Existe-t-il un univers miroir caché dans l’espace-temps ?

La NASA aurait découvert des particules provenant d’un univers parallèle dans lequel le temps s’écoulerait en arrière. C’est ce qu’affirment une série d’articles viraux publiés récemment.

En fait l’information n’est pas vraiment exacte, mais elle est fondée sur une histoire vraie toute aussi excitante qui implique un voyage à l’origine du temps.

Une photo de notre galaxie

Photo de Jeremy Thomas – Unsplash

La théorie d’un deuxième univers à l’opposé du nôtre

Il semble que l’affirmation selon laquelle la NASA a découvert un univers parallèle tire sa source du tabloïd britannique The Daily Star. Cette affirmation de The Daily Star devenue virale n’est pas tout à fait exacte, et pour mieux comprendre tout cela il faut se plonger dans deux rapports distincts parus en 2018.

Le premier rapport a été publié en décembre 2018 dans la revue Physical Review Letters. Il est écrit par Latham Boyle, physicien à l’Institut Perimeter en Alberta, au Canada, et ses collègues. Ce rapport stipule qu’il existe un univers miroir qui est le reflet de notre propre univers à travers le temps. Le travail de Boyle vient en quelque sorte combler des lacunes dans la théorie dominante qui raconte l’histoire de notre univers : le modèle Lambda-Cold Dark Matter (ΛCDM).

Le modèle ΛCDM se base sur deux idées clés pour expliquer l’origine du cosmos : une énergie sombre inconnue qui provoque l’expansion de l’univers depuis le Big Bang, et une matière noire invisible qui n’émet pas de lumière et qui tire gravitationnellement sur des choses dans l’univers. Et cette matière noire invisible constituerait la grande majorité de la masse de l’univers.

D’après la théorie de Boyle et son équipe, on peut imaginer l’univers d’aujourd’hui comme un cercle large et plat posé au-dessus du cercle légèrement plus petit d’hier, qui lui-même se trouve au-dessus du cercle encore plus petit de la veille. Ainsi, en empilant tous les cercles depuis le Big Bang jusqu’à aujourd’hui, on obtient un cône debout dont l’extrémité est le point de départ du temps. Lorsque les astronomes regardent profondément dans l’espace, ils regardent en arrière dans le temps. En effet, la galaxie GN-z11 qui est la plus éloignée observée à ce jour, nous apparaît telle qu’elle existait il y a 13,4 milliards d’années, soit 400 millions d’années après le Big Bang.

Avant cela, l’univers a connu durant des millions d’années un « âge sombre » au cours duquel rien de suffisamment brillant pour que nous puissions le voir aujourd’hui ne s’est formé. Et avant cela, il y avait la chose la plus ancienne que nous puissions voir, à savoir le fond diffus cosmologique (FDC) qui s’est formé 370 000 ans après le Big Bang, quand l’univers, alors un plasma chaud et opaque, se refroidissait. Les télescopes sont incapables de voir quoi que ce soit avant le FDC. Ainsi, dit Boyle, en regardant dans le passé de cette façon, c’est comme si on regardait à travers le cône cosmologique.

Mais si les observations ne remontent pas plus loin que le FDC, les modèles cosmologiques standards vont un peu plus loin sans toutefois jamais aller au-delà du Big Bang. Le schéma de Boyle lui va bien au-delà du Big Bang. Selon ce schéma, il existe un deuxième univers qui s’étend loin du Big Bang dans le temps, dans un sens opposé au nôtre. Cet univers qui se trouve à l’intérieur d’un « deuxième cône » est bien trop loin dans l’espace-temps pour qu’on puisse le voir.

D’après John Learned, astrophysicien de l’Université d’Hawaï et co-auteur du deuxième rapport qui s’appuie sur la théorie de Boyle, le temps pourrait sembler reculer à partir de notre cadre de référence dans cet univers parallèle. Mais les êtres de cet univers verraient toujours la cause venir avant l’effet, exactement comme dans notre propre univers. Ainsi, le temps s’échappe du Big Bang dans cet univers, tout comme il le fait dans le nôtre.

Dans cet univers parallèle, s’éloigner du Big Bang se fait dans la direction opposée à la direction du temps dans notre univers. Mais les choses ne fonctionnent pas « à reculons » là-bas comme on pourrait l’imaginer. Notre univers existe de l’autre côté de l’histoire ancienne de cet univers, et cet univers existe de l’autre côté de la nôtre.

La problématique de « l’état zéro particule » de l’univers

Il n’y a aucune preuve de l’existence de cet univers réfléchi du nôtre, reconnaît Boyle, mais dit-il, « une fois que vous le prenez en compte, il s’avère que cet univers a une symétrie supplémentaire qu’on ne voit pas lorsqu’on regarde simplement la moitié supérieure du cône ». La symétrie dont parle Boyle est connue sous le nom de symétrie CPT (Charge, Parité, Temps). Elle part du principe que lorsqu’on retourne une particule vers son jumeau antimatière (un électron en positron, par exemple), ou en l’orientant vers la droite au lieu de la gauche, cette particule devrait toujours se comporter de la même manière et obéir aux mêmes lois qu’avant d’être retournée.

Mais en raison de la courbure de l’espace-temps et de l’étrange vide quantique, le modèle ΛCDM de l’univers lui-même manque de symétrie CPT claire. Boyle a appelé cette caractéristique de l’univers, son « état zéro particule », c’est-à-dire la nature de l’espace-temps lorsqu’il est vidé de particules. Mais cette symétrie CPT de l’univers est violée dans le modèle ΛCDM.

Boyle dit que son modèle corrige cette faille de la cosmologie ΛCDM en préservant la symétrie CPT de l’univers. Il suffit d’ajouter un deuxième cône à l’espace-temps et l’état de particule zéro n’est plus incertain. L’asymétrie CPT de l’univers s’en trouve du coup réparée.

ANITA a-t-elle découvert la preuve de l’existence de cet univers parallèle ?

Lorsqu’on parvient a obtenir un univers symétrique CPT, comme le fait le modèle de Boyle, l’une des choses les plus pratiques qu’on peut faire c’est d’expliquer simplement la matière noire. Il existe un ensemble de théories populaires sur les choses invisibles qui repose sur l’existence d’un quatrième type de neutrino non encore détecté – souvent appelé neutrino stérile. Il aurait (s’il existe) une signature énergétique particulière : 480 picoélectronvolts (PeV), une mesure de la masse d’une particule. Et toute la matière noire manquante dans l’univers pourrait trouver son explication dans ce neutrino 480PeV.

Il y a quatre ans, l’Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA) a détecté au-dessus de l’Antarctique quelque chose que la physique ne pouvait pas expliquer. Par deux fois, l’ANITA a capté des signaux de particules de haute énergie qui semblaient sortir directement de la glace antarctique. Le problème c’est que de telles particules ne devraient pas exister. En effet, aucune des particules connues du modèle standard ne peut normalement traverser la Terre et sortir de l’autre côté à des énergies aussi élevées. Pourtant c’est ce que l’ANITA semblait avoir détecté.

C’est de là que vient l’affirmation virale selon laquelle l’ANITA aurait détecté des neutrinos stériles. Learned, qui a participé aux débuts du projet ANITA, reconnaît que le chiffre de 480 PeV correspond bien aux observations de l’ANITA. Si les particules détectées par l’ANITA correspondaient vraiment au schéma de Boyle, ce serait un poids important sur l’échelle en faveur du cosmos à deux cônes, a déclaré Learned. Mais c’est loin d’être le cas.

En effet, les modèles montrent que les particules candidates de matière noire comme ce neutrino 480 PeV tomberaient au centre de la Terre peu après avoir pénétré dans notre planète, sans qu’aucune ne puisse complètement traverser la planète pour produire l’anomalie d’ANITA. Boyle est d’accord que sa théorie n’explique pas tout à fait la découverte d’ANITA. Mais il est toujours convaincu que l’idée sous-jacente d’un univers symétrique CPT vaut la peine d’être approfondie.

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