Multivers : Un Océan de Bulles d’Espace-Temps en Expansion

Un univers parmi d’autres

Le concept de multivers est une hypothèse issue de la cosmologie inflationnaire. Dans ce cadre théorique, notre Univers observable ne serait qu’une bulle d’espace-temps en expansion parmi d’autres, née d’un champ quantique primordial. Cette idée découle des travaux du physicien Alan Guth (1947-) et de Andreï Linde (1948-), qui ont proposé que l’inflation cosmique ne se termine jamais complètement, produisant sans cesse de nouvelles bulles d’univers.

N.B. :
Le champ inflationnaire est une forme d’énergie très particulière, imaginée pour expliquer pourquoi l’Univers s’est agrandi si vite juste après sa naissance. Ce champ, qu’on appelle aussi champ scalaire, aurait rempli tout l’espace au tout début des temps. Son énergie aurait exercé une pression négative, faisant gonfler l’Univers comme une bulle à une vitesse gigantesque. Quand cette énergie s’est transformée en particules et en lumière, l’inflation s’est arrêtée et le Big Bang chaud a commencé, donnant naissance à la matière et aux galaxies.

Genèse des bulles dans le vide quantique

Au tout premier instant, l’Univers aurait connu une phase d’expansion exponentielle. Les fluctuations du vide quantique, amplifiées par cette inflation, ont pu engendrer des zones où le champ d’énergie s’est figé localement, créant des bulles d’univers. Chacune d’elles cesse d’inflater localement et devient un univers distinct avec sa propre densité d’énergie, sa géométrie et ses constantes physiques.

La décroissance du champ d’inflaton a libéré l’énergie qui a chauffé notre cosmos, déclenchant le Big Bang local. Pendant ce temps, d’autres régions continuent à enfler au-delà de notre horizon causal. Ce processus d’inflation éternelle conduit à un espace global empli d’univers-bulles en expansion continue.

Expansion décrite par la métrique de Friedmann

La croissance de notre Univers peut être décrite par un modèle mathématique appelé métrique de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker. Cette formulation traduit simplement comment l’espace lui-même s’étire avec le temps. Le facteur d’échelle \(a(t)\) indique la taille relative de l’Univers à un instant donné : plus \(a(t)\) augmente, plus l’Univers s’étend.

L’équation principale s’écrit :

\(\left( \frac{\dot{a}}{a} \right)^2 = \frac{8 \pi G}{3} \rho - \frac{k c^2}{a^2} + \frac{\Lambda c^2}{3}\)

Dans cette équation, \(\rho\) représente la densité d’énergie (matière, rayonnement…), \(k\) décrit la courbure de l’espace, et \(\Lambda\) est la constante cosmologique. Ainsi, la vitesse d’expansion de l’Univers dépend à la fois de sa matière, de sa forme et de l’énergie du vide. Cette approche permet de comprendre pourquoi l’Univers grandit aujourd’hui et comment il a grandi pendant l’inflation.

Comparaison entre un univers unique et un multivers inflationnaire

Références : Alan Guth (1947-), Andreï Linde (1948-), Alexander Vilenkin (1949-), Max Tegmark (1967-), Sean Carroll (1966-).
Sources : Physical Review D, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Cambridge University Press, 2017.

Un horizon limité dans l’infini

Notre horizon cosmologique est défini par la vitesse de la lumière et l’âge de l’Univers. Au-delà, d’autres bulles continuent à croître à des vitesses apparentes > c, non pas parce que la matière se déplace plus vite que la lumière, mais parce que l’espace lui-même s’étend. Ainsi, aucune information ne peut franchir les frontières entre univers-bulles.

Conclusion : une bulle dans la mousse cosmique

Si l’inflation éternelle est correcte, notre Univers n’est qu’une bulle dans un océan infini d’univers. Ce modèle élargit considérablement notre vision du réel : il ne s’agit plus seulement de galaxies dans un espace unique, mais d’ensembles d’univers isolés au sein d’un méta-espace quantique.

N.B. :
Selon l’interprétation des mondes multiples du physicien Hugh Everett (1930-1982), chaque interaction quantique pourrait engendrer une bifurcation d’univers possibles, offrant une autre vision du multivers, cette fois-ci purement quantique.