Vivons-nous dans un Multivers ? (Les différents modèles d’univers multiples)

Multivers - Univers Multiples

De nombreux cosmologistes acceptent déjà l’idée extraordinaire que ce qui nous est montré comme l’univers entier ne pourrait être qu’une infime partie d’une structure beaucoup plus grande, le multivers. Selon cette image, il existe de nombreux univers, dans chacun desquels les règles que nous avons appelées jusqu’à présent lois fondamentales de la nature prennent des formes différentes. Par exemple, les types de particules élémentaires et leurs propriétés peuvent varier d’un univers à l’autre.

Aussi incroyable que cela puisse paraître, il y a de plus en plus de certitude que notre univers n’est pas le seul existant mais que nous sommes entourés de beaucoup d’autres. Selon les découvertes scientifiques de ces dernières années dans le domaine de l’astrophysique, l’existence possible d’un multivers prend encore plus d’ampleur.

Nous ne savons pas encore combien il y a d’univers, si leur nombre est fini ou infini. Nous ne savons pas non plus à quoi ils peuvent ressembler… Il pourrait s’agir de répliques identiques à notre Univers, régies par les mêmes lois de la physique et dans lesquelles des doubles exacts d’entre nous pourraient vivre. Ou ils pourraient être différents, régis par d’autres lois physiques dans lesquelles une espèce de vie intelligente pourrait respirer du méthane au lieu de l’oxygène.

D’où vient l’idée des multivers ?

L’idée qu’il existe de nombreux univers est considérée comme une révolution scientifique égale voire supérieure à celles menées par Isaac Newton ou Albert Einstein. Depuis l’émergence de la science et de la philosophie occidentales en Grèce au 6ème siècle avant JC, on a toujours pris comme point de départ qu’il n’y a qu’un seul univers.

Il a fallu plus de 2.600 ans à la communauté scientifique pour commencer à remettre en question cette vérité. Les soupçons d’un multivers ont commencé à émerger avec la physique quantique en 1935 lorsque le physicien autrichien Erwin Schrödingerel a proposé sa célèbre expérience de chat pour expliquer l’une des caractéristiques de la physique quantique. La procédure imaginaire consistait à mettre un chat dans une boîte sombre scellée avec une bouteille de gaz toxique et un appareil radioactif qui, lorsqu’il était activé, briserait la bouteille et libérerait le gaz.

Le chat de Erwin Schrödingerel
Un observateur situé à l’extérieur de la boîte ne peut pas savoir si l’appareil a été activé ou non, ni savoir d’une façon certaine si le chat est mort ou encore vivant, ce qui signifie qu’à ce moment de l’observation il y a deux réalités superposées qui existent en même temps. Mais si l’observateur ouvre la boîte, il sait si le chat est mort ou est toujours en vie. En d’autres termes, ces deux réalités superposées n’en deviennent qu’une. Cette expérience est le moyen le plus simple d’expliquer l’un des principes de la physique quantique qui dit: « Tout dans l’univers est en fait un ensemble de probabilités, qui “s’effondrent” à une valeur spécifique lorsque l’univers est observé. »

En 1957, Hugh Everett III a conclu, en étudiant ce principe de la physique quantique, qu’avec des milliers de réalités superposées et des milliers d’observations possibles, il était fort probable que des milliers d’univers existaient également. Cela signifie que, par exemple, dans le cas du chat de Schrödinger, il y aurait deux mondes parallèles: l’un où le chat est vivant et l’autre où il est mort. Selon ce raisonnement, si un dé est jeté, il n’y a pas une chance sur six qu’il atterrisse sur un nombre, mais au même moment où il le lance, 6 réalités parallèles émergent, de telle manière que bien que dans notre univers le dé soit tombé sur le numéro 1, dans d’autres, il est tombé sur 2, 3, 4, 5 et 6.

Prouver l’existence des multivers ?

Bien qu’aujourd’hui des scientifiques de classe mondiale tels que Stephen Hawking (1942 – 2018) et Murray Gell-Mann acceptent la théorie des univers multiples, ses prédécesseurs la considéraient comme une histoire plus proche de la science-fiction. Cependant, au cours des 30 dernières années, alors que les événements qui se sont produits dans les microsecondes après le Big Bang ont été compris, de nouvelles théories ont commencé à émerger qui soutiennent l’existence du multivers. Le plus intéressant d’entre eux est celui de l’inflation cosmique proposée en 1981 par le physicien et cosmologiste Alan Guth pour résoudre plusieurs problèmes de la théorie de la naissance de l’univers.

Univers Parallele Multivers Univers Multiples
Multivers – vue d’artiste. – image: Pixabay

Cette thèse part de l’idée que quelques microsecondes après le Big Bang, l’univers s’est développé à une vitesse bien supérieure à la vitesse de la lumière. Selon Guth, cent millionièmes de milliardième de milliardième de seconde après la naissance, le cosmos a grandi 100 billions de fois et a formé ses caractéristiques actuelles. Cependant, la théorie explique que dans cette croissance exponentielle, certaines parties de l’espace-temps se sont développées plus rapidement que d’autres, créant des bulles régies par leurs propres lois physiques. Pour celui-ci, le multivers pourrait ressembler à une casserole d’eau bouillante dans laquelle de grandes et petites bulles sont constamment créées et se heurtent ou disparaissent simplement.

Lorsque Alan Guth a proposé sa théorie il y a presque 40 ans, la communauté scientifique l’a reçue avec scepticisme, car il était impossible de le prouver. Mais les découvertes de ces dernières années commencent à concorder avec le cosmologiste et ses collègues scientifiques comme Andrei Linde. Entre 2010 et 2013, le télescope Planck a cartographié le rayonnement cosmique produit par le Big Bang qui a confirmé le modèle cosmologique standard créé au cours des 100 dernières années. Après plusieurs révisions et ajustements, les scientifiques ont trouvé sur la carte une forte concentration de rayonnement et un “point froid” dans l’hémisphère sud qui ne peut pas être expliqué avec les lois actuelles de la physique. Pour certains des défenseurs de la théorie du multivers, l’existence de ces anomalies ne peut s’expliquer que par l’interaction ou l’attraction gravitationnelle d’autres univers.

Les différentes hypothèses du multivers

Les certitudes de l’existence d’un multivers se sont accrues lorsque les scientifiques ont trouvé la preuve de l’existence d’ondes gravitationnelles. Le physicien Andrei Linde a déclaré que cette découverte en plus de prouver la théorie de l’inflation cosmique pourrait également démontrer l’existence de multivers.

« Il est possible d’inventer des modèles d’inflation cosmique qui ne permettent pas un multivers, mais c’est difficile. Toutes les expériences qui donnent de la crédibilité à la théorie inflationniste nous donnent des indices que le multivers est réel. “

Andrei Linde

Les principales hypothèses sur le multivers sont :

  1. Le multivers dans l’univers
  2. Le multivers inflationniste
  3. Le multivers de la théorie M (théorie des cordes)
  4. Le multivers sélectif de Smolin
  5. Le multivers quantique
  6. Le multivers mathématique (omniverse)
  7. L’univers cycliques
  8. Multivers holographiques
  9. Nous vivons dans une simulation

1. Le multivers dans l’univers

Notre Univers pourrait être beaucoup plus grand que l’univers visible, la partie que nous pouvons voir, qui aboutit au rayonnement du fond cosmique (notre horizon cosmologique). Si le principe cosmologique n’était pas accompli à l’échelle de l’univers entier, il pourrait y avoir des régions éloignées de la nôtre et invisibles pour nous où les propriétés physiques sont différentes. Ces régions fonctionneraient comme des univers distincts, même si elles partageaient le même espace et le même temps mondiaux avec nous.

Horizon cosmologique
Horizon cosmologiquel’horizon cosmologique correspond à la limite d’où aucun signal, de quelque nature que ce soit, ne peut être reçu du fait du caractère fini de la vitesse de la lumière et de l’expansion de l’univers

Il se pourrait également qu’il ne s’agisse pas d’univers réellement distincts, mais comme autant d’univers définis par les observateurs qui en occupent le centre, et séparés les uns des autres par des distances qui excèdent les horizons cosmologiques propres à chaque univers. Dans ce cas de multivers, les lois physiques internes à chaque univers demeurent les mêmes.

2. Le multivers inflationniste

Dans ce modèle, de multiples univers coexisteraint, chacun issu de son propre Big Bang.

Selon une hypothèse bien connue, notre univers serait passé, presque au début, par une phase d’inflation accélérée, qui se serait rapidement arrêtée. Cette phase d’expansion, nommée inflation en 1979 par son premier théoricien, Alan Guth, se serait produite très tôt dans l’histoire de l’univers, à l’issue de l’ère de Planck.

Ère de Planck
L’ère de Planck désigne la période de l’histoire de l’Univers au cours de laquelle les quatre interactions fondamentales (électromagnétisme, interaction faible, interaction forte et gravitation) étaient unifiées, c’est-à-dire qu’elles s’appliquaient en même temps, ce qui empêche de la décrire à l’aide de la relativité générale ou de la physique quantique, puisque ces théories sont incomplètes et ne sont valables que quand la gravitation et les effets quantiques peuvent être étudiés séparément.

Peut-être sommes-nous dans une bulle dans un espace beaucoup plus vaste où l’inflation ne s’est jamais arrêtée, à l’exception d’autres bulles. Chacun de ceux-ci serait un univers comme le nôtre, avec des propriétés physiques et des lois différentes.

Evolution Univer Big Bang
De Le terme Big Bang est associé à toutes les théories qui décrivent notre Univers comme issu d’une dilatation rapide. Par extension, il est également associé à cette époque dense et chaude qu’a connue l’Univers il y a 13,8 milliards d’années. – Crédit: Nasa

Ce scénario, appelé inflation éternelle, suggère qu’il y a beaucoup (peut-être un nombre infini) d’univers qui apparaissent et grandissent tout le temps. Mais nous ne pouvons jamais les atteindre, même en nous déplaçant à la vitesse de la lumière, parce qu’ils reculent trop vite pour que nous puissions les rattraper.

Nous ne savons pas encore avec certitude si la théorie inflationniste est vraie. Toutefois, si l’inflation éternelle crée un multivers à partir d’une série sans fin de Big Bangs, il pourrait aider à résoudre l’un des problèmes les plus importants de la physique moderne.

3. Le multivers de la théorie M (théorie des cordes)

Selon la théorie des cordes (qui n’a pas été confirmée), dont l’extension cosmologique est appelée théorie M, notre univers aurait 10 dimensions (9 spatiales et 1 temporelle, dont 6 spatiales seraient indétectables), et différents univers pourraient coexister en une dimension supplémentaire. Dans chacun de ces univers, les valeurs des constantes fondamentales et les lois physiques correspondantes seraient différentes les unes des autres, donnant naissance à un grand nombre d’univers très similaires ou extrêmement différents.

Le multivers telle que la propose la théorie des branes issue de la théorie des cordes, il est possible qu’une infinité d’univers à quatre dimensions coexistent sur des branes différentes, de la même façon que des pages d’un livre coexistent sans intersection, les forces fondamentales ne s’exerçant qu’au sein d’une même brane. Si la gravitation constitue l’exception, il serait possible, théoriquement, de détecter les autres univers par cette interaction.

Théorie Des Cordes
Image illustant le monde vu par la théorie des cordes.

4. Le multivers sélectif de Smolin

Le multivers sélectif de Smolin , dans lequel chaque trou noir d’un univers devient le Big Bang d’un nouvel univers.

Cette hypothèse a été formulée par le physicien Lee Smolin en 1992, il a suggéré que les univers pourraient se reproduire et évoluer un peu comme le font les êtres vivants. Dans le multivers, il pourrait y avoir, selon lui, une certaine pression qui favorise des univers comme le nôtre. Il appelle ce principe la sélection naturelle cosmologique. Le physicien pense qu’un univers mère peut donner naissance à des univers bébés, qui se forment dans son intérieur. L’univers mère peut le faire que s’il contient des trous noirs.

Il se forme un trou noir quand une grande étoile croule sous l’attraction de sa propre gravité, écrasant tous les atomes jusqu’à ce qu’ils atteignent une densité infinie. Dans les années 1960, Stephen Hawking et Roger Penrose ont comparé cet effondrement à un mini Big Bang dans le sens inverse. C”est ce qui a inspiré à Lee Smolin l’idée qu’un trou noir pourrait devenir un Big Bang, en engendrant tout un nouvel univers en lui-même.

5. Le multivers quantique

Le multivers quantique , proposé par Hugh Everett III . Selon son interprétation de la mécanique quantique, chaque fois qu’une propriété d’une particule s’effondre (par exemple, son spin), l’univers se divise en deux qui ne diffèrent que par le résultat de cet effondrement. Puisqu’il y a un nombre énorme de particules et que beaucoup s’effondrent à chaque fraction de seconde, il doit y avoir un nombre incalculable de copies de notre univers, avec une histoire légèrement différente. Toute histoire possible se serait déroulée dans l’un de ces univers.

La mécanique quantique prétend que certaines observations ne peuvent être prédites de manière absolue. Au lieu de cela, il existe une variété d’observations possibles, chacune avec une probabilité différente. Selon la théorie des univers multiples, chacune de ces observations possibles équivaut à un univers différent. Les processus aléatoires quantiques provoquent la ramification de l’univers en plusieurs copies, une pour chaque univers possible.

Cette interprétation conçoit un grand nombre d’univers parallèles. Ces univers se trouvent “ailleurs” que dans l’espace ordinaire. Cependant, ces “mondes parallèles” font connaître leur présence dans certaines expériences de laboratoire telles que l’interférence des ondes et l’informatique quantique. Si l’on suppose qu’un dé est lancé et qu’un résultat aléatoire est obtenu, la mécanique quantique détermine que toutes les valeurs sortent en même temps, pouvant dire que toutes les valeurs possibles apparaissent dans les différents univers. Cette interprétation de la mécanique quantique rejette l’effondrement de l’onde de probabilité quantique. Étant situé dans un seul de ces univers, seule une fraction de la réalité quantique entière peut être perçue

6. Le multivers mathématique (omniverse)

Le multivers mathématique , le plus large de tous, propose que toute structure mathématique est un univers cohérent qui existe réellement.

Ce type de multivers est basée sur l’ hypothèse mathématique de l’univers. Elle a été proposée la première fois par Brian R. Greene, qui l’a appelé le multivers final. Il pourrait également être appelé Omniverse. Dans cette hypothèse, tout est possible, toutes les formulations mathématiques et physiques sont possibles. Partant de ce principe, tout univers qui peut être décrit, mathématiquement et physiquement, existe.

Cette hypothèse peut être liée à une forme radicale du platonisme qui affirme que les structures mathématiques du monde des idées de Platon ont leur correspondance dans le monde physique. Considérant que notre univers est mathématique en soi, on se demande pourquoi il ne doit y avoir qu’une seule structure mathématique pour décrire un univers. Il postule l’existence de tous les univers qui peuvent être définis par des structures mathématiques.

Aurélien Barrau : Le Multivers. Conférence à l’Institut de Physique Théorique du CEA

7. L’univers cycliques

Dans ette hypothèse de multivers, il s’agit d’univers séparés, non pas dans l’espace, mais dans le temps. Chaqu’un des univers succède au précédent et donne naissance au suivant.

Le modèle cyclique (modèle oscillant)
Le modèle cyclique est un modèle cosmologique dans lesquels l’univers suit des cycles auto-entretenus infinis ou indéfinis. Albert Einstein en 1930 a théorisé un univers suivant une série éternelle d’oscillations, chacune commençant par un Big Bang et se terminant par un Big Crunch. Dans l’intervalle, l’univers se dilaterait pendant un certain temps avant que l’attraction gravitationnelle de la matière ne le fasse s’effondrer et subir un rebond.

Selon le physicien John Wheeler, notre univers serait la descendance de dizaines d’univers avant lui, qui se succéderaient de façon cyclique. Chaque univers se compresserait en Big Crunch, et après cette contraction, un nouvel univers plus vaste et plus puissant renaîtrait des cendres de l’ancien. Selon le modèle cyclique, l’histoire de l’univers serait une cascade d’univers de plus en plus gros et vieux. Ces univers se succèdent mais ne se ressemblent pas forcément, car ils sont déconnectés. Du point de vue physique, les lois qui les gouvernent sont sans doute différentes.

8. Multivers holographiques

Il s’agit d’une nhypothèse récente qui suppose que notre univers est la projection holographique d’un univers multidimensionnel sur trois dimensions. S’il y a une projection, il pourrait y en avoir d’autres, ce qui nous donnerait un multivers.

C’est le type de multivers le plus étrange de tous. Il provient de données expérimentales qui impliquent la physique quantique et la théorie des cordes, et plus spécifiquement la théorie M. Dans cette hypothèse, notre réalité est le reflet d’un autre univers, qui est la surface d’une sphère, le nôtre étant à l’intérieur. Tout ce qui se passe sur cette surface se reflète ou se manifeste à l’intérieur de cette sphère. Si cette surface holographique a plus de dimensions (hypersurface), il pourrait y avoir différentes façons de la refléter à l’intérieur, générant différents univers d’hologrammes parallèles.

9. Nous vivons dans une simulation

Notre univers n’est pas réel mais une simulation sur ordinateur. Avec cette hypothèse, il pourrait y avoir autant d’univers que de simulations

Cette idée peut ressembler à de la science-fiction, mais elle a fait l’objet de recherches sérieuses. Le philosophe Nick Bostrom a avancé un argument convaincant selon lequel nous vivons probablement dans une simulation, et certains scientifiques pensent également que c’est une possibilité.

Pour plus d’informations sur cette hypothèse, je vous invite à lire notre article sur le sujet : Vivons-nous dans une simulation ?

Univers Simule Informatique Matrix
Une nouvelle étude pose sérieusement la possibilité que nous puissions vivre dans la matrice. Et si nous venions à évoluer dans une réalité simulée, à l’instar de Néo dans The Matrix ? – Image: Pixabay

Il n’y a qu’un seul univers ?

Une dernière possibilité, est qu’Il n’y a qu’un seul univers . Par conséquent, le multivers n’existerait pas, ce ne serait qu’une conjecture de certains physiciens. Les scientifiques qui soutiennent cette possibilité mettent en avant les preuves disponibles et le rasoir d’Occam.

Le cosmologiste George Ellis souligne que l’existence de tant de théories alternatives sur le multivers, dont aucune ne peut être prouvée fausse, plusieurs d’entre elles incompatibles avec les autres, plutôt que de rendre l’existence d’un multivers plus plausible, le rend moins plausible:

« … S’ils sont en conflit les uns avec les autres, pourquoi l’un d’eux devrait-il être vrai ?… nous ne pouvons pas les vérifier, car nous n’avons pas d’accès observationnel ou expérimental à d’autres univers qui peuvent exister…Ces théories du multivers ont pour but de nous dire ce qui se passe dans des régions pour lesquelles nous n’avons pas de données d’observation ! Ces théories n’ont pas de but modeste. »

George Hellis

Face à cette situation, certains partisans des théories multivers affirment que la science devrait rendre les critères pour décider si une théorie est scientifique ou non plus flexible . Au lieu d’exiger que la théorie puisse être prouvée fausse par l’expérience (même si elle n’est que mentale), nous devrions recourir à des arguments tels que: si nous n’avons rien de mieux, cette théorie doit être vraie .

Pour conclure, une question: comment pourrait-on réfuter ou affirmer l’existence de multivers ?

La porcelaine du multivers par Claude Semay
Parmi les réponses proposées par les physiciens, un modèle veut que notre Monde ne soit qu’un univers parmi une infinité d’autres, naissant et mourant tous au sein d’une entité changeante mais éternelle appelée multivers.

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Sources & liens connexes

Peut-on tester les univers parallèles ?
https://lejournal.cnrs.fr/billets/peut-tester-les-univers-paralleles

Des trous noirs au multivers, entretien avec Aurélien Barrau
https://www.echosciences-grenoble.fr/articles/des-trous-noirs-au-multivers

The Quantum Multiverse (UC Berkeley)
https://escholarship.org/content/qt51m5n139/qt51m5n139.pdf

This Is Why The Multiverse Must Exist
https://www.forbes.com/this-is-why-the-multiverse-must-exist/

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