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Une révolution en route

Dossier - L'univers inflationnaire
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Explication de cette théorie de l'univers inflationnaire : problème du modèle standard, modèle de Higgs ...

  
DossiersL'univers inflationnaire
 

Malgré l'incertitude qui reste sur la densité des monopôles, cette théorie permet d'expliquer pourquoi l'Univers contient autant de matière. L'énergie libérée par un seul domaine en inflation apporta à l'Univers énormément de matière potentielle. Aujourd'hui dans l'Univers, il reste plus de 1080 photons, auxquels il faut ajouter un milliardième de matière baryonique et selon les estimations, de 20 à 100 millionième de matière invisible. Linde expose le nombre d'au moins 1090 particules élémentaires dans l'univers visible. Il obtient ce chiffre en considérant que le volume est proportionnel au cube du diamètre de l'univers à l'époque de l'inflation, et qu'il aurait doublé au moins cent fois de taille, une valeur modeste déduite des paramètres des particules élémentaires ou des facteurs géométriques, ce qui conduit au nombre de (2100)3 ~ 2x1090.

L'ancien modèle inflationnaire conservait quelques constantes irréductibles qui faisaient partie des conditions initiales du système afin d'obtenir les composantes "non nulles" des champs de Higgs. A l'inverse, il diluait la densité des baryons sous un seuil négligeable pour mieux s'accorder avec les théories de Grande unification dans lesquelles le nombre baryonique n'est pas conservé. Aujourd'hui l'inflation chaotique résoud ce problème en posant arbitrairement ses conditions initiales. Si la théorie est confirmée par les physiciens ces derniers recherchent activement les monopôles dont les propriétés pourraient asseoir définitivement la théorie de l'inflation chaotique.

Sans rester dans les limbes de la connaissance pure et abstraite, la théorie de Linde prévoit quelques vérifications expérimentales pouvant servir de tests prédictifs à sa théorie :

- L'inflation prédit que l'univers devrait être extrêmement plat. Quelle que soit la densité initiale de l'univers, que W = 2, 10, 103 ou même 10-6, l'inflation doit faire converger la densité vers W = 1. La précision serait même de 58 positions derrières la virgule ! Cette assertion est vérifiable car la densité d'un univers plat est en relation avec son taux d'expansion. A l'heure actuelle les résultats sont en accord avec cette prédiction, W = 1.
- La densité des perturbations produites durant l'inflation aurait affecté la distribution de matière dans l'univers et serait accompagnée d'ondes gravitationnelles. Ces ondes gravitationnelles et ses perturbations de densité seraient imprégnées dans le rayonnement microonde fossile. Cette non uniformité fut découverte par le satellite COBE et confirmée ultérieurement par plusieurs expériences.

Ces deux tests ne confirment pas la théorie inflationnaire mais ils réduisent le nombre de théories concurrentes qui toutes doivent à présents satisfaire ces deux tests expérimentaux. Aucune autre théorie ne peut aujourd'hui expliquer simultanément pourquoi l'univers est si homogène à grande échelle et présentait déjà des "rides" 300000 ans après le Big Bang.

D'autres observations peuvent bien entendu contredire le modèle inflationnaire, comme le fait de découvrir que la densité de l'univers serait très éloignée de la densité critique. Il existe une solution mais elle est très complexe. D'un autre côté la théorie inflationnaire repose sur la théorie des particules élémentaires qui n'est pas une théorie complètement assise sur des bases définitives. La théorie des supercordes par exemple ne conduit pas automatiquement à l'inflation. Pour l'y contraindre les physiciens on besoin d'idées radicalement nouvelles. Mais la recherche continue. Linde discute avec ses collègues d'inflation naturelle, d'inflation hybride et de bien d'autres modèles. Chacun présente des détails qui doivent cependant être confronté à l'expérience. Mais ils sont tous basés sur une seule et même idée, l'inflation chaotique.

Pour conclure l'introduction philosophique de ce dossier, une fois encore l'histoire des sciences confirme que l'homme est capable d'appréhender les questions métaphysiques d'hier. Reconnaissons qu'il s'agit d'une véritable révolution scientifique et intellectuelle qui se déroule aujourd'hui sous nos regards incrédules. Cette théorie nous prépare-t-elle à serrer la main du Créateur ? Hawking en tous cas le pense. Si d'un autre côté, pour expliquer l'étrangeté du monde, Linde n'hésitait pas à parler du principe anthropique dans les années 1980, il reconnaissait toutefois au milieu des années 1990 qu'il ne s'agissait pas d'une explication.

Je remercie le Dr Gary Felder, physicien théoricien de l'Université de Stanford et collaborateur du Pr Andrei Linde pour m'avoir apporté quelques éclaircissements pour la rédaction de ce dossier. Des animations sont également disponibles sur le site de T.Lombry :

Pour plus d'informations


The transactional interpretation of quantum mechanics

1 E.Gliner, Sov. Phys. JETP, 22, 1965, p378 - E.Gliner, Dokl. Akad. Nauk. SSSR, 192, 1970, p771 - E.Gliner, Sov. Phys. Dokl., 15, 1970, p559.

2A.Linde, JETP Letters, 19, 1974, p183 - A.Linde, Report on Progress in Physics, 42, 1979, p389.

3A.Starobinsky, JETP Letters, 30, 1979, p682.

4 A.Linde, Physics Today, sept.1987, p61.

5 A.Guth, Physical Review, D, 23, 1981, p347 - A.Guth et P.Steinhardt, Scientific American, 250, 1984, p116.

6 A.Albrecht et P.Steinhardt, Physical Review Letters, 48, 1982, p1220 - A.Linde, Physics Letters, B,108, 1982, p389.

7 A.Linde, Recent Progress in Inflationary Cosmology, 4 Jan 1996; Quantum Cosmology and Structure of Inflationary Universe, 7 Aug 1985, sur son site web - Physics Letters, B, 129, 1983, p177 - A.Linde, Physics Today, sept.1987, p63.

8 G.'t Hooft, Nuclear Physics, B, 79, 1974, p276 et A.Polyakov, JETP Letters, 20, 1974, p194.

9 La masse du monopôle est estimée à 10-8 g ou 1016 GeV.

10 B.Cabrera, Physical Review Letters, 48, 1982, p1378 - GBL, Physics Today, June 1982, p17 - B.Cabrera et al., Physical Review Letters, 51, 1983, p1933 - B.Schechter, Discover, July 1982 - P.Musset, La Recherche, Juillet-Août 1983.

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