Astronomie

Le nôtre est-il le premier univers ?

Le nôtre est-il le premier univers ?

Je vois ici qu'après une très longue période dans le futur, « temps estimé pour que les fluctuations quantiques aléatoires génèrent un nouveau Big Bang ».

Cela soulève la question, supposons-nous que notre big bang était le premier ? Ou sommes-nous l'un des nombreux membres d'une chaîne sans fin ? Ou est-ce que je manque complètement le point (être ignorant dans le sujet) ?


Il est très difficile de dire si nous sommes dans un Univers unique. La difficulté est que plus nous tentons de sonder au plus près dans les fractions de nanoseconde après le Big Bang, nos forumlations actuelles de la Gravité et les trois nos forces fondamentales ne fonctionnent pas. Il est donc très difficile de dire si notre Univers est unique.

Cependant, avec tout cela dit, ma conviction personnelle est que notre Univers n'est pas unique. Le temps estimé nécessaire aux fluctuations quantiques aléatoires pour générer un nouveau Big Bang, comme indiqué dans la page à laquelle vous avez fait référence, est un UNIMAGINEMENT grande échelle de temps.

Ma question que je vais vous poser est la suivante : comment pourrions-nous jamais dire que nous sommes un univers unique ou que nous faisons partie d'une collection d'univers ?


En ce qui concerne le premier Univers, je dois dire qu'il est d'abord à bien des égards de l'intérieur de l'Univers et de nos propres perspectives. Je vais essayer de rester proche de l'idée du premier car vous êtes unique. Dans tout l'Univers, il ne peut pas y avoir une copie exacte (exacte contenant les mêmes molécules, atomes et énergie) de vous dans cet Univers, donc vous, le reste d'entre nous et la planète sont uniques. En extrapolant à partir de cela, un argument pourrait être avancé pour que l'Univers soit uniquement le premier basé sur de nombreuses hypothèses, mais le fait crucial est que, avec la flèche du temps telle qu'elle est, nous sommes capables de formuler de telles questions dans notre esprit. Avoir une réponse à une telle question peut ne pas être aussi important que la question elle-même. À l'avenir, la vraie réalisation peut peut-être comprendre jusqu'où nos esprits peuvent atteindre. Puisque cette question parle d'abord, elle est vraiment temporelle et le passage du temps peut être compris comme la progression des événements d'une seule manière. La singularité au début serait là où il n'y a que cet événement (sans événements ?). Quoi qu'il en soit, nous vivons à côté le résultat de cette singularité à cet événement et pour autant que nous puissions comprendre, il est singulier.


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Nous venons peut-être, pour la toute première fois, d'avoir un aperçu alléchant d'un univers parallèle se cognant contre le nôtre. Les scientifiques disent que les signaux provenant des confins de l'espace suggèrent que le tissu de notre univers est perturbé par un autre univers. La découverte pourrait fournir la preuve de la théorie du multivers, qui dit qu'il existe de nombreux univers alternatifs.

Nous venons peut-être, pour la toute première fois, d'entrevoir un univers parallèle se cognant contre le nôtre.

Les scientifiques disent que les signaux provenant des confins de l'espace suggèrent que le tissu de notre univers est perturbé par un autre univers. La découverte pourrait fournir la preuve de la théorie du multivers, qui dit qu'il existe de nombreux univers alternatifs.

Le Dr Ranga-Ram Chary a examiné le bruit et les signaux résiduels dans le fond diffus cosmologique laissé par le Big Bang et a trouvé un certain nombre de points lumineux dispersés qui, selon lui, pourraient être des signaux d'un autre univers heurtant le nôtre il y a des milliards d'années.

Le Dr Ranga-Ram Chary, chercheur à l'Institut de technologie de Californie à Pasadena, a examiné les données du fond diffus cosmologique recueillies par le télescope spatial Planck de l'Agence spatiale européenne. Dans cette lueur laissée par les instants qui ont suivi le Big Bang, il a découvert un certain nombre d'endroits où la lumière des micro-ondes était beaucoup plus brillante qu'elle ne devrait l'être. Il prétend que ces thèses peuvent être des signaux causés par l'interaction entre notre univers et un autre quelques centaines de milliers d'années après le Big Bang il y a environ 13,8 milliards d'années.

L'existence de plusieurs univers - un multivers - a été considérée comme scientifiquement plausible. Si tous ces univers ont émergé du même Big Bang, alors ils sont probablement assis ensemble dans une rangée, vibrant. Selon la théorie, si ces univers se touchent, la collision qui en résulterait laisserait une sorte de preuve. Selon New Scientist, qui a d'abord rapporté les recherches du Dr Chary, cela s'apparente à deux bulles qui se heurtent. Ces soi-disant « univers à bulles », qui se développent au sein du multivers, se sont heurtés les uns aux autres au fur et à mesure de leur expansion après le Big Bang, laissant une empreinte sur la surface extérieure de chacun.

Le Dr Chary dit que les signaux qu'il a vus suggèrent que l'univers alternatif peut être très différent du nôtre. Il dit qu'il pourrait avoir un rapport de particules subatomiques appelées baryons et photons qui est environ dix fois supérieur à ce que nous voyons dans notre propre univers. Cela signifierait que la physique dans cet univers alternatif pourrait être très différente de la nôtre.

Le Dr Chary a expliqué : « Le réglage fin des paramètres dans l'univers primitif requis pour reproduire notre univers actuel suggère que notre univers peut simplement être une région au sein d'une super-région en expansion éternelle. De nombreuses autres régions au-delà de notre univers observable existeraient, chacune de ces régions étant régie par un ensemble de paramètres physiques différent de ceux que nous avons mesurés pour notre univers.

Le Dr Chary est arrivé à ses conclusions en utilisant des modèles du fond diffus cosmologique et en le soustrayant des images de Planck du ciel entier. Il a ensuite supprimé les signaux des étoiles, du gaz et de la poussière. Une fois tous ces éléments supprimés, tout ce qui aurait dû être visible dans les images était le bruit. Cependant, le Dr Chary rapporte qu'à la place, il a trouvé des taches éparses qui étaient 4 500 fois plus lumineuses qu'elles n'auraient dû l'être. On pense qu'ils proviennent d'une ère de l'évolution de l'univers connue sous le nom de recombinaison, lorsque les électrons et les protons se sont combinés pour la première fois pour créer de l'hydrogène. Cette ère a un spectre de couleurs distinctif en raison du nombre limité d'atomes autour, et a donc une apparence unique et les anomalies peuvent être facilement repérées.

Le Dr Chary a écrit : « L'implication est que la collision de notre univers avec un univers alternatif qui a une densité de baryons plus élevée est responsable de la signature de la ligne de recombinaison améliorée. »

D'autres astronomes sont très enthousiasmés par ses découvertes. Le Dr Jens Chluba, astronome à l'Université de Cambridge, a déclaré au New Scientist : « Pour expliquer les signaux que le Dr Chary a trouvés avec le rayonnement de recombinaison cosmologique, il faut augmenter considérablement le nombre (d'autres particules) par rapport aux photons. . Dans le domaine des univers alternatifs, c'est tout à fait possible.”

La découverte d'un autre univers serait bouleversante. De manière passionnante, une étude plus approfondie de cet univers parallèle possible pourrait être possible très bientôt grâce à PIXIE de la NASA, l'explorateur d'inflation primordiale dont les instruments pourraient observer et analyser plus précisément les signaux lumineux de Chary et obtenir plus de données sur l'inflation cosmique. Les scientifiques du Goddard Space Flight Center recherchent un financement pour PIXIE, mais ce financement pourrait ne pas être accordé avant la fin de 2016.

Regardez cette vidéo époustouflante, qui postule que même le modèle même de la vie peut provenir d'une autre dimension s'infiltrant dans la nôtre…


Les "hotspots" cosmiques peuvent être des reliques d'un univers qui existait avant le nôtre

Les scientifiques s'accordent à dire que l'histoire de l'univers a commencé il y a 13,8 milliards d'années, lorsque tout – toute la matière et l'énergie et même l'espace lui-même – a émergé du chaudron extraordinairement chaud et dense connu sous le nom de Big Bang.

Mais demande à un scientifique ce qui est arrivé avant que ce premier moment, et vous aurez probablement un haussement d'épaules. Pour beaucoup, penser à une époque avant le début des temps n'a aucun sens.

Roger Penrose n'en fait pas partie. Pendant plus d'une décennie, le physicien de l'Université d'Oxford a affiné sa théorie selon laquelle le Big Bang n'était pas le début de l'univers mais simplement une étape unique dans un cycle éternel de création et de récréation. Et maintenant, il prétend qu'il a les preuves pour le prouver.

Dans un nouvel article publié dans la bibliothèque de préimpression arXiv, Penrose et deux collaborateurs rapportent qu'ils ont identifié d'étranges points chauds d'énergie dans le ciel, situés au bord de l'univers observable. La cosmologie standard ne prédit pas ces caractéristiques. La cosmologie cyclique le fait.

« À l'origine, j'ai présenté ce modèle comme un stratagème scandaleux, un stratagème fou », avoue Penrose – et certains de ses collègues sont volontiers d'accord avec cette évaluation. "Je suis très sceptique à l'égard des cosmologies cycliques, quelle que soit leur saveur", a déclaré le physicien de Caltech Sean Carroll dans un article de blog, reflétant un sentiment commun.

Penrose désigne le ciel lui-même comme sa réfutation. S'il a raison, les points chauds cosmiques sont des reliques d'un univers qui existait avant le nôtre. Cela changerait complètement la façon dont nous pensons aux origines et au destin ultime de l'univers. « Dans la cosmologie cyclique, dit-il, il n'y a pas de commencement et rien n'est perdu.

D'un cosmos à l'autre

Quand Penrose qualifie ses idées de scandaleuses, il ne plaisante pas. Selon son modèle de « cosmologie cyclique conforme », nous sommes aux premiers stades d'une grande ère cosmique, ou éon. L'univers continuera à s'étendre à un rythme accéléré pendant des centaines de milliards d'années, ou peut-être beaucoup plus longtemps - certainement longtemps après la mort de la Terre.

Dans ce futur lointain, l'univers se sera tellement étendu que l'espace sera presque vide, dominé presque entièrement par l'énergie et le rayonnement plutôt que par la matière. À ce stade, soutient Penrose, la « masse » en tant que propriété de la matière disparaîtra. Les particules largement dispersées qui restent deviendront des fantômes sans masse, laissant l'univers sans structure reconnaissable.

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Cela semble étrange ? "Eh bien, cela ne me semble pas étrange", s'excuse Penrose en s'excusant.

Vient maintenant la partie vraiment déroutante. Une fois que les pierres de touche fondamentales de la masse et de la structure disparaissent, l'échelle disparaît également. L'univers infiniment grand devient physiquement identique à un univers infinitésimal et renaît dans un nouveau Big Bang - avec toute la masse et l'énergie de l'univers précédent à nouveau coincées dans un espace minuscule.

Le nouvel univers serait une version vierge du précédent. Il y aurait le même genre de matière et les mêmes lois physiques qui se déchaîneraient pour créer un tout nouvel ensemble de galaxies, d'étoiles et de planètes. "Le prochain univers sera exactement comme le nôtre, mais seulement dans son apparence générale, pas dans les détails, bien sûr", déclare Penrose.

Il décrit cette renaissance comme une « traversée », mais n'imaginez pas que vous puissiez littéralement passer d'un univers à l'autre. « Supposons que vous soyez un astronaute dans une capsule spatiale qui pourrait vous garder en vie pendant une période ridicule », dit Penrose. «Après un certain temps, le fondu de masse commencerait à arriver. Votre vaisseau spatial commencerait à se désintégrer, vous commenceriez à vous désintégrer, et à la limite vous deviendriez des choses sans masse. Le passage au prochain éon n'est pas quelque chose que vous pouvez expérimenter.

Mais si les personnes et les objets ne peuvent pas traverser, l'énergie le peut. C'est ainsi que Penrose pense qu'il voit des signes de ce qui s'est passé avant.

Signes d'avant

Dans le nouvel article de Penrose, co-écrit avec les physiciens Daniel An du SUNY Maritime College à New York et Krzysztof A. Meissner de l'Université de Varsovie, il étudie le sort des poches d'énergie d'un univers antérieur hypothétique, tel que celui qui pourrait être créé par trous noirs. Lorsqu'un ancien univers passe à un nouveau, affirment les scientifiques, les poches sont comprimées en points d'énergie concentrée.

Penrose appelle ces points « points Hawking » en l'honneur du célèbre physicien théoricien Stephen Hawking, son ancien collègue et collaborateur.

Selon la cosmologie cyclique, ces points devraient être détectables sous forme de points lumineux dans le fond cosmique des micro-ondes, une lueur omniprésente créée lorsque l'espace était encore rouge du Big Bang.

Effectivement, lorsque Penrose et son équipe ont examiné des cartes astronomiques de ce rayonnement, ils ont trouvé « de puissantes preuves d'observation de points individuels anormaux ». Pour lui, cela pourrait être la preuve éclatante d'un univers qui existait avant le nôtre.

Penrose a déjà fait des déclarations similaires, seulement pour les voir abattus. L'arrière-plan des micro-ondes regorge de caractéristiques aléatoires, ont noté ses critiques, et il est trop facile pour l'œil de discerner des motifs là où il n'y en a pas.

Alors cette fois, Penrose a demandé à An, son co-auteur, de comparer l'univers réel à des simulations informatiques de ce à quoi l'univers devrait ressembler selon la théorie conventionnelle. Si les points Hawking sont réels, ils ne devraient apparaître que dans les données authentiques. Si ce sont des illusions, elles devraient également apparaître dans les simulations.

Un a fini par créer 8 000 univers simulés. "Aucun d'entre eux ne présente l'effet Hawking-point", dit Penrose. "Zéro!"

Un chœur de critiques cosmiques

Malgré tout cela, les idées de Penrose sont toujours accueillies avec scepticisme.

Douglas Scott, un physicien de l'Université de la Colombie-Britannique qui avait contesté certaines des affirmations antérieures de Penrose, est également dubitatif à propos de celle-ci. « J'aimerais qu'il y ait des preuves d'un éon cosmique précédent, mais cela doit être bien meilleur que ce qui a été présenté jusqu'à présent », dit-il.

Carroll, quant à lui, doute des fondements théoriques du modèle de l'univers cyclique. Il dit qu'il explique pourquoi le Big Bang était ordonné - l'un des grands mystères de la cosmologie - "mais il invoque une transformation prenant un univers froid et vide dans un futur infini et le faisant correspondre à un univers de haute énergie dans le passé. Je ne vois simplement aucune raison pour laquelle cela se produirait ou devrait se produire. »

Penrose reconnaît que sa théorie se heurte fortement à la pensée dominante. Mais en tant que légende de la physique de 87 ans qui n'a rien à perdre, il continue joyeusement, à la recherche de preuves qui séduiront ses détracteurs. Une idée est de rechercher des indications que les particules peuvent perdre spontanément leur masse, comme il le prédit. Il développe également des prédictions plus détaillées sur les modèles distinctifs qui pourraient apparaître dans le fond diffus cosmologique.

Surtout, Penrose souhaite que ses collègues ouvrent les yeux sur la possibilité que nous puissions observer des preuves de ce qui s'est passé avant le Big Bang. "Cela change beaucoup de choses dans l'attitude", dit-il, ouvrant à l'étude une vaste histoire antérieure de l'univers.

Cela bouleverserait également un domaine qui, à son avis, aurait besoin d'être secoué.

« Il y a énormément de complaisance dans la communauté de la cosmologie », dit Penrose. "Si les gens se fâchent contre moi et disent:" C'est faux pour la raison a, b ou c ", c'est bien, car alors vous pouvez démarrer un dialogue."


L'eau était-elle abondante dans le premier milliard d'années de l'univers ?

Cette image de Hubble présente des nœuds sombres de gaz et de poussière connus sous le nom de « globules de Bok », qui sont des poches denses dans des nuages ​​moléculaires plus grands. Des îlots de matière similaires dans l'univers primitif auraient pu contenir autant de vapeur d'eau que nous en trouvons dans notre galaxie aujourd'hui, bien qu'ils contiennent mille fois moins d'oxygène. Crédit image : NASA, ESA et The Hubble Heritage Team Combien de temps après le Big Bang l'eau a-t-elle pu exister ? Pas tout de suite, car les molécules d'eau contiennent de l'oxygène et l'oxygène a dû se former dans les premières étoiles. Ensuite, cet oxygène a dû se disperser et s'unir à l'hydrogène en quantités importantes. De nouveaux travaux théoriques montrent que malgré ces complications, la vapeur d'eau aurait pu être tout aussi abondante dans les poches d'espace un milliard d'années après le Big Bang qu'elle l'est aujourd'hui.

« Nous avons examiné la chimie au sein de jeunes nuages ​​​​moléculaires contenant mille fois moins d'oxygène que notre Soleil. À notre grande surprise, nous avons découvert que nous pouvons obtenir autant de vapeur d'eau que nous en voyons dans notre propre galaxie », explique l'astrophysicien Avi Loeb du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA).

L'univers primitif manquait d'éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium. La première génération d'étoiles aurait été massive et de courte durée. Ces étoiles ont généré des éléments comme l'oxygène, qui se sont ensuite propagés vers l'extérieur via des vents stellaires et des explosions de supernova. Il en est résulté des « îlots de gaz enrichis en éléments lourds. Même ces îles, cependant, étaient beaucoup plus pauvres en oxygène que le gaz dans la Voie lactée aujourd'hui.

L'équipe a examiné les réactions chimiques qui pourraient conduire à la formation d'eau dans l'environnement pauvre en oxygène des premiers nuages ​​moléculaires. Ils ont découvert qu'à des températures d'environ 80 degrés Fahrenheit (300 Kelvin), une eau abondante pouvait se former dans la phase gazeuse malgré le manque relatif de matières premières.

"Ces températures sont probablement dues au fait que l'univers était alors plus chaud qu'aujourd'hui et que le gaz n'a pas pu se refroidir efficacement", explique l'auteur principal et doctorant Shmuel Bialy de l'Université de Tel Aviv.

"La lueur du fond cosmique des micro-ondes était plus chaude et les densités de gaz étaient plus élevées", ajoute Amiel Sternberg, co-auteur de l'Université de Tel Aviv.

Bien que la lumière ultraviolette des étoiles brise les molécules d'eau, après des centaines de millions d'années, un équilibre pourrait être atteint entre la formation et la destruction de l'eau. L'équipe a découvert que l'équilibre était similaire aux niveaux de vapeur d'eau observés dans l'univers local.

"Vous pouvez accumuler des quantités importantes d'eau en phase gazeuse même sans beaucoup d'enrichissement en éléments lourds", ajoute Bialy.

Ce travail actuel calcule la quantité d'eau qui pourrait exister en phase gazeuse dans les nuages ​​moléculaires qui formeront les générations futures d'étoiles et de planètes. Il ne traite pas de la quantité d'eau qui existerait sous forme de glace (qui domine dans notre galaxie) ou de la fraction de toute l'eau qui pourrait réellement être incorporée dans les systèmes planétaires nouvellement formés.


Le nôtre est-il le premier univers ? - Astronomie

Il y a quelques mois, le prix Nobel de physique a été décerné à deux équipes d'astronomes pour une découverte qui a été saluée comme l'une des observations astronomiques les plus importantes jamais réalisées. Et aujourd'hui, après avoir brièvement décrit ce qu'ils ont trouvé, je vais vous parler d'un cadre très controversé pour expliquer leur découverte, à savoir la possibilité qu'au-delà de la Terre, de la Voie lactée et d'autres galaxies lointaines, nous puissions découvrir que notre univers n'est pas le seul univers, mais fait plutôt partie d'un vaste complexe d'univers que nous appelons le multivers.

Maintenant, l'idée d'un multivers est étrange. Je veux dire, la plupart d'entre nous ont été élevés pour croire que le mot "univers" signifie tout. Et je dis la plupart d'entre nous avec prévoyance, car ma fille de quatre ans m'a entendu parler de ces idées depuis sa naissance. Et l'année dernière, je la tenais dans mes bras et j'ai dit : "Sophia, je t'aime plus que tout dans l'univers." Et elle s'est tournée vers moi et a dit : "Papa, univers ou multivers ?" (Rires)

Mais à moins d'une éducation aussi anormale, il est étrange d'imaginer d'autres royaumes séparés du nôtre, la plupart avec des caractéristiques fondamentalement différentes, qui seraient à juste titre appelés univers à part entière. Et pourtant, si spéculative que soit l'idée, je vise à vous convaincre qu'il y a des raisons de la prendre au sérieux, car cela pourrait être juste. Je vais raconter l'histoire du multivers en trois parties. Dans la première partie, je vais décrire ces résultats lauréats du prix Nobel et mettre en évidence un profond mystère que ces résultats ont révélé. Dans la deuxième partie, j'offrirai une solution à ce mystère. C'est basé sur une approche appelée théorie des cordes, et c'est là que l'idée du multivers entrera dans l'histoire. Enfin, dans la troisième partie, je vais décrire une théorie cosmologique appelée inflation, qui rassemblera toutes les pièces de l'histoire.

D'accord, la première partie commence en 1929, lorsque le grand astronome Edwin Hubble s'est rendu compte que les galaxies lointaines s'éloignaient toutes de nous, établissant que l'espace lui-même s'étendait, il s'étendait. C'était révolutionnaire. La sagesse dominante était qu'à la plus grande des échelles, l'univers était statique. Mais même ainsi, il y avait une chose dont tout le monde était certain : l'expansion devait ralentir. Que, tout comme l'attraction gravitationnelle de la Terre ralentit l'ascension d'une pomme lancée vers le haut, l'attraction gravitationnelle de chaque galaxie sur l'autre doit ralentir l'expansion de l'espace.

Passons maintenant aux années 1990, lorsque ces deux équipes d'astronomes que j'ai mentionnées au début se sont inspirées de ce raisonnement pour mesurer la vitesse à laquelle l'expansion a ralenti. Et ils l'ont fait en observant minutieusement de nombreuses galaxies lointaines, ce qui leur a permis de suivre l'évolution du taux d'expansion au fil du temps. Voici la surprise : ils ont constaté que l'expansion ne ralentit pas. Au lieu de cela, ils ont constaté que cela s'accélérait, allait de plus en plus vite. C'est comme lancer une pomme vers le haut et elle monte de plus en plus vite. Maintenant, si vous voyiez une pomme faire cela, vous voudriez savoir pourquoi. Qu'est-ce qui pousse dessus ?

De même, les résultats des astronomes méritent sûrement le prix Nobel, mais ils ont soulevé une question analogue. Quelle force pousse toutes les galaxies à s'éloigner les unes des autres à une vitesse toujours plus rapide ? Eh bien, la réponse la plus prometteuse vient d'une vieille idée d'Einstein. Vous voyez, nous sommes tous habitués à ce que la gravité soit une force qui fait une chose, rapproche les objets. Mais dans la théorie de la gravité d'Einstein, sa théorie de la relativité générale, la gravité peut aussi éloigner les choses.

Comment? Eh bien, selon les mathématiques d'Einstein, si l'espace est uniformément rempli d'une énergie invisible, un peu comme une brume uniforme et invisible, alors la gravité générée par cette brume serait une gravité répulsive et répulsive, c'est exactement ce dont nous avons besoin pour expliquer le constats. Parce que la gravité répulsive d'une énergie invisible dans l'espace - nous l'appelons maintenant énergie sombre, mais je l'ai rendue blanche ici pour que vous puissiez la voir - sa gravité répulsive ferait pousser chaque galaxie les unes contre les autres, entraînant l'expansion à la vitesse monter, ne pas ralentir. Et cette explication représente un grand progrès.

Mais je vous ai promis un mystère ici dans la première partie. C'est ici. Lorsque les astronomes ont déterminé quelle quantité de cette énergie noire doit imprégner l'espace pour expliquer l'accélération cosmique, regardez ce qu'ils ont trouvé. Ce nombre est petit. Exprimé dans l'unité appropriée, il est spectaculairement petit. Et le mystère est d'expliquer ce nombre particulier. Nous voulons que ce nombre émerge des lois de la physique, mais jusqu'à présent, personne n'a trouvé le moyen de le faire.

Maintenant, vous pourriez vous demander, devriez-vous vous en soucier ? Peut-être qu'expliquer ce nombre n'est qu'une question technique, un détail technique intéressant les experts, mais n'ayant aucun rapport avec qui que ce soit d'autre. Eh bien, c'est sûrement un détail technique, mais certains détails comptent vraiment. Certains détails fournissent des fenêtres sur des royaumes inexplorés de la réalité, et ce nombre particulier fait peut-être exactement cela, car la seule approche qui a jusqu'à présent progressé pour l'expliquer invoque la possibilité d'autres univers - une idée qui émerge naturellement de la théorie des cordes, ce qui m'amène à la deuxième partie : la théorie des cordes.

Alors gardez le mystère de l'énergie noire au fond de votre esprit alors que je vais maintenant vous dire trois choses clés sur la théorie des cordes. Tout d'abord, qu'est-ce que c'est ? Eh bien, c'est une approche pour réaliser le rêve d'Einstein d'une théorie unifiée de la physique, un cadre global unique qui serait capable de décrire toutes les forces à l'œuvre dans l'univers. Et l'idée centrale de la théorie des cordes est assez simple. Il dit que si vous examinez un morceau de matière de plus en plus finement, vous trouverez d'abord des molécules, puis des atomes et des particules subatomiques. Mais la théorie dit que si vous pouviez sonder plus petit, beaucoup plus petit que ce que nous pouvons faire avec la technologie existante, vous trouverez quelque chose d'autre à l'intérieur de ces particules - un petit filament d'énergie vibrant, une petite corde vibrante. Et tout comme les cordes d'un violon, elles peuvent vibrer selon différents modèles produisant différentes notes musicales. Ces petites cordes fondamentales, lorsqu'elles vibrent selon des schémas différents, produisent différents types de particules. Ainsi, les électrons, les quarks, les neutrinos, les photons, toutes les autres particules seraient unies en une seule structure, car elles proviendraient toutes de cordes vibrantes. C'est une image captivante, une sorte de symphonie cosmique, où toute la richesse que nous voyons dans le monde qui nous entoure émerge de la musique que ces petites cordes minuscules peuvent jouer.

Mais cette unification élégante a un coût, car des années de recherche ont montré que les mathématiques de la théorie des cordes ne fonctionnent pas tout à fait. Il a des incohérences internes, à moins que nous ne permettions quelque chose de totalement inconnu - des dimensions supplémentaires de l'espace. C'est-à-dire que nous connaissons tous les trois dimensions habituelles de l'espace. Et vous pouvez les considérer comme la hauteur, la largeur et la profondeur. Mais la théorie des cordes dit que, à des échelles fantastiquement petites, il y a des dimensions supplémentaires froissées à une taille si petite que nous ne les avons pas détectées. Mais même si les dimensions sont cachées, elles auraient un impact sur les choses que nous pouvons observer car la forme des dimensions supplémentaires limite la façon dont les cordes peuvent vibrer. Et dans la théorie des cordes, la vibration détermine tout. Ainsi, les masses de particules, les forces des forces et, plus important encore, la quantité d'énergie noire seraient déterminées par la forme des dimensions supplémentaires. Donc, si nous connaissions la forme des dimensions supplémentaires, nous devrions pouvoir calculer ces caractéristiques, calculer la quantité d'énergie noire.

Le défi est que nous ne connaissons pas la forme des dimensions supplémentaires. Tout ce que nous avons est une liste de formes candidates autorisées par les mathématiques. Maintenant, lorsque ces idées ont été développées pour la première fois, il n'y avait qu'environ cinq formes candidates différentes, vous pouvez donc imaginer les analyser une par une pour déterminer si certaines donnent les caractéristiques physiques que nous observons. Mais au fil du temps, la liste s'est allongée à mesure que les chercheurs trouvaient d'autres formes candidates. De cinq, le nombre est passé à des centaines, puis des milliers - Une collection importante, mais toujours gérable, à analyser, car après tout, les étudiants diplômés ont besoin de quelque chose à faire. Mais ensuite, la liste a continué à s'allonger jusqu'à atteindre des millions et des milliards jusqu'à aujourd'hui. La liste des formes candidates a grimpé d'environ 10 à 500.

Alors que faire? Eh bien, certains chercheurs ont perdu courage, concluant qu'il y avait tant de formes candidates pour les dimensions supplémentaires, chacune donnant lieu à des caractéristiques physiques différentes, que la théorie des cordes ne ferait jamais de prédictions définitives et vérifiables. Mais d'autres ont renversé ce problème, nous amenant à la possibilité d'un multivers. Voici l'idée. Peut-être que chacune de ces formes est sur un pied d'égalité les unes avec les autres. Chacun est aussi réel les uns que les autres, dans le sens où il existe de nombreux univers, chacun avec une forme différente, pour les dimensions supplémentaires. Et cette proposition radicale a un impact profond sur ce mystère : la quantité d'énergie noire révélée par les résultats du prix Nobel.

Parce que vous voyez, s'il y a d'autres univers, et si ces univers ont chacun, disons, une forme différente pour les dimensions supplémentaires, alors les caractéristiques physiques de chaque univers seront différentes, et en particulier, la quantité d'énergie noire dans chaque univers sera différent. Ce qui signifie que le mystère de l'explication de la quantité d'énergie noire que nous avons maintenant mesurée prendrait un tout autre caractère. Dans ce contexte, les lois de la physique ne peuvent pas expliquer un seul nombre pour l'énergie noire car il n'y a pas qu'un seul nombre, il y a plusieurs nombres. Ce qui signifie que nous avons posé la mauvaise question. La bonne question à se poser est la suivante : pourquoi nous, les humains, nous trouvons-nous dans un univers avec une quantité particulière d'énergie noire que nous avons mesurée au lieu de toutes les autres possibilités qui existent ?

Et c'est une question sur laquelle nous pouvons avancer. Parce que ces univers qui ont beaucoup plus d'énergie sombre que le nôtre, chaque fois que la matière essaie de s'agglutiner dans les galaxies, la poussée répulsive de l'énergie noire est si forte qu'elle fait éclater l'amas et que les galaxies ne se forment pas. Et dans ces univers qui ont beaucoup moins d'énergie sombre, eh bien, ils s'effondrent sur eux-mêmes si rapidement que, encore une fois, les galaxies ne se forment pas. Et sans galaxies, il n'y a pas d'étoiles, pas de planètes et aucune chance que notre forme de vie existe dans ces autres univers.

Nous nous trouvons donc dans un univers avec la quantité particulière d'énergie noire que nous avons mesurée simplement parce que notre univers a des conditions hospitalières pour notre forme de vie. Et ce serait ça. Mystère résolu, multivers trouvé. Maintenant, certains trouvent cette explication insatisfaisante. Nous sommes habitués à ce que la physique nous donne des explications définitives sur les caractéristiques que nous observons. Mais le fait est que si la caractéristique que vous observez peut prendre et prend une grande variété de valeurs différentes à travers le paysage plus large de la réalité, alors penser qu'une explication pour une valeur particulière est tout simplement erronée.

Un premier exemple vient du grand astronome Johannes Kepler qui était obsédé par la compréhension d'un nombre différent - pourquoi le Soleil est à 93 millions de kilomètres de la Terre. Et il a travaillé pendant des décennies à essayer d'expliquer ce nombre, mais il n'a jamais réussi, et nous savons pourquoi. Kepler posait la mauvaise question.

Nous savons maintenant qu'il existe de nombreuses planètes à une grande variété de distances différentes de leurs étoiles hôtes. Donc, en espérant que les lois de la physique expliqueront un nombre particulier, 93 millions de miles, eh bien, c'est tout simplement erroné. Au lieu de cela, la bonne question à poser est la suivante : pourquoi nous, les humains, nous trouvons-nous sur une planète à cette distance particulière, au lieu de n'importe quelle autre possibilité ? Et encore une fois, c'est une question à laquelle nous pouvons répondre. Les planètes qui sont beaucoup plus proches d'une étoile comme le Soleil seraient si chaudes que notre forme de vie n'existerait pas. Et ces planètes qui sont beaucoup plus éloignées de l'étoile, eh bien, elles sont si froides que, encore une fois, notre forme de vie ne s'installerait pas. Nous nous trouvons donc sur une planète à cette distance particulière simplement parce qu'elle crée des conditions vitales à notre forme de vie. Et en ce qui concerne les planètes et leurs distances, c'est clairement le bon raisonnement. Le fait est que, lorsqu'il s'agit d'univers et de l'énergie noire qu'ils contiennent, cela peut aussi être le bon type de raisonnement.

Une différence clé, bien sûr, est que nous savons qu'il existe d'autres planètes, mais jusqu'à présent, je n'ai spéculé que sur la possibilité qu'il puisse y avoir d'autres univers. Donc, pour tout rassembler, nous avons besoin d'un mécanisme qui puisse réellement générer d'autres univers. Et cela m'amène à ma dernière partie, la troisième partie. Parce qu'un tel mécanisme a été découvert par des cosmologues essayant de comprendre le Big Bang. Vous voyez, quand on parle du Big Bang, on a souvent l'image d'une sorte d'explosion cosmique qui a créé notre univers et fait se précipiter l'espace vers l'extérieur.

Mais il y a un petit secret. Le Big Bang laisse de côté quelque chose d'assez important, le Bang. Il nous dit comment l'univers a évolué après le Bang, mais ne nous donne aucun aperçu de ce qui aurait alimenté le Bang lui-même. And this gap was finally filled by an enhanced version of the Big Bang theory. It's called inflationary cosmology, which identified a particular kind of fuel that would naturally generate an outward rush of space. The fuel is based on something called a quantum field, but the only detail that matters for us is that this fuel proves to be so efficient that it's virtually impossible to use it all up, which means in the inflationary theory, the Big Bang giving rise to our universe is likely not a one-time event. Instead the fuel not only generated our Big Bang, but it would also generate countless other Big Bangs, each giving rise to its own separate universe with our universe becoming but one bubble in a grand cosmic bubble bath of universes.

And now, when we meld this with string theory, here's the picture we're led to. Each of these universes has extra dimensions. The extra dimensions take on a wide variety of different shapes. The different shapes yield different physical features. And we find ourselves in one universe instead of another simply because it's only in our universe that the physical features, like the amount of dark energy, are right for our form of life to take hold. And this is the compelling but highly controversial picture of the wider cosmos that cutting-edge observation and theory have now led us to seriously consider.

One big remaining question, of course, is, could we ever confirm the existence of other universes? Well let me describe one way that might one day happen. The inflationary theory already has strong observational support. Because the theory predicts that the Big Bang would have been so intense that as space rapidly expanded, tiny quantum jitters from the micro world would have been stretched out to the macro world, yielding a distinctive fingerprint, a pattern of slightly hotter spots and slightly colder spots, across space, which powerful telescopes have now observed. Going further, if there are other universes, the theory predicts that every so often those universes can collide. And if our universe got hit by another, that collision would generate an additional subtle pattern of temperature variations across space that we might one day be able to detect. And so exotic as this picture is, it may one day be grounded in observations, establishing the existence of other universes.

I'll conclude with a striking implication of all these ideas for the very far future. You see, we learned that our universe is not static, that space is expanding, that that expansion is speeding up and that there might be other universes all by carefully examining faint pinpoints of starlight coming to us from distant galaxies. But because the expansion is speeding up, in the very far future, those galaxies will rush away so far and so fast that we won't be able to see them — not because of technological limitations, but because of the laws of physics. The light those galaxies emit, even traveling at the fastest speed, the speed of light, will not be able to overcome the ever-widening gulf between us. So astronomers in the far future looking out into deep space will see nothing but an endless stretch of static, inky, black stillness. And they will conclude that the universe is static and unchanging and populated by a single central oasis of matter that they inhabit — a picture of the cosmos that we definitively know to be wrong.

Now maybe those future astronomers will have records handed down from an earlier era, like ours, attesting to an expanding cosmos teeming with galaxies. But would those future astronomers believe such ancient knowledge? Or would they believe in the black, static empty universe that their own state-of-the-art observations reveal? I suspect the latter. Which means that we are living through a remarkably privileged era when certain deep truths about the cosmos are still within reach of the human spirit of exploration. It appears that it may not always be that way. Because today's astronomers, by turning powerful telescopes to the sky, have captured a handful of starkly informative photons — a kind of cosmic telegram billions of years in transit. and the message echoing across the ages is clear. Sometimes nature guards her secrets with the unbreakable grip of physical law. Sometimes the true nature of reality beckons from just beyond the horizon.


And then there was light: looking for the first stars in the Universe

In this image of the Epoch of Reionisation, neutral hydrogen, in red, is gradually ionized by the first stars, shown in white. The image was made by the University of Melbourne's Dark-ages Reionisation And Galaxy Observables from Numerical Simulations (DRAGONS) programme. Credit: Paul Geil and Simon Mutch

Astronomers are closing in on a signal that has been travelling across the Universe for 12 billion years, bringing them nearer to understanding the life and death of the very earliest stars.

In a paper on the preprint site arXiv and soon to be published in the Journal d'astrophysique, a team led by Dr. Nichole Barry from Australia's University of Melbourne and the ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3-D) reports a 10-fold improvement on data gathered by the Murchison Widefield Array (MWA) - a collection of 4096 dipole antennas set in the remote hinterland of Western Australia.

The MWA, which started operating in 2013, was built specifically to detect electromagnetic radiation emitted by neutral hydrogen—a gas that comprised most of the infant Universe in the period when the soup of disconnected protons and neutrons spawned by the Big Bang started to cool down.

Eventually these hydrogen atoms began to clump together to form stars—the very first ones to exist—initiating a major phase in the evolution of the Universe, known as the Epoch of Reionisation, or EoR.

"Defining the evolution of the EoR is extremely important for our understanding of astrophysics and cosmology," explains Dr. Barry.

"So far, though, no one has been able to observe it. These results take us a lot closer to that goal."

In this simulation of the Epoch of Reionisation, neutral hydrogen, in red, is gradually ionised by the first stars, shown in white. The video was made by the University of Melbourne's Dark-ages Reionisation And Galaxy Observables from Numerical Simulations (DRAGONS) programme. Credit: Paul Geil and Simon Mutch

The neutral hydrogen that dominated space and time before and in the early period of the EoR radiated at a wavelength of approximately 21 centimetres. Stretched now to somewhere above two metres because of the expansion of the Universe, the signal persists—and detecting it remains the theoretical best way to probe conditions in the early days of the Cosmos.

However, doing so is fiendishly difficult.

"The signal that we're looking for is more than 12 billion years old," explains ASTRO 3-D member and co-author Associate Professor Cathryn Trott, from the International Centre for Radio Astronomy Research at Curtin University in Western Australia.

"It is exceptionally weak and there are a lot of other galaxies in between it and us. They get in the way and make it very difficult to extract the information we're after."

In other words, the signals recorded by the MWA—and other EoR-hunting devices such as the Hydrogen Epoch of Reionisation Array in South Africa and the Low Frequency Array in The Netherlands—are extremely messy.

Using 21 hours of raw data Dr. Barry, co-lead author Mike Wilensky, from the University of Washington in the US, and colleagues explored new techniques to refine analysis and exclude consistent sources of signal contamination, including ultra-faint interference generated by radio broadcasts on Earth.

Dr Nichole Barry at The Murchison Widefield Array (MWA) Credit: Ruby Byrne

The result was a level of precision that significantly reduced the range in which the EoR may have begun, pulling in constraints by almost an order of magnitude.

"We can't really say that this paper gets us closer to precisely dating the start or finish of the EoR, but it does rule out some of the more extreme models," says Professor Trott.

"That it happened very rapidly is now ruled out. That the conditions were very cold is now also ruled out."

Dr. Barry said the results represented not only a step forward in the global quest to explore the infant Universe, but also established a framework for further research.

"We have about 3000 hours of data from MWA," she explains, "and for our purposes some of it is more useful than others. This approach will let us identify which bits are most promising, and analyse it better than we ever could before."


Explore Our Stellar Universe with NASA’s Astronomy Picture of the Day Site

@yeah_books
Mar 14, 2021, 8:00 am EDT | 1 min read

ESA/Hubble, NASA

It’s always a wondrous experience to look up at the night sky and gaze at the beautiful constellations, but the naked eye can only see so much. However, with the help of NASA, astronomers, astrophotographers, and other scientific contributors, you can view the sights of our universe directly on the Astronomy Picture of the Day website.

To be clear, this is not a new thing. The exciting website was founded in 1995 by friends Robert J. Nemiroff and Jerry T. Bonnell. The two are both professional astronomers and were once even office-mates at NASA’s Goddard Space Flight Center. Across the top of the homepage, it says “Discover the cosmos! Each day a different image or photograph of our fascinating universe is featured, along with a brief explanation written by a professional astronomer.” In fact, the site is the largest collection of annotated astronomy images on the internet.

The site is also available—as a mirror site—in dozens of other countries and languages, making it easier for everyone to enjoy the images every day. Of course, the site has companion mobile apps for iOS and Android as well, so you can get your astronomy fix on the go.

Hubble Heritage Team, ESA, NASA

Only the current day’s image is actively displayed on the site, but a quick visit to the archive will take you to a list of all past images listed by date, starting with the most recent. Likewise, you can also go to the site’s index and view pictures by topic, like Space Stations, Binary Stars, Dark Matter, Jupiter’s Moons, Messier Objects, or Quasars and Active Galactic Nuclei.

The site itself is pretty simple and straightforward and keeps the focus on the thousands of beautiful images it’s posted over the decades, like Pleiades: The Seven Sisters Star Cluster, NGC 1499: The California Nebula, Stars over an Erupting Volcano, Galaxies in the River, The Magnificent Horsehead Nebula, and the Ghost Aurora over Canada. Every image is high resolution as well. Clicking on any image will open a larger and higher-resolution version in a new tab, which you can spend hours staring at.

And if you’re a backyard astronomer yourself, you can submit your own stellar images to the site via the Submissions page.

Suzanne Humphries
Suzanne Humphries is an Associate Editor for Review Geek. She has over six years of experience across multiple publications researching and testing products, as well as writing news, reviews, and how-to articles covering software, hardware, entertainment, networking, electronics, gaming, finance, and small business. Read Full Bio »

Maybe we are the first in the Universe

It's a very old and big universe. I personally doubt it . I think we're nowhere near the first or last. Just too many stars.

And too much space between them.

Logically speaking your right. But a more subjective perspective would be neat, like we are precursors. Maybe we will start life on other worlds and continue doing so.

It seemed to me he was just talking about the milky way.

I doubt it too but the possibility exists. For all we know, it might take just this long for life to evolve to our point.

"If it is just us. seems like an awful waste of space."

The sheet volume of stars and planets around them makes me think you're right. However, there may be more we have to discover about the chemistry behind the origins of life, and the physics behind planet formation that will make life far rarer than we expect.

If the universe is going to exist for trillions of years, we are early in its age, right?

I agree a billion percent, but I would be lying if I didn't sometimes wonder if we could be wrong about how old 13.7 billion years really is. Obviously this is isn't true but it would be crazy if we realized that 13.7 billion is actually quite young for our universe. Rapid expansion kills that thought real quick though :(

Age is as relative as space and time. Perhaps we are an infant universe, just beginning to bud with life.

Stupidly, the Reddit title says "universe," but the article is about the Milky Way.

Some crazy complexity of a sphere and conditions we have had here though!

We are in the "oldest" part of the Universe, it gets younger and younger the further we look.

Reddit title is inaccurate to the article's content. Article speaks of the first in the GALAXY, not universe. Which is funny, since the username matches the blog, so the blog writer appears to have posted this on reddit.

It feels like life in other galaxies is irrelevant, considering the vast amount of time it would take to cross intergalactic space at even light-speed. Top that with the fact that spacetime is expanding, therefore all galaxies in the universe are moving away from us.

All of that is assuming there is no way to move faster than the speed of light.

Well, isn't the milky way almost as old as the universe?

The things is not only is space very big, temps is very big too. 13.7 billion years is a long long time, and even if we agree with the article's very sound reasoning that life will require heavy elements and therefore population I or II stars, it's still billions of years in which life has had a chance to evolve throughout the universe. But because of the large timescales and distances involved it would be extremely unlikely for two civilisations to ever meet.

A civilisation could have arisen on our stellar doorstep but died out back when Ediacarans ruled the earth. Or there could be multiple civilisations out there right now at various stages of development that are unfathomably remote from us and who we'll never get to meet.

The chance of life arising near us in space but also at the same time as our technological growth et also having the intelligence to initiate or respond to contact is so incredibly remote it's not even worth considering.