What if the Big Bang wasn't the beginning? Research suggests it may have taken place inside a black hole
L'essentiel
Et si le Big Bang n'était pas le commencement ? Des recherches suggèrent qu'il pourrait avoir eu lieu à l'intérieur d'un trou noir.
Par Enrique Gaztanaga, The Conversation
Édité par Lisa Lock, relu par Robert Egan
Notes de la rédaction
La fusée Falcon 9 de SpaceX transportant la mission Euclid de l'ESA sur le pas de tir en 2023. Crédit : https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid, CC BY-SA
Le Big Bang est souvent décrit comme la naissance explosive de l'univers – un moment singulier où l'espace, le temps et la matière ont surgi. Mais et si ce n'était pas du tout le commencement ? Et si notre univers avait émergé d'autre chose, de quelque chose de plus familier et de plus radical à la fois ?
Dans un nouvel article, publié dans Physical Review D, mes collègues et moi-même proposons une alternative saisissante. Nos calculs suggèrent que le Big Bang n'a pas été le début de tout, mais plutôt le résultat d'un effondrement gravitationnel qui a formé un trou noir très massif, suivi d'un rebondissement à l'intérieur.
Cette idée, que nous appelons l'univers-trou noir, offre une vision radicalement différente des origines cosmiques, tout en s'appuyant entièrement sur la physique et les observations connues.
Le modèle cosmologique standard actuel, basé sur le Big Bang et l'inflation cosmique (l'idée que l'univers primitif a rapidement explosé), a remarquablement bien réussi à expliquer la structure et l'évolution de l'univers. Mais cela a un prix : il laisse certaines des questions les plus fondamentales sans réponse.
D'abord, le modèle du Big Bang commence par une singularité – un point de densité infinie où les lois de la physique s'effondrent. Il ne s'agit pas d'un simple problème technique ; c'est un problème théorique profond qui suggère que nous ne comprenons pas vraiment le commencement.
Pour expliquer la structure à grande échelle de l'univers, les physiciens ont introduit une brève phase d'expansion rapide dans l'univers primitif, appelée inflation cosmique, alimentée par un champ inconnu aux propriétés étranges. Plus tard, pour expliquer l'accélération de l'expansion observée aujourd'hui, ils ont ajouté un autre élément « mystérieux » : l'énergie noire.
En bref, le modèle standard de la cosmologie fonctionne bien, mais seulement en introduisant de nouveaux ingrédients que nous n'avons jamais observés directement. En attendant, les questions les plus fondamentales restent ouvertes : d'où vient tout ? Pourquoi tout a-t-il commencé ainsi ? Et pourquoi l'univers est-il si plat, lisse et vaste ?
Nouveau modèle
Notre nouveau modèle aborde ces questions sous un angle différent, en regardant vers l'intérieur plutôt que vers l'extérieur. Au lieu de partir d'un univers en expansion et de tenter de retracer ses origines, nous examinons ce qui se passe lorsqu'un amas de matière trop dense s'effondre sous l'effet de la gravité.
Ce processus est familier : les étoiles s'effondrent en trous noirs, qui comptent parmi les objets les mieux compris de la physique. Mais ce qui se passe à l'intérieur d'un trou noir, au-delà de l'horizon des événements d'où rien ne peut s'échapper, reste un mystère.
En 1965, le physicien britannique Roger Penrose a prouvé que, dans des conditions très générales, l'effondrement gravitationnel devait conduire à une singularité. Ce résultat, étendu par le regretté physicien britannique Stephen Hawking et d'autres, étaye l'idée que les singularités, comme celle du Big Bang, sont inévitables.
Cette idée a permis à Penrose de remporter une part du prix Nobel de physique 2020 et a inspiré le best-seller mondial de Hawking « Une brève histoire du temps : du Big Bang aux trous noirs ». Mais il y a une réserve. Ces « théorèmes de singularité » s'appuient sur la « physique classique », qui décrit les objets macroscopiques ordinaires. Si l'on inclut les effets de la mécanique quantique, qui régit le minuscule microcosme des atomes et des particules, comme c'est le cas aux densités extrêmes, la donne pourrait changer.
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Courriel
Dans notre nouvel article, nous démontrons que l'effondrement gravitationnel ne se termine pas nécessairement par une singularité. Nous trouvons une solution analytique exacte, un résultat mathématique sans approximation. Nos calculs montrent qu'à mesure que nous approchons de la singularité potentielle, la taille de l'univers change en fonction (hyperbolique) du temps cosmique.
Cette solution mathématique simple décrit comment un nuage de matière en effondrement peut atteindre un état de haute densité, puis rebondir et s'étendre vers une nouvelle phase d'expansion.
Mais comment les théorèmes de Penrose interdisent-ils de tels résultats ? Tout cela est dû à une règle appelée principe d'exclusion quantique, qui stipule que deux particules identiques, appelées fermions, ne peuvent occuper le même état quantique (comme le moment cinétique, ou « spin »).
Et nous démontrons que cette règle empêche les particules de la matière en effondrement d'être comprimées indéfiniment. En conséquence, l'effondrement s'arrête et s'inverse. Le rebond est non seulement possible, mais inévitable dans les bonnes conditions.
Éssentiellement, ce rebond se produit entièrement dans le cadre de la relativité générale, qui s'applique à de grandes échelles comme les étoiles et les galaxies, combinée aux principes fondamentaux de la mécanique quantique : aucun champ exotique, aucune dimension supplémentaire ni aucune physique spéculative ne sont nécessaires.
Ce qui émerge de l'autre côté du rebond est un univers remarquablement semblable au nôtre. Plus surprenant encore, le rebond produit naturellement les deux phases distinctes d'expansion accélérée – l'inflation et l'énergie noire – entraînées non pas par des champs hypothétiques, mais par la physique du rebond lui-même.
Prédictions testables
L'un des points forts de ce modèle est qu'il permet des prédictions testables. Il prédit une courbure spatiale positive, faible mais non nulle, ce qui signifie que l'univers n'est pas exactement plat, mais légèrement courbé, comme la surface de la Terre.
Il s'agit simplement d'un vestige de la faible surdensité initiale qui a déclenché l'effondrement. Si de futures observations, comme celles de la mission Euclid en cours, confirment une légère courbure positive, cela constituerait un indice fort que notre univers est bel et bien né d'un tel rebond. Cela permet également de prédire le taux d'expansion actuel de l'univers, un phénomène déjà vérifié.
Ce modèle ne se contente pas de résoudre des problèmes techniques de la cosmologie standard. Il pourrait également apporter un nouvel éclairage sur d'autres mystères profonds de notre compréhension de l'univers primitif, comme l'origine des trous noirs supermassifs, la nature de la matière noire ou la formation et l'évolution hiérarchiques des galaxies.
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Ces questions seront explorées par de futures missions spatiales, comme Arrakhis, qui étudieront des structures diffuses telles que les halos stellaires (une structure sphérique d'étoiles et d'amas globulaires entourant les galaxies) et les galaxies satellites (des galaxies plus petites en orbite autour de galaxies plus grandes), difficiles à détecter avec les télescopes traditionnels depuis la Terre. Ces phénomènes nous aideront à comprendre la matière noire et l'évolution des galaxies.
Ces phénomènes pourraient également être liés à des objets compacts reliques, tels que les trous noirs, formés pendant la phase d'effondrement et ayant survécu au rebond.
L'univers des trous noirs offre également une nouvelle perspective sur notre place dans le cosmos. Dans ce cadre, l'intégralité de notre univers observable se trouve à l'intérieur d'un trou noir formé dans un univers « parent » plus vaste.
Nous ne sommes pas spéciaux, pas plus que la Terre ne l'était dans la vision géocentrique du monde qui a conduit Galilée (l'astronome qui a suggéré la rotation de la Terre autour du Soleil aux XVIe et XVIIe siècles) à être assigné à résidence.
Nous n’assistons pas à la naissance de tout à partir de rien, mais plutôt à la continuation d’un cycle cosmique, façonné par la gravité, la mécanique quantique et les profondes interconnexions entre elles
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RESQSUME
Et si le Big Bang n'était pas le commencement ? Des recherches suggèrent qu'il aurait pu se produire à l'intérieur d'un trou noir.
Le Big Bang est souvent décrit comme la naissance explosive de l'univers, un moment singulier où l'espace, le temps et la matière ont surgi. Mais et si ce n'était pas le commencement du tout ? Et si notre univers émergeait d'autre chose, de quelque chose de plus familier et de plus radical à la foi
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COMMENTAIORES
L article me plait !! Non d ailleurs par l hypothède déjà proposée ailleurs (par FRED en particulier ) mais plus par les remise en questio qu il nous propose ....
N ous n avons pas les moyens experimentaux de tester les structures et l evolution des '' tripes'' des trous noirs grandes ou petits ;anciens ou récents ... Nous ignorons donc si les univers sont seuls et peut etre a ''bulles'' ou se contiennent les uns dand les autes avec une temporalité d echelle différente ....Basiquement nous restons dans l 'interrogation géniale de BLAISE PASCAL :'' le milieu entre Rien et Tout '';
o u pouvo,s nous etre ??
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More information: Enrique Gaztañaga et al, Gravitational bounce from the quantum exclusion principle, Physical Review D (2025). DOI: 10.1103/PhysRevD.111.103537. On arXiv: arxiv.org/html/2505.23877v1
Journal information: Physical Review D , arXiv
Provided by The Conversation
This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.
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