base de la recherche incessante de la vérité informatique.
Les simulations sont de belles œuvres, mais encore incomplètes. Les modèles ne peuvent pas encore expliquer complètement l’univers tel que nous le voyons aujourd’hui, mais ils se rapprochent de la réponse à la plus grande question de la cosmologie : qu’est-ce qui a précédé tout ?
