Des physiciens déterminent comment notre univers est finalement parfaitement adapté à la vie
Physiquement parlant, notre Univers semble étrangement parfait. Il va de soi que s’il ne l’était pas, la vie telle que nous la connaissons, ainsi que les planètes, les atomes et tout le reste, n’existerait pas.
Aujourd’hui, trois physiciens des États-Unis (Institute for Advanced Study), de France (Université Paris-Saclay, CNRS) et de Corée (Université nationale de Séoul) ont proposé une nouvelle explication de la raison pour laquelle la vie, l’Univers et tout ce qui s’y trouve ont eu une telle chance d’exister.
Pour une raison quelconque, la quantité d’énergie, ou plus précisément la masse qu’elle équivaut, et l’accélération de l’expansion de l’Univers sont si bien équilibrées qu’il y a eu amplement l’occasion de faire des choses intéressantes au cours des quelque 13 milliards d’années passées.
À quelques magnitudes près, la gravité écrasante aurait contenu l’expansion de l’espace-temps, ou aurait été si faible que l’Univers en expansion rapide n’aurait laissé que des traces peu intéressantes dans son sillage.
Un tel équilibre quasi parfait pourrait être la conséquence d’un phénomène appelé « réglage fin » (fine-tuning), un processus de physique dans lequel les caractéristiques d’un système doivent nécessairement correspondre ou s’annuler avec une grande précision. Si ce n’était pas le cas, le système n’aurait tout simplement pas l’apparence qu’il a.
Par exemple, il se trouve que notre Univers est chargé de manière neutre. Pour une raison quelconque, il y a un nombre presque identique de protons pour annuler la charge de chaque électron. Si l’on ajoutait quelques électrons de plus, la charge serait négative, ce qui obligerait les amas de matière à se repousser.
D’autre part, il pourrait s’agir d’une conséquence de ce que l’on appelle la « Naturalité » (Naturalness). L’occultation quasi parfaite du Soleil par la Lune lors d’une éclipse solaire, par exemple, n’est pas dictée par les dures lois de l’astronomie. La taille de la Lune et du Soleil, ainsi que la perspective que nous avons de ces deux éléments, n’ont pas besoin d’explications supplémentaires pour avoir un sens.
Les physiciens n’aiment généralement pas faire appel à de vagues coïncidences lorsqu’ils observent l’Univers. Si deux caractéristiques d’un système semblent incroyablement bien correspondre, il y a un fort désir de creuser dans le livre des règles pour trouver une explication plus profonde.
Pour les électrons et les protons, la solution pourrait venir de l’explication du déséquilibre entre la matière et l’antimatière.
Dans le cas de l’incroyable écho de l’énergie et de l’expansion de l’Univers, ce ne sont pas les idées intelligentes et créatives qui manquent. Cependant, la plupart d’entre elles tendent à se classer dans deux catégories. La première est centrée sur ce que l’on appelle le principe anthropique, selon lequel seul un univers capable de générer des cerveaux pensants comme le nôtre peut poser des questions philosophiques telles que « pourquoi suis-je ici ».
Cependant, cela pourrait impliquer qu’il existe d’autres univers. Peut-être un nombre infini, la plupart s’effondrant au moment de leur naissance ou explosant. Le nôtre se trouve être l’un des bons ! Bien qu’il soit amusant d’y penser, sans aucun moyen d’établir l’existence de multivers, ce n’est pas une proposition qui pourrait produire des résultats scientifiques.
Quant à la deuxième catégorie, il est possible qu’il nous manque un élément crucial du puzzle de la physique, comme de nouveaux champs ou symétries qui pourraient disparaître dans des conditions spécifiques.
Le fait que la masse au repos du boson de Higgs, la particule représentant un champ qui donne leur masse à de nombreuses particules fondamentales, se soit révélée étonnamment légère pourrait suggérer qu’il existe une lacune dans notre connaissance des forces et des particules.
Il est lui-même le résultat d’une autre énigme de réglage fin, étant le résultat d’annulations étrangement exactes d’autres éléments de physique. Par exemple, il semble y avoir une sorte de mystérieux réglage fin entre la masse d’un boson de Higgs et la constante cosmologique, à savoir la densité d’énergie dans le vide spatial.
Cette dernière suggestion associe l’idée d’une physique inconnue derrière la masse étonnamment minuscule du boson de Higgs à une sorte d’effet multivers quantique, qui pourrait cette fois être testé.
Leur modèle place la particule de Higgs au centre de l’explication du réglage fin. En couplant le boson avec d’autres particules de telle sorte que sa faible masse « déclenche » effectivement des événements dans la physique que nous observons, il établit un lien entre les forces et la masse.
À partir de là, les auteurs montrent comment des variables à faible interaction dans un champ peuvent affecter différents types d’espace vide, notamment des parcelles de néant avec des degrés d’expansion variables. Cela démontre potentiellement le lien entre les bosons de Higgs et la constante cosmologique.
Il s’agit d’un multivers en quelque sorte, étant donné que les déclencheurs se produisant dans différentes parcelles d’espace en expansion infinie pourraient plausiblement donner naissance à un Univers apparemment bien équilibré comme le nôtre.
Leurs calculs suggèrent que ces déclencheurs seraient limités à quelques possibilités, et qu’il y a même de la place pour des explications de la matière noire. Mieux encore, ils prédisent également l’existence de plusieurs particules de Higgs de masses différentes, toutes plus petites que celle que nous avons déjà observée. Cela donne à l’hypothèse quelque chose qui peut être testé, au moins.
D’ici là, elle restera l’une des nombreuses idées intéressantes qui pourraient un jour expliquer le bras de fer étrangement bien équilibré qui a permis à un cosmos complexe de se développer.
L’étude publiée dans Physical Review D. : Weak scale as a trigger.
