Les chercheurs ont développé un modèle d'un univers qui rétrécit qui existait avant le Big Bang. Cliquez pour agrandir
Le Big Bang décrit comment l'Univers a commencé en tant que point unique il y a 13,7 milliards d'années et s'est développé depuis, mais il n'explique pas ce qui s'est passé avant cela. Les chercheurs de la Penn State University pensent qu'il devrait y avoir des traces de preuves dans notre univers actuel qui pourraient servir à regarder en arrière avant le Big Bang. Selon leurs recherches, il y avait un univers contractant avec une géométrie spatio-temporelle similaire à notre univers en expansion. L'univers s'est effondré puis a «rebondi» sous le nom de Big Bang.
Selon la théorie générale de la relativité d'Einstein, le Big Bang représente le commencement, le grand événement au cours duquel non seulement la matière mais l'espace-temps lui-même est né. Alors que les théories classiques n'offrent aucun indice sur l'existence avant ce moment, une équipe de recherche de Penn State a utilisé des calculs gravitationnels quantiques pour trouver des fils menant à une époque antérieure. «La relativité générale peut être utilisée pour décrire l'univers à un point où la matière devient si dense que ses équations ne tiennent plus», explique Abhay Ashtekar, titulaire de la chaire de physique de la famille Eberly et directeur de l'Institut de physique gravitationnelle. et Géométrie à Penn State. "Au-delà de ce point, nous devions appliquer des outils quantiques qui n'étaient pas disponibles pour Einstein." En combinant la physique quantique avec la relativité générale, Ashtekar et deux de ses chercheurs postdoctoraux, Tomasz Pawlowski et Parmpreet Singh, ont pu développer un modèle qui trace à travers le Big Bang un univers qui rétrécit présente une physique similaire à la nôtre.
Dans les recherches rapportées dans le numéro actuel de Physical Review Letters, l'équipe montre qu'avant le Big Bang, il y avait un univers contractant avec une géométrie spatio-temporelle qui, autrement, est similaire à celle de notre univers actuel en expansion. Alors que les forces gravitationnelles tiraient cet univers précédent vers l'intérieur, il a atteint un point où les propriétés quantiques de l'espace-temps font que la gravité devient répulsive plutôt qu'attrayante. "En utilisant des modifications quantiques des équations cosmologiques d'Einstein, nous avons montré qu'à la place d'un Big Bang classique, il y a en fait un rebond quantique", explique Ashtekar. "Nous avons été tellement surpris par la constatation qu'il existe un autre univers classique avant le Big Bang que nous avons répété les simulations avec différentes valeurs de paramètres sur plusieurs mois, mais nous avons constaté que le scénario Big Bounce est robuste."
Alors que l'idée générale d'un autre univers existant avant le Big Bang a été proposée auparavant, c'est la première description mathématique qui établit systématiquement son existence et déduit les propriétés de la géométrie spatio-temporelle dans cet univers.
L'équipe de recherche a utilisé la gravité quantique en boucle, une approche de premier plan du problème de l'unification de la relativité générale avec la physique quantique, qui a également été lancée au Penn State Institute of Gravitational Physics and Geometry. Dans cette théorie, la géométrie spatio-temporelle elle-même a une structure discrète «atomique» et le continuum familier n'est qu'une approximation. Le tissu de l'espace est littéralement tissé par des fils quantiques unidimensionnels. Près du Big-Bang, ce tissu est violemment déchiré et la nature quantique de la géométrie devient importante. Il rend la gravité fortement répulsive, donnant lieu au Big Bounce.
«Notre travail initial suppose un modèle homogène de notre univers», explique Ashtekar. «Cependant, cela nous a donné confiance dans les idées sous-jacentes de la gravité quantique en boucle. Nous continuerons d'affiner le modèle afin de mieux représenter l'univers tel que nous le connaissons et de mieux comprendre les caractéristiques de la gravité quantique. »
La recherche a été parrainée par la National Science Foundation, la Fondation Alexander von Humboldt et le Penn State Eberly College of Science.
Source d'origine: Communiqué de presse PSU
