L’univers a commencé de manière assez fluide dans l’ensemble, selon la pensée, mais les mouvements quantiques ont imprimé l’espace avec de minuscules cuillerées de matière supplémentaire. Au fur et à mesure que l’espace s’étendait, ces taches denses s’étiraient alors même que les minuscules ondulations continuaient à se former. Lorsque l’inflation s’est arrêtée, le jeune cosmos s’est retrouvé avec des taches denses allant de petites à grandes, qui allaient devenir des galaxies et des amas de galaxies.
Toutes les théories de l’inflation clouent cette fonction de corrélation à deux points. Pour faire la distinction entre les théories concurrentes, les chercheurs doivent mesurer des corrélations plus subtiles et plus élevées, des relations entre les angles formés par un trio de galaxies, par exemple.
En règle générale, les cosmologistes proposent une théorie de l’inflation impliquant certaines particules exotiques, puis la jouent en avant pour calculer les fonctions de corrélation à trois points qu’elle laisserait dans le ciel, donnant aux astronomes une cible à rechercher. Ainsi, les chercheurs abordent les théories une à une. « Il y a beaucoup, beaucoup, beaucoup de choses possibles que vous pourriez rechercher. Infiniment nombreux, en fait », a déclaré Daan Meerburg, cosmologue à l’Université de Groningue.
Pajer a inversé ce processus. On pense que l’inflation a laissé des ondulations dans le tissu spatial sous la forme d’ondes gravitationnelles. Pajer et ses collaborateurs ont commencé avec toutes les fonctions à trois points possibles décrivant ces ondes gravitationnelles et les ont vérifiées avec le test matriciel, éliminant toutes les fonctions qui n’ont pas atteint l’unitarité.
Dans le cas d’un certain type d’onde gravitationnelle, le groupe a constaté que les fonctions unitaires à trois points sont rares. En fait, seulement trois réussissent le test, ont annoncé les chercheurs dans une prépublication publiée en septembre. Le résultat « est très remarquable », a déclaré Meerburg, qui n’était pas impliqué. Si les astronomes détectent un jour des ondes gravitationnelles primordiales – et des efforts sont en cours – ce seront les premiers signes d’inflation à rechercher.
Signes positifs
Le théorème optique cosmologique garantit que les probabilités de tous les événements possibles s’additionnent à 1, tout comme une pièce de monnaie est certaine d’avoir deux faces. Mais il y a une autre façon de penser à l’unité : les chances de chaque événement doivent être positives. Aucune pièce ne peut avoir une chance négative d’atterrir sur pile.
Victor Gorbenko, physicien théoricien à l’Université de Stanford, Lorenzo Di Pietro de l’Université de Trieste en Italie et Shota Komatsu du CERN en Suisse ont récemment abordé l’unitarité dans l’espace de Sitter dans cette perspective. À quoi ressemblerait le ciel, se demandaient-ils, dans des univers bizarres qui enfreindraient cette loi de la positivité ?
S’inspirant du monde d’Escher, ils ont été intrigués par le fait que l’espace anti-de Sitter et l’espace de Sitter partagent une caractéristique fondamentale : Vu correctement, chacun peut se ressembler à toutes les échelles. Zoomer près de la limite d’Escher Limite de cercle III gravure sur bois, et les crevettes ont des proportions identiques aux whoppers du milieu. De même, les ondulations quantiques dans l’univers en expansion ont généré des taches denses grandes et petites. Cette propriété commune, la « symétrie conforme », a récemment permis à Taronna, qui a travaillé avec Charlotte Sleight, physicienne théoricienne à l’Université de Durham au Royaume-Uni, de porter une technique mathématique populaire pour briser les théories des frontières entre les deux mondes.
Contenu
Ce contenu peut également être consulté sur le site dont il provient.
Le groupe de Gorbenko a développé davantage l’outil, qui leur a permis de prendre la fin de l’inflation dans n’importe quel univers – le méli-mélo d’ondulations de densité – et de le diviser en une somme de motifs ondulatoires. Pour les univers unitaires, ont-ils découvert, chaque vague aurait un coefficient positif. Toute théorie prédisant des ondes négatives ne serait pas bonne. Ils ont décrit leur test dans une prépublication en août. Simultanément, un groupe indépendant dirigé par João Penedones de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne est arrivé au même résultat.
Le test de positivité est plus exact que le théorème optique cosmologique, mais moins prêt pour les données réelles. Les deux groupes de positivité ont fait des simplifications, notamment en supprimant la gravité et en supposant une structure de Sitter sans faille, qui devront être modifiées pour s’adapter à notre univers gravitant et désordonné. Mais Gorbenko qualifie ces étapes de « concrètes et réalisables ».
Cause d’espoir
Maintenant que les amorceurs se rapprochent de la notion de ce à quoi ressemble l’unitarité pour le résultat d’une expansion de De Sitter, ils peuvent passer à d’autres règles d’amorce classiques, telles que l’attente que les causes devraient venir avant les effets. Il n’est pas clair actuellement comment voir les traces de causalité dans un instantané intemporel, mais il en était de même autrefois pour l’unitarité.
« C’est la chose la plus excitante que nous ne comprenons toujours pas complètement », a déclaré Taronna. « Nous ne savons pas ce qui n’est pas causal chez de Sitter. »