Les physiciens affirment qu’ils ont peut-être trouvé une explication tant attendue de l’énergie sombre, la force mystérieuse qui stimule l’expansion accélérée de l’univers, un nouvel étude préalable.
Leurs calculs suggèrent que, à la plus petite échelle, l’espace-temps se comporte de manière profondément quantique, différant radicalement de la structure continue et continue que nous vivons dans la vie quotidienne. Selon leurs résultats, les coordonnées de l’espace-temps ne « se rendent pas » – ce qui signifie que l’ordre dans lequel ils apparaissent dans les équations affectent le résultat. Ceci est similaire à la façon dont la position et la vitesse d’une particule se comportent mécanique quantique.
L’une des conséquences les plus frappantes de cet espace-temps quantique, comme prévu par théorie des cordesc’est qu’il conduit naturellement à une accélération cosmique. De plus, les chercheurs ont constaté que le taux à laquelle cette accélération diminue au fil du temps s’aligne remarquablement bien avec les dernières observations de l’instrument spectroscopique d’énergie noire (DESI).
« Vu à travers l’objectif de notre travail, vous pouvez penser à le résultat desi Comme la première preuve observationnelle soutenant la théorie des cordes et peut-être les premières conséquences observables de la théorie des cordes et de la gravité quantique, « co-auteur de l’étude Michael Kavicun professeur à SUNY Old Westbury, a déclaré à Live Science par e-mail.
Le mystère de l’expansion de l’univers
En 1998, deux équipes indépendantes – le Supernova Cosmology Project et l’équipe de recherche High-Z Supernova – ont découvert que l’expansion de l’univers ne ralentissait pas, comme le pensait précédemment, mais accélérait plutôt. Ils sont parvenus à cette conclusion en étudiant des supernovas éloignés, qui semblaient gradin que prévu. Cette accélération impliquait la présence d’une entité mystérieuse imprégnant l’espace, plus tard surnommé énergie sombre.
Cependant, l’origine de l’énergie sombre est restée insaisissable. Une hypothèse populaire suggère qu’elle provient de fluctuations quantiques dans le vide, similaires à celles observées dans le champ électromagnétique. Pourtant, lorsque les physiciens ont tenté de calculer le taux d’expansion en fonction de cette idée, ils sont arrivés à une valeur qui était de 120 ordres de grandeur trop importante – un écart stupéfiant.
Les observations de DESI récentes ont encore compliqué l’image. Selon le Modèle standard de particules élémentairessi l’énergie sombre était simplement une énergie de vide, sa densité doit rester constante dans le temps. Cependant, les données DESI indiquent que le taux d’accélération n’est pas fixe mais qu’il diminue avec le temps – quelque chose que le modèle standard ne prédit pas.
Résoudre le mystère avec la théorie des cordes
Pour lutter contre ces incohérences, les chercheurs se sont tournés vers la théorie des cordes, l’un des principaux candidats à une théorie quantique de la gravité. Contrairement au modèle standard, qui traite les particules élémentaires comme des points ponctuels, la théorie des cordes propose qu’ils sont en fait de minuscules objets vibrants et unidimensionnels appelés chaînes. Ces cordes, selon leurs modes de vibration, donnent naissance à différentes particules – y compris le graviton, l’hypothétique porteuse quantique de pesanteur.
Dans un nouveau papier Cela a été publié dans la base de données Preprint Arxiv mais n’a pas été évalué par les pairs, les physiciens Sunhaeng Hur, Djordje Miniic, Tatsu Takeuchi (Virginia Tech), Vishnu Jejjala (Université du Witwatersrand), et Michael Kavic a appliqué la théorie des cordes à analyser l’espace-temps au niveau quantum.
En remplaçant la description des particules par le modèle standard par le cadre de la théorie des cordes, les chercheurs ont constaté que l’espace-temps lui-même est intrinsèquement quantique et non commun, ce qui signifie l’ordre dans lequel les coordonnées apparaissent dans les équations.
Ce départ radical par rapport à la physique classique leur a permis de dériver les propriétés de l’énergie sombre non seulement à partir des données expérimentales, mais directement à partir d’une théorie physique fondamentale. Leur modèle a non seulement donné une densité d’énergie sombre qui correspond étroitement aux données d’observation, mais a également prédit correctement que cette énergie devrait diminuer au fil du temps, s’alignant sur les résultats de Desi.
L’un des aspects les plus frappants de leur résultat est que la valeur de l’énergie sombre dépend de deux échelles de longueur très différentes: la longueur de Planck, l’échelle fondamentale de la gravité quantique, qui est d’environ 10⁻³³ centimètres; et la taille de l’univers, qui a des milliards d’années-lumière de diamètre. Une telle connexion entre les plus petites et les plus grandes échelles du cosmos est très inhabituelle en physique et suggère que l’énergie sombre est profondément liée à la nature quantique de l’espace-temps lui-même.
« Cela fait allusion à une connexion plus profonde entre la gravité quantique et les propriétés dynamiques de la nature qui étaient censées être constantes », a déclaré Kavic. « Il peut s’avérer qu’une mauvaise compréhension fondamentale que nous portons avec nous est que les propriétés de base de notre univers sont statiques alors qu’en fait elles ne le sont pas. »
Tests expérimentaux et perspectives d’avenir
Bien que l’explication par l’équipe de l’expansion accélérée de l’univers soit une percée théorique importante, des tests expérimentaux indépendants sont nécessaires pour confirmer leur modèle. Les chercheurs ont proposé des façons concrètes de tester leurs idées.
Une ligne de preuve « implique de détecter des modèles d’interférence quantique compliqués, ce qui est impossible dans la physique quantique standard mais devrait se produire dans la gravité quantique », a ajouté MINIC.
L’interférence se produit lorsque les vagues, telles que les ondes de lumière ou de matière, se chevauchent et s’amplifient ou s’annulent, créant des modèles caractéristiques. Dans la mécanique quantique conventionnelle, l’interférence suit des règles bien compris, impliquant généralement deux voies quantiques ou plus possibles. Cependant, des interférences d’ordre supérieur – présentées par certains modèles de gravité quantique – suggèrent des interactions plus complexes qui vont au-delà de ces modèles standard. La détection de tels effets dans le laboratoire serait un test révolutionnaire de la gravité quantique.
« Ce sont des expériences de table qui pourraient être effectuées dans un avenir proche – dans les trois à quatre ans. »
« Il y a de nombreuses implications de notre approche de la gravité quantique », a déclaré Djordje minicPhysicien chez Virginia Tech et co-auteur du journal, dans un e-mail. Une ligne de preuve « implique de détecter des modèles d’interférence quantique compliqués, ce qui est impossible dans la physique quantique standard mais devrait se produire dans la gravité quantique », a ajouté MINIC.
L’interférence se produit lorsque les vagues, telles que les ondes de lumière ou de matière, se chevauchent et s’amplifient ou s’annulent, créant des modèles caractéristiques. Dans la mécanique quantique conventionnelle, l’interférence suit des règles bien compris. Cependant, certains modèles de gravité quantique suggèrent des interactions plus complexes qui vont au-delà de ces modèles standard. La détection de tels effets dans le laboratoire serait un test révolutionnaire de la gravité quantique.
« Ce sont des expériences de table qui pourraient être effectuées dans un avenir proche – dans les trois à quatre ans. »
En attendant, les chercheurs n’attendent pas de confirmations expérimentales. Ils continuent d’affiner leur compréhension de l’espace-temps quantique, ainsi que d’explorer des voies supplémentaires pour tester leur théorie.
S’il était confirmé, leurs résultats marqueraient une percée majeure non seulement pour expliquer l’énergie sombre mais aussi pour fournir les premières preuves tangibles de la théorie des cordes – un objectif longtemps recherché en physique fondamentale.
