Pendant des décennies, les cosmologistes ont cru maîtriser parfaitement la géométrie de l’univers. Mais une étude récente révèle que notre compréhension de la forme du cosmos est peut-être fondamentalement incomplète. L’univers pourrait être bien plus complexe qu’on ne l’imaginait auparavant, et se replier sur lui-même d’une manière que nous n’avons pas encore détectée.
Le problème de la planéité
La théorie de la relativité d’Einstein explique comment la matière courbe localement l’espace-temps, mais elle peine à décrire la topologie globale de l’univers – sa forme globale. L’univers peut être plat, sphérique ou en forme de selle, mais même un univers plat ne signifie pas nécessairement qu’il s’étend à l’infini. Il pourrait se retourner sur lui-même d’une manière qui nous est actuellement invisible.
Les scientifiques recherchent des preuves de cette courbure dans le fond diffus cosmologique (CMB), la faible rémanence du Big Bang. L’idée était que si l’univers n’était pas trivial (c’est-à-dire qu’il avait une forme inhabituelle), nous verrions des modèles correspondants de points chauds et froids dans le ciel CMB.
La recherche ratée et une possibilité renouvelée
Pendant des années, aucun modèle de ce type n’a été trouvé, ce qui a conduit à un consensus : si l’univers a une forme complexe, il doit être bien plus grand que ce que nous pouvons observer, ce qui le rend effectivement impossible à distinguer de l’infini. Mais cette conclusion reposait sur des hypothèses aujourd’hui remises en question.
Une équipe de la Collaboration pour les observations, modèles et prédictions d’anomalies et de topologie cosmique (COMPACT) a montré que les limites des formes cosmiques possibles sont plus faibles qu’on ne le pensait auparavant. Plusieurs topologies autrefois jugées impossibles sont désormais de nouveau sur la table.
Pourquoi c’est important
Déterminer avec précision la forme de l’univers n’est pas seulement un exercice de cartographie. Cela pourrait permettre des percées dans le domaine de la gravité quantique, remodeler notre compréhension des origines de l’univers et révéler une physique que nous n’avons même pas encore conçue.
Il s’avère que l’erreur réside dans l’hypothèse selon laquelle si un univers en boucle est suffisamment petit, il doit croiser notre ligne de mire et laisser une trace détectable sur le CMB. Les boucles ne sont pas obligées de coopérer ; ils peuvent se faufiler dans l’espace de manière à éviter d’être détectés, même à des tailles que nous pensions visibles.
Un embarras des possibilités
Les implications sont stupéfiantes. Ce qui semblait être un ensemble limité de formes possibles se transforme désormais en un « embarras de possibilités ». Les espaces-temps plats ont à eux seuls 18 configurations potentielles – cylindres, beignets, bouteilles de Klein, etc. – toutes se comportant de manière identique selon la relativité générale mais se manifestant différemment dans le CMB.
L’univers est peut-être une galerie des glaces et nous poursuivons aveuglément les ombres. Le CMB ne révèle peut-être pas la véritable forme, car nous avons intégré nos propres hypothèses dans les données.
L’avenir de la topologie cosmique
Pour l’instant, la forme de l’univers reste inconnue. Les anciennes hypothèses se sont effondrées et la carte comporte encore des lacunes. Pour aller de l’avant, il faudra des méthodes plus sophistiquées de recherche de signatures CMB subtiles ou même des approches entièrement nouvelles pour découvrir la véritable forme du cosmos. L’univers est plus mystérieux que nous le pensions, et le voyage pour le comprendre est loin d’être terminé.
