Donut : des chercheurs pensent que notre Univers à la forme d’un beignet à trou en 3 dimensions
Si vous partez de n’importe quel endroit à la surface de la Terre et que vous suivez une ligne droite sur une distance suffisamment longue, vous finirez par revenir à votre point de départ. Vous auriez fait un tour complet de la surface de notre planète après avoir parcouru environ 40 000 kilomètres, traversant des montagnes, des océans, des déserts, etc. La destination finale serait sans équivoque : la même que votre position de départ.
Est-il possible que cela fonctionne de la même manière dans l’espace ? Reviendriez-vous finalement à votre point de départ si vous montiez à bord d’un vaisseau spatial, parti dans une direction et voyagiez aussi loin que vous le souhaitiez ? C’est une question intrigante à étudier. Bien que tout indique que ce n’est probablement pas le cas, la réponse pourrait être positive de deux façons.
De tels mouvements seraient possibles si notre univers était un beignet à trou (donut) fini, et les physiciens pourraient potentiellement estimer sa taille.
Selon un groupe d’astrophysiciens, notre cosmos pourrait être doublement interconnecté, ce qui signifie que l’espace serait bouclé sur lui-même dans les trois dimensions, comme un donut tridimensionnel. Un tel univers serait fini, et leurs conclusions suggèrent que notre cosmos tout entier n’est que trois à quatre fois plus grand que les limites de l’univers observable, qui se trouve à environ 45 milliards d’années-lumière.
Selon l’astrophysicien Thomas Buchert, du Centre de recherche en astrophysique de l’université de Lyon, en France :
Nous pourrions dire : Nous connaissons maintenant la taille de l’univers.
Les physiciens expliquent l’univers à l’aide de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein. La théorie d’Einstein lie le contenu de l’espace-temps à sa courbure et à sa déformation, ce qui donne ensuite à ce contenu la possibilité d’interagir. C’est ainsi que l’on ressent la force de gravité. Ce langage relie le contenu de l’univers tout entier : matière noire, énergie noire, matière ordinaire, rayonnement et tout le reste, à sa structure géométrique générale dans un cadre cosmologique.
Depuis des décennies, les astronomes se disputent pour savoir si notre univers est « plat » (c’est-à-dire que les lignes parallèles imaginées resteraient éternellement parallèles), « fermé » (les lignes parallèles finiraient par se croiser) ou « ouvert » (les lignes parallèles finiraient par se chevaucher, ces lignes divergeraient).
La géométrie de l’univers détermine son destin. Un monde fermé finirait par s’effondrer sur lui-même, alors qu’un univers plat et ouvert continuerait à croître indéfiniment. Mais la forme ne se résume pas à la géométrie. La topologie fait référence à la façon dont les formes peuvent varier tout en adhérant aux mêmes lois géométriques.
Représentation artistique d’un Univers sphérique et fermée. (THU)
Nos mesures du contenu et de la forme de l’univers nous renseignent sur sa géométrie, il est plat, mais pas sur sa structure. Elles ne disent pas si notre univers est à connexions multiples, ce qui suggère qu’une ou plusieurs des dimensions de notre cosmos sont connectées.
Un groupe d’astrophysiciens de l’université d’Ulm en Allemagne et de l’université de Lyon en France a étudié le fond diffus cosmologique (CMB pour Cosmic Microwave Background).
La carte ci-dessous présente la plus ancienne lumière dans notre univers, comme elle a été détectée avec la plus grande précision par la mission Planck. La lumière antique, appelée le fond diffus cosmologique, a été imprimée sur le ciel quand l’univers avait 370 000 ans. Elle montre les minuscules fluctuations de température qui correspondent aux régions aux densités légèrement différentes, représentant les graines de toute la future structure : les étoiles et les galaxies d’aujourd’hui.(ESA / Planck Collaboration)
Notre univers était un million de fois plus petit lorsque le CMB a été émis qu’il ne l’est aujourd’hui en raison de la théorie du Big Bang. Donc, s’il est interconnecté, il était beaucoup plus probable qu’il s’enroule sur lui-même dans les limites observées du cosmos à l’époque. Aujourd’hui, en raison de l’expansion du cosmos, l’enroulement est beaucoup plus susceptible de se produire à une taille dépassant les limites observables, ce qui le rend donc beaucoup plus difficile à observer. Le CMB offre la meilleure opportunité de voir les empreintes d’un cosmos à connexions multiples.
Les chercheurs se sont concentrés sur les perturbations de température dans le CMB. Les perturbations causées par une ou plusieurs dimensions de notre univers se connectant à elles-mêmes ne pouvaient pas être supérieures à la distance entre les boucles. Elles seraient tout simplement trop grandes.
Selon Buchert :
Les perturbations de la température du rayonnement CMB existent dans un espace infini dans tous les cas. Cependant, si l’espace est limité, il y manquera des longueurs d’onde plus grandes que la taille de l’espace.
En d’autres termes, les perturbations auraient une taille maximale, ce qui pourrait révéler l’architecture de l’univers.
L’équipe a découvert que les mesures du CMB correspondaient le mieux à un univers aux connexions multiples, trois à quatre fois plus grand que notre bulle observable. Si cette découverte implique théoriquement que l’on peut voyager dans un sens et revenir au point de départ, cela n’est pas possible en pratique. Nous vivons dans un univers en expansion, et le cosmos se développe à grande échelle à une vitesse supérieure à celle de la lumière. Par conséquent, il ne serait jamais possible de rattraper le retard et de boucler la boucle.
Les résultats, selon Buchert, sont encore préliminaires. Les effets des instruments pourraient potentiellement expliquer l’absence d’oscillations à grande échelle.
L’étude en prépublication (pas encore revue par les pairs) dans arXiv : The variance of the CMB temperature gradient: a new signature of a multiply connected Universe.