Notre univers est-il tout ce qu’il y a, ou pourrait-il y en avoir plus ? Notre univers n’est-il qu’un parmi une multitude innombrable, tous ensemble dans un multivers englobant tout ?
Et s’il y avait d’autres univers, à quoi ressembleraient-ils ? Pourraient-ils être habitables ?
Cela peut sembler être de la spéculation sur la spéculation, mais ce n’est pas aussi fou que vous pourriez le penser.
Mes collègues et moi avons exploré à quoi pourraient ressembler d’autres parties du multivers – et ce que ces hypothétiques univers voisins peuvent nous dire sur les conditions qui rendent la vie possible et comment elles se produisent.
Univers de simulation
Certains physiciens combattre qu’une explosion d’expansion rapide à l’aube cosmique connue sous le nom d’inflation rend inévitable une certaine forme de multivers. Notre Univers ne serait vraiment qu’un parmi tant d’autres.
Dans cette théorie, chaque nouvel univers se cristallise à partir du fond bouillonnant de l’inflation, empreint de son propre mélange unique de lois physiques.
Si des lois physiques similaires aux nôtres régissent ces autres univers, alors nous pouvons les maîtriser. Eh bien, du moins en théorie.
Au sein de notre univers, la physique est régie par des règles qui nous indiquent comment les choses doivent interagir les unes avec les autres, et des constantes de la nature, telles que la vitesse de la lumière, qui dictent la force de ces interactions.
Ainsi, nous pouvons imaginer des univers hypothétiques “et si” où nous modifions ces propriétés et explorons les conséquences dans les équations mathématiques.
Cela peut sembler simple, mais les règles avec lesquelles nous bricolons sont la composition fondamentale de l’Univers. Si nous imaginons un univers où, disons, l’électron est cent fois plus lourd que dans notre Univers, alors quelles seraient ses conséquences pour les étoiles, les planètes et même la vie ?
De quoi la vie a-t-elle besoin ?
Nous avons récemment abordé cette question dans une série d’articles où nous avons considéré l’habitabilité à travers le multivers. Bien sûr, l’habitabilité est un concept complexe, mais nous pensons que la vie nécessite quelques ingrédients de choix pour démarrer.
La complexité est l’un de ces ingrédients. Pour la vie sur Terre, cette complexité provient des éléments du tableau périodique, qui peuvent être mélangés et arrangés en une myriade de molécules différentes. Nous sommes des machines moléculaires vivantes.
Mais un environnement stable et un flux constant d’énergie sont également essentiels. Il n’est pas surprenant que la vie terrestre ait commencé à la surface d’une planète rocheuse, avec une abondance d’éléments chimiques, baignée par la lumière d’une étoile stable à longue durée de vie.
Ajuster les forces fondamentales
Existe-t-il des environnements similaires dans toute l’étendue du multivers ? Nous avons commencé notre exploration théorique en considérant les abondance d’éléments chimiques.
Dans notre Univers, à l’exception de l’hydrogène et de l’hélium primordiaux qui se sont formés lors du Big Bang, tous les éléments apparaissent au cours de la vie des étoiles. Ils sont soit générés par les réactions nucléaires dans les noyaux stellaires, soit dans la violence suprême des supernovae, lorsqu’une étoile massive se déchire en fin de vie.
Tous ces processus sont régis par les quatre forces fondamentales de l’univers. La gravité comprime le noyau stellaire, le conduisant à des températures et des densités immenses. L’électromagnétisme essaie de forcer les noyaux atomiques à se séparer, mais s’ils peuvent se rapprocher suffisamment, la force nucléaire forte peut les lier en un nouvel élément. Même la force nucléaire faible, qui peut transformer un proton en neutron, joue un rôle important dans l’allumage du four stellaire.
Les masses des particules fondamentales, telles que les électrons et les quarks, peuvent également jouer un rôle central.
Alors, pour explorer ces univers hypothétiques, nous avons de nombreux cadrans que nous pouvons régler. Les changements apportés à l’univers fondamental se répercutent sur le reste de la physique.
Le bilan carbone-oxygène
Pour faire face à l’immense complexité de ce problème, nous avons découpé les différents éléments de la physique en morceaux gérables : étoiles et ambiances, planètes et tectonique des plaquesle origines de la vie, et plus. Et puis nous avons épinglé les morceaux ensemble pour raconter une histoire globale sur l’habitabilité à travers le multivers.
Une image complexe émerge. Certains facteurs peuvent fortement influencer l’habitabilité d’un univers.
Par exemple, le rapport du carbone à l’oxygène, déterminé par une chaîne particulière de réactions nucléaires au cœur d’une étoile, semble être particulièrement important.
S’éloigner trop de la valeur dans notre univers, où il y a à peu près des quantités égales des deux éléments, se traduit par des environnements où il serait extrêmement difficile pour la vie d’émerger et de prospérer.
Mais l’abondance des autres éléments semble être moins importante. Tant qu’ils sont stables, ce qui dépend de l’équilibre des forces fondamentales, ils peuvent jouer un rôle central dans les éléments constitutifs de la vie.
Plus de complexité à explorer
Nous n’avons pu adopter qu’une approche générale pour démêler l’habitabilité à travers le multivers, en échantillonnant l’espace des possibilités par étapes très discrètes.
De plus, pour rendre le problème gérable, nous avons dû prendre plusieurs raccourcis théoriques et approximations. Nous n’en sommes donc qu’à la première étape de la compréhension des conditions de vie dans le multivers.
Dans les prochaines étapes, toute la complexité de la physique alternative des autres univers doit être prise en compte. Il faudra comprendre l’influence des forces fondamentales à petite échelle et l’extrapoler à grande échelle, sur la formation des étoiles et éventuellement des planètes.
Un mot d’avertissement
La notion de multivers n’est encore qu’une hypothèse, une idée qui n’a pas encore été testée. En vérité, nous ne savons pas encore si c’est une idée qui peut être testée.
Et nous ne savons pas si les lois physiques pourraient être différentes à travers le multivers et, si elles le sont, à quel point elles pourraient être différentes.
Nous pouvons être au début d’un voyage qui révélera notre place ultime dans l’infini – ou nous pouvons nous diriger vers une impasse scientifique.
Geraint Lewisprofesseur d’astrophysique, Université de Sydney
Cet article est republié de La conversation sous licence Creative Commons. Lis le article original.
