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'We live in a universe that is just right for us': Study proposes a test for the Anthropic Principle
Nous vivons dans un univers qui nous convient parfaitement » : une étude propose un test du principe anthropique
par l'École internationale d'études avancées (SISSA)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Multiverse.png. Crédit : Silver Spoon
Le principe anthropique, selon lequel l'univers dans lequel nous vivons est parfaitement adapté à la vie, a été proposé pour la première fois par Brandon Carter en 1973. Depuis, il a suscité un débat important.
Un article publié dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, rédigé par Nemanja Kaloper, physicien du département de physique et d'astronomie de l'université de Californie à Davis, et Alexander Westphal, professeur au Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), décrit pour la première fois une manière de tester expérimentalement cette hypothèse.
Le principe anthropique (PA) peut être formulé de différentes manières. Ces interprétations vont d’une simple description des faits – « si nous sommes ici pour l’observer, l’univers a évolué dans les conditions nécessaires à l’émergence de la vie intelligente », connue sous le nom d’AP faible – à quelque chose d’un peu plus radical : « l’univers a dû évoluer d’une manière qui a conduit à notre existence ».
Cette interprétation plus forte, appelée AP forte, s’aventure souvent sur le terrain métaphysique, suggérant une sorte de « conception » et allant au-delà du domaine de la recherche scientifique sur l’univers.
Le problème avec l’AP, selon de nombreux scientifiques, est qu’il n’est pas particulièrement utile en tant qu’outil scientifique car il ne génère pas de prédictions testables et quantifiables qui pourraient à la fois élargir nos connaissances et soumettre le principe à un examen minutieux. Sans cela, il reste plus une conjecture philosophique qu’une hypothèse scientifique.
L’AP suggère cependant que pour que notre univers se développe en tant qu’endroit hospitalier pour la vie basée sur le carbone, il a dû commencer avec un ensemble de conditions initiales plutôt spécifiques. Nous pouvons en déduire cela en observant, par exemple, les valeurs de certaines constantes utilisées dans les équations qui décrivent l'univers, comme la constante gravitationnelle, la charge électronique et la constante de Planck, qui doivent être « justes ». Sinon, nous aurions un univers très différent et, surtout, inhospitalier.
En établissant les conditions initiales précises impliquées par l'AP et en calculant, sur la base des modèles physiques actuels, comment l'univers aurait évolué jusqu'à son état actuel, nous pourrions comparer le résultat aux observations astronomiques réelles. Toute divergence entre la théorie et la réalité fournirait une mesure de la validité de l'AP.
Les nouveaux travaux de Nemanja Kaloper et Alexander Westphal proposent des prédictions spécifiques qui pourraient trouver confirmation par l'observation dans les années à venir.
Pour comprendre leur proposition, il faut souligner certains éléments clés de la recherche cosmologique :
Aux premiers instants de son existence, l'univers a connu une période d'expansion rapide : en seulement 10-36 secondes, il est passé d'une taille infinitésimale (presque nulle) à une échelle macroscopique (certaines théories le décrivent comme ayant la taille d'un raisin ou d'un ballon de football). Après cela, l'expansion a ralenti, se poursuivant à des rythmes similaires à ceux que nous observons aujourd'hui.
La physique de cette phase primitive était très inhabituelle, dominée par des phénomènes quantiques (gouvernant l'infiniment petit) qui ont influencé l'évolution ultérieure, permettant la formation des structures (galaxies, étoiles, etc.) que nous observons aujourd'hui. Bien que l'inflation cosmique n'ait pas encore été prouvée directement, il s'agit d'une théorie robuste dont les confirmations observationnelles sont attendues dans les années à venir.
Matière noire
Vous en avez probablement entendu parler : les observations expérimentales nous indiquent qu'une partie importante de l'univers (environ les cinq sixièmes de sa matière) est composée de quelque chose que nous ne pouvons pas observer directement. Nous l'appelons matière noire, mais sa véritable nature reste inconnue. De nombreuses hypothèses ont été proposées, toutes en attente de confirmation expérimentale, ce qui est attendu dans un avenir proche.
Axions
L'un des candidats à la matière noire est l'axion. Ces particules, ou, plus probablement, une classe entière de particules, sont extrêmement légères (beaucoup plus légères que l'électron, par exemple). Les axions ont été initialement proposés pour expliquer un phénomène quantique connu sous le nom de violation de symétrie CP, qui implique l'interaction nucléaire faible, l'une des quatre forces fondamentales (les autres étant la gravité, l'électromagnétisme et l'interaction nucléaire forte).
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Cependant, les chercheurs ont remarqué que certaines caractéristiques des axions, qui se seraient formés en grande abondance lors de l'inflation cosmique, correspondent à celles attendues pour la matière noire, comme leurs interactions minimales avec eux-mêmes et avec la matière ordinaire. Les observations de trous noirs pourraient confirmer leur existence dans les années à venir.
Les tests de l'AP impliquent la combinaison de ces trois éléments.
« Il est possible que le satellite LiteBIRD découvre des ondes gravitationnelles primordiales proches des limites actuelles, qui correspondent à une inflation à grande échelle », explique Kaloper. « La plupart des cosmologistes estiment que cela confirme une inflation à grande échelle. » LiteBIRD (Lite (Light) Satellite for the Study of B-mode Polarization) est une expérience que l'Agence d'exploration aérospatiale japonaise (JAXA) prévoit de lancer en 2032.
« Il est également possible que nous découvrions des signes d'axions ultralégers en étudiant les trous noirs supermassifs dans l'univers. Les axions affectent le rapport spin/masse des trous noirs, et cela pourrait être observé », poursuit Kaloper. De nombreuses expériences étudient déjà les trous noirs, et d'autres devraient commencer à fonctionner dans un avenir proche.
« Enfin », ajoute Kaloper, « il est possible que de futures recherches directes sur la matière noire révèlent que la matière noire n'est pas principalement constituée d'axions ultra-légers. Dans ce cas, nous penserions que le principe anthropique échoue.
Cependant, ce résultat n'est pas garanti.
"D'un autre côté, si les recherches directes sur la matière noire révèlent que la matière noire est en fait un axion ultraléger", poursuit Kaloper, "alors je pense que nous serions d'accord pour dire que le principe anthropique a effectivement réussi ce test ; en effet, cela pourrait arriver".
"Je trouve particulièrement intéressant que ces deux options puissent être testées expérimentalement dans un avenir pas trop lointain", conclut Kaloper.
"Et, pour autant que mon collaborateur et moi le sachions, notre exemple spécifique est le premier cas où le principe anthropique pourrait effectivement échouer au test, au lieu de simplement déclarer qu'il ne s'applique pas.
"Le fait est que la présence d'une inflation à grande échelle et d'axions ultralégers avec des masses m > 10-19 eV impliquerait que la matière noire "doit" être un axion : pour des conditions initiales typiques, nous nous retrouverions avec beaucoup trop de matière noire, et nous aurions désespérément besoin du principe anthropique pour la contraindre.
« Pour découvrir que l'axion n'est pas de la matière noire, nous en déduirions que les conditions initiales n'étaient pas seulement improbables (ce qui peut être corrigé de manière anthropique) mais extrêmement improbables, ce qui ne relève même pas du domaine du raisonnement anthropique. »
Il nous faudra donc attendre encore quelques années, peut-être même plus longtemps, pour rassembler toutes les preuves nécessaires pour infirmer ou confirmer le principe anthropique. Mais que se passera-t-il s'il s'avère incapable de passer le test ?
« Sans changer aucune des autres prémisses (universalité de la gravité, inflation précoce et phénomènes superradiants), l'échec de notre formulation simple de l'anthropique suggérerait que des règles différentes régissent les conditions initiales », explique Kaloper.
« Soit les différentes conditions initiales ne sont pas également probables, certaines étant biaisées par de nouvelles dynamiques encore non comprises, soit certaines conditions initiales sont totalement impossibles. Alternativement, la véritable théorie de la cosmologie pourrait être plus compliquée que nous le pensions. »
« On pourrait aussi imaginer des scénarios plus dramatiques, mais au moins pour l'instant, cela me semble être des envolées fantaisistes », conclut Kaloper.
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COMMENTAIRES
J'avoue ne pas me soucier du principe anthropique !
Selon moi l' extrè me majorité du contenu de l univers n' est qu'énergies et masses liées a des lois physiques et chimiques '' aveugles et inconscientes''!!! Le phénomène vital rest une rareté et résulte d 'un processus initial
a trés faible niveau probabilité !!!!!
Profitons de notre chance de pouvoir entrevoir notre petite Terre au liere de continuer à la massacrer !!!
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XMore information: Falsifying Anthropics, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2024).
Provided by International School of Advanced Studies (SISSA)
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TwittXXXXXXXXXX
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