Et si le temps disparaissait proche du Big Bang ?

La relativité générale, la grande théorie d’Einstein, fonctionne remarquablement bien ! Nous venons d’en avoir une nouvelle confirmation avec la magnifique mesure des ondes gravitationnelles par LIGO. Elle nous apprend que l’espace est une entité dynamique et que l’expansion de l’Univers est en fait une dilatation de l’espace. Grâce à elle, il est possible de rendre compte de façon fiable et précise de l’essentiel de l’histoire de l’Univers. Hélas, elle ne fonctionne plus au moment du Big Bang ou juste autour de celui-ci. Il faudrait alors disposer d’une théorie « meilleure » que la relativité générale : une théorie de gravitation quantique, c’est-à-dire conciliant les deux piliers de la physique de 20ème siècle.
Illustration imagée de l'espace en gravité quantique à boucles (crédit : Carlo Rovelli)
Illustration imagée de l’espace en gravité quantique à boucles (crédit : Carlo Rovelli)
À l’heure actuelle aucune théorie consensuelle de gravitation quantique n’existe. Parmi les modèles les plus étudiés, on trouve la théorie des cordes et la gravitation quantique à boucles. Cette dernière fait apparaître des espèces « d’atomes d’espace ». Depuis une quinzaine d’années, elle a été appliquée avec succès à l’Univers lui-même et montre que le Big Bang disparaitrait et serait remplacé par un grand rebond, un Big Bounce. Il s’agit naturellement d’un modèle spéculatif mais il est cohérent.

Depuis quelques temps, nous avons mis en évidence un autre effet qui n’avait pas été vu jusqu’à maintenant : il semblerait que proche du Big Bounce la structure de l’espace-temps devienne euclidienne ! En clair, cela signifie que le temps disparaitrait qu’il n’y aurait plus que 4 dimensions d’espace. Le temps, tel que nous le connaissons, serait alors une grandeur « émergente » résultant d’une brisure spontanée de symétrie.
C’est une perspective fascinante parce qu’un tel comportement a précisément été postulé par Hawking et d’autres physiciens il y une trentaine d’année mais pour des raisons essentiellement techniques (les intégrales se comportent mieux dans ce cas). Ici, il apparait de façon dynamique et naturelle, comme une conséquence d’une théorie bien définie et non comme une hypothèse.
Illustration du "big bounce" de la gravité quantique à boucles.
Illustration du « big bounce » de la gravité quantique à boucles.
De plus, nous commençons à pouvoir calculer ce que seraient les effets observationnels d’un tel modèle, en particulier au sein du rayonnement cosmologique fossile. Mais cela soulève énormément de questions conceptuelle : que signifie « propager » une onde si le temps n’existe plus ? Nous n’en sommes qu’au début de cette aventure fascinante (et incontestablement spéculative) mais que ces questions très fondamentales entrent dans le giron de la science expérimentale est une bonne nouvelle.

47 réflexions sur “ Et si le temps disparaissait proche du Big Bang ? ”

  1. Passionnant !
    Mais déjà que je m’arrache les cheveux à travailler un cours de Relativité Générale depuis plusieurs mois (super, j’ai bien progressé mais il me reste du boulot …), je vois mal comment je pourrais un jour réussir à comprendre les subtilités de la Gravité Quantique à Boucles ; -(.
    Au fait, existe-t-il des ouvrages de vulgarisation bien faits sur cette théorie, qui expose à la fois les grands principes « techniques » mais qui reste accessible, sans trop en dénaturer les fondations ? Si oui, je me le procurerai volontiers
    Et merci bcp pour ce superbe blog !

    1. Bien sûr, il y a l’excellentissime livre de Carlo Rovelli « par-delà le visible (la réalité du monde physique et la gravité quantique. Quel bouquin !

      1. Je me permets de préciser qu' »une brève histoire du temps » qui est un chef-d’oeuvre, n’atteint pas des sommets de vulgarisation. Je crois qu’il est préférable pour un néophyte de commencer par Etienne Klein (le temps et sa flèche (réédition 2013)) ou (le temps qui passe 2006).

  2. NGC 1365

    14 juillet 2015 à 11 h 57 min

    Le Big bang a créé une multitudes de miroirs, ces miroirs en brisure de symétrie dont l’image est un morphose a donné naissance, a la symétrie intelligente des quantifications afin de mettre en place la symétrie vivante du cosmos, gravitation, espace-temps, et bien d’autres. Vont participer à cette résonance morphique des systèmes organiser, le cosmos dans toutes son évolution puisant dans ces systèmes de miroirs, afin de se donner une image réelle d’un cosmos en description tel qu’on le regarde à ce jour… miroirs magiques.
    Oui c’est bien vivant.

  3. Bonjour,
    Votre article est captivant.
    Cependant j’ai du mal à comprendre ce passage « En clair, cela signifie que le temps disparaitrait qu’il n’y aurait plus que 4 dimensions d’espace. » , à quoi correspondrait alors la quatrième dimension dans un espace tel que le notre ?
    Selon vous (physiciens) le temps résulterait « d’une brisure spontanée de symétrie » , cette brisure est-elle le résultat d’une erreur ou se produirait-elle à chaque fois ?
    Cordialement

  4. Fascinant ! Le concept d’univers PRE-existant Illustré dans la figure ci dessus est également difficile à appréhender dans l’hypothèse où le temps n’existait pas au big bounce car « PRE » semble intimement lié à une antériorité temporelle. Pouvez vous nous conseiller des références à lire pour approfondir ces sujets (pour des personnes déjà familière de RG et de théorie quantique des champs ?)

  5. Ca me fait penser à une sorte de fuite cet espace en 4D dont l’une devient un temps qui s’écoule, tel un ballon de baudruche qui explose au contact d’une aiguille.

  6. Bonjour Monsieur Barrau,
    Je saisis l’occasion pour modestement vous féliciter de la clarté de vos explications, et pour la synthèse que vous êtes capable de faire entre des concepts aussi différents que philosophie et science par exemple. On découvre en vous écoutants qu’ils sont complémentaires car de fait issus de la pensée humaine.
    Je suis convaincu que c’est la somme de ces formes de pensées, par leur complémentarité, qui donnent la force qui permet la résolutions de sujets complexes.
    Bien entendu mon maigre bagage mathématique ne me permet pas de comprendre les rouages intimes de vos explications, mais le niveau suffisamment élevé de vos « vulgarisations » m’apportent une compréhension de notre Univers que je m’efforce à mon tour de vulgariser autour de moi.
    Bien cordialement.
    Alain BARON

  7. Sidérant! Et je pèse le mot! Mais mon esprit, non formé aux études scientifiques, a bien du mal à assimiler ces notions de relativité « espace/temps » et à concevoir le rapport: »vide/plein »!
    En effet si on considère les illustrations modélisées du « Big-Bang » ou « Big-Bounce » comment concevoir la notion d’un »vide »sidéral « autour de ces cycles de condensations et d’expansions de la « matière »de ou des univers?
    Et Dieu dans tout ça? Dire que l’homme est toujours capable de s’étriper au nom de croyances ,d’interrogations et de peurs ancestrales!

  8. « Cette dernière fait apparaître des espèces « d’atomes d’espace ». » : une hypothèse en passe d’être invalidée par l’holometer, un interféromètre qui pourrait détecter des fluctuations « a thousand times smaller than a single proton« . Voir l’article intitulé : « Holometer rules out first theory of space-time correlations »

      1. Bonjour,
        Une expérience de pensée me fait dire que le principe holographique qui dit que tout ce qui se passe dans un volume peut être encodé sur sa surface est faux:
        – l’on part du point infinitésimal sans dimension dans lequel rien ne se passe : sa surface ne contient pas d’information et donc sa surface n’existe pas
        – le point infinitésimal se dilate (création de l’espace et donc du temps): à partir de quel moment sa surface commence-t-elle a contenir une partie ou tout ce qui s’y passe ?
        – une sphère de volume infini peut-elle voir sa surface encoder l’entièreté de ce qui s’y passe (une infinité de « pelures d’oignon »)?
        J’ai des doutes.

  9. J’ai trouvé un livre de vulgarisation assez accessible qui traite entre autre de cette question:  » ET SI LE TEMPS N’EXISTAIT PAS », de Carlo Rovelli chez Dunod. Ch 3 La théorie des boucles.
    Ch 7 Les boucles, les cordes et les autres.

  10. Bonjour,

    Question toute bête: s’il y a expansion de l’univers, qu’est-ce qui pourrait provoquer le rebond? Sur l’image ci-dessus on remarque une inflation avant le rebond; quelle en serait la cause?

    D’ailleurs, faut-il en prendre connaissance (l’image) de droite à gauche ou inversement? S’il n’y a plus de temps, il n’y a plus de défilement (sarcasme ) 😉

    1. Bonjour Alzé,
      Le rebond est dû au fait que la densité atteint une valeur très élevée.
      Il n’y a pas de déflation avant le rebond dans la plupart des trajectoires.
      Amitiés,
      Aurélien

  11. C’est encore moi 🙂

    Je viens de ne faire une bête réflexion en préparant mon café.

    Et si tout ceci n’était qu’un élastique? Il s’étire (expansion) et le temps avance … il rétréci (inflation) et le temps, forcément, recule … jusqu’au temps 0. Et ça repart ainsi, à l’infini.

  12. A K :
    On trouve ça, de Carlo Rovelli, en libre accès :
    https://www.google.pt/search?q=livre+gravitation+quantique+a+boucles&ie=utf-8&oe=utf-8&gws_rd=cr&ei=3DTEVoT-CYq6aaWvo7AP
    Il y a aussi son beau livre de vulgarisation qui l’évoque très simplement à la fin :
    http://www.amazon.fr/Par-del%C3%A0-visible-physique-quantique/dp/2738132154
    Mais vous connaissez sans doute déjà tout ça.
    Blog passionnant sinon, merci à M. Barrau, et j’en profite pour dire que j’ai également beaucoup apprécié ses ouvrages de vulgarisation, en particulier leur style et leur ouverture d’esprit culturelle, leur éclectisme rafraîchissant, et leur clarté bien sûr.

  13. Concernant les questions de livres « accessibles », je recommande sans réserve ceux de Carlo Rovelli (ainsi que ses article des recherche, évidemment, mais ils sont plus complexes).
    Amitiés,
    Aurélien

    1. Merci bcp Aurélien et les différents contributeurs pour vos retours, et suggestions je vais partir sur 1 ou 2 livres de Carlo Rovelli : « Par delà le visible : La réalité du monde physique et la gravité quantique ». Et potentiellement « Covariant Loop Quantum Gravity: An Elementary Introduction to Quantum Gravity and Spinfoam Theory » si j’ai le courage d’aller plus loin dans la partie théorique …
      Motivé, mais pas assez de temps disponible, donc à voir (et comme je le disais plus haut, je travaille déjà un cours + exercices de Relativité Générale à mes heures perdues, et il reste du boulot pour le maîtriser raisonnablement …)
      Bon, et j’ai lu votre article tout récent « Conceptual issues in loop quantum cosmology » sur Arxiv : c’était prévisible, article beaucoup trop ardu alors que je n’ai pas étudié le sujet, même si je suis heureux d’avoir compris qualitativement qques uns des enjeux importants de cette belle théorie.
      Et merci encore pour ce beau blog

  14. Bonjour,

    Dans cette théorie, « sait-on » si l’univers de « l’avant-rebond » est symétriquement oppose au notre ?

    La brisure de symetrie est-elle nécessaire ou non a cette curieuse dynamique ?

    Les « dimensions » d’espace du « rebond » sont-elles quantifiees/ables ?

    Que devient la notion de causalite si le temps n’a plus cours ?

    J’ai du mal a saisir par quelle dynamique le temps disparait… Est-ce qu’il devient une singularité ( au sens de la Physique ) ?

    Merci pour la qualité de votre travail ( bien que je ne prétende pas pouvoir l’apprécier a sa juste valeur ) et pour l’effort que vous faites afin de le partager.

    Hugo

    1. Bonjour Hugo,
      Nous n’en savons rien mais il n’y a aucune raison qu’il en soit ainsi. Même la dynamique du facteur d’échelle n’est pas en général symétrique.
      Amitiés,
      Aurélien

      1. Bonjour Aurélien,

        Les questions soulevées par Hugo me semblent très pertinentes mais je n’ai malheureusement pas compris votre réponse.

    2. Bonjour Hugo,
      Dans ce modèle le temps disparait au sens où la métrique devient Euclidienne et non plus Minkowskienne. Et ceci se produit de façon continue et non pas via une rotation de Wick imposée brutalement à la main comme on le fait parfois pour stabiliser les intégrales de chemin.
      Amitiés,
      Aurélien

  15. Bonjour Aurélien, bonjour à tous,

    Si on extrapole cet article on pourrait penser que les trous noirs fonctionnent comme des grands collisionneurs dans lesquels ils recyclent la matière en la transformant en énergie … D’où l’équation : 2M x C = E …
    La théorie de la relativité d’Einstein affirme l’inverse. L’énergie que développe une masse est extra luminique. D’où sont équation célèbre ; E = MC 2 …
    Peut être qu’une réunification s’impose … Et si tout bonnement le fonctionnement de l’Univers se bornait à ;
    2M X C = E = MC 2

    Qu’en pensez-vous ?

    Bonne journée

  16. Le plus intriguant dans tout ceci est de savoir si des civilisations appartenant à des univers précédant le dernier bigbounce ont eu le temps de percer les secrets de leur univers avant de s’éteindre. Je trouve toujours fascinant de penser que nous n’avons aucun moyen de transmettre quelque savoir que ce soit à ce sujet aux civilisations des prochains univers.

  17. Est il idiot de penser que le temps ne serait pas linéaire et se dilaterait (quel terme utiliser) de plus en plus en s’approchant (dans l’observation) du big bang ou du BigBounce ? Dans ce cas, « dans l’autre sens » le temps pourrait devenir constant ?
    Merci, amicalement

  18. J’interviens ici comme un cheveu sur la soupe. Bien qu’il est difficile de savoir ce qu’est l’espace, disons, vite fait, le « vide » qui sépare les choses, peut-on posé que l’espace à les mêmes propriétés à toutes les échelles ? Si c’est les cas, quand on parle de l’expansion de l’espace, cette expansion devrait être la même à toutes les échelles. Ainsi, les atomes et toutes les choses de l’univers devraient changer de taille dans des proportions identiques. On serait bien en peine, alors, de savoir qu’elle sont les distances absolues qui séparent les choses. L’univers entier pourrait tenir dans une singularité, comme un monde en miniature. Un trou noir, ressemblerait à une contraction de l’espace entre les choses, un monde en réduction. Cette expansion, n’affecte les distances qu’à de très grandes échelles, nous dit-on, de sorte que si cette expansion est une propriété de l’espace, cette propriété ne se manifeste pas de la même manière à toutes les échelles. Ce que je veux bien croire. On peut se demander alors, si cette dilatation est bien une propriété de l’espace lui-même. Les atomes ne se dilatent pas (ou ne se rétractent pas), nous dit-on, parce que les forces nucléaires et électro-magnétiques sont sans communes mesures, avec la force gravitationnelle. Ah bon ? Mais toutes ces forces agissent sur les choses, pas sur les distances qui les séparent. à moins, bien sûr, de considérer que l’espace est une chose, elle aussi. Je veux bien que mathématiquement, nous puissions traiter l’espace comme une chose, comme des particules d’espace. Pour la raison, il est pourtant difficile de se représenter l’espace et les choses comme des objets de même nature. L’espace nous sert à mesurer la distance des choses entre elles, c’est juste une abstraction, en soit l’espace n’a pas d’existence puisqu’il sert à situer ce qui existe, pendant que nous convenons de nommer ce qui existe, choses. Pour faire plus simple, on observe des choses, on observe pas l’espace. Imaginons un monde sans choses observables, il nous serait impossible d’observer l’espace, par définition. Alors, la mécanique quantique nous apprends que les particules ne sont ni des objets ni des ondes, mais tantôt des objets et tantôt des ondes suivant ce qu’on cherche à observer. En vérité, elles ne sont sûrement ni l’un ni l’autre. On atteint les limites de l’intelligence et de la compréhension. Matériel et immatériel finissent par se fondre. De la même manière, L’espace et les choses finissent, dans le formalisme mathématique, par désigner deux aspects d’une seule et même réalité. C’est si vrai, qu’on finit par décrire le vide, donc l’espace vide de choses, comme un champ plein de particules virtuelles et molles ou endormies. À ce stade, les mots ne décrivent plus une réalité. Nous projetons notre expérience sur l’invisible. Sans savoir ce qu’est réellement une particule, nous lui trouvons des propriétés ondulatoires et corpusculaires. Nous leur attribuons ce que nous comprenons, pas ce qu’elles sont.

    Pour en revenir à la dilatation de l’espace qui ne se manifeste pas de la même manière à toutes les échelles, la taille des atomes demeurant constante, on voit bien que cette dilatation dépend des forces de cohésion qui unissent les objets. À grande échelle, on constate que les forces de cohésions qui unissent l’univers deviennent trop faibles pour s’opposer à la dilatation de l’espace. Soit que cette dilatation est la manifestation d’une absence de cohésion de l’univers dans son ensemble, soit que cette dilatation est elle-même une force d’expansion de l’univers. Comme si l’univers avait besoin de s’étendre, de progresser, alors que c’est nous qui lui prêtons notre besoin de grandir. Admettons que l’univers grandisse. Je ne comprends pas comment on peut attribuer une force à l’espace. Pourquoi ne pas attribuer une force au temps aussi ?

    Bref, il me semble que l’expansion de l’espace n’est pas une propriété de l’espace, sinon elle se manifesterait de la même manière à toutes les échelles. Elle serait plutôt la manifestation d’un équilibre entre les forces en présence.

    C’est très difficile de comprendre tout ça. J’espère que cette contribution au débat vous fera rebondir un peu comme le gros boum sur le mur de Planck.

  19. Bonjour,

    La  »condensation » de l’énergie sous forme de matière, dans l’Univers primordial, ne pourrait-elle pas être à l’origine de la brisure spontanée de symétrie qui transforme une coordonnée d’espace en coordonnée de temps ?
    En d’autres termes, le temps et la matière seraient intimement liés : l’un ne pourrait exister sans l’autre…
    Est-ce possible selon vous ?

    Merci

  20. والسماء بنيناها بأيد وإنا لموسعون
    verset الذاريات : 47

    « Le ciel, Nous l’avons construit par Notre puissance: et Nous l’étendons [constamment] dans l’immensité. »

    Le coran a révélé cela depuis 1400 ans

  21. Merci de partager avec tout un chacun !
    Votre question ne suggère-t-elle pas qu’il faille d’abord déshabiller le temps de tous les habits qui ne sont pas les siens ?

  22. Bravo et merci pour ce travail, c’est passionnant et fascinant:
    -Si le temps propre de notre univers semble disparaître au voisinage du big bang n’est ce point un sérieux indice que notre univers est contenu dans un « méta univers » ayant un temps propre différent ?
    -Ce phénomène est peut être à rapprocher de ce qui ce passe(rait) au voisinage des trous noirs dans notre propre univers.
    -Ce pourrait être un argument en faveur de l’hypothèse du multivers.
    Est-ce que ce sont des spéculations complètement stupides ?

  23. j’ai eu un peu de mal a tout lire mais j’ai compris!
    je propose un livre (peut etre hors du thème,je ne sais pas)
    « le théatre quantique »

  24. Bonjour Monsieur,

    vous dites ceci : »…. il semblerait que proche du Big Bounce la structure de l’espace-temps devienne euclidienne ! En clair, cela signifie que le temps disparaitrait qu’il n’y aurait plus que 4 dimensions d’espace. Le temps, tel que nous le connaissons, serait alors une grandeur « émergente » résultant d’une brisure spontanée de symétrie »

    si dans la relativité générale le temps que nous connaissons n’existe pas, puisque chaque objet à un temps propre et donc ce n’est pas quelque chose d’absolu, général pour tous les objets dans l’univers, alors « qu’est ce que c’est que le temps en tant que dimension ? » en d’autres termes qu’est ce que ça veut dire une  » dimension de temps »?

  25. bonjour,

    je veux savoir qu’est ce qu’on veut dire par « dimension du temps »?
    qu’est ce que ça signifie? est ce qu’on la connaît ?
    parce que en relativité générale, le temps que nous connaissons n’existe pas ,chaque objet à un temps propre dans l’univers.

  26. Bonjour, J’aime bien cette idée d’émergence du temps… dans l’esprit de l’émergence du haut et du bas… c’est évident et très étrange en même temps… Tout ce qui est inerte se fout du temps comme du quart… Cette émergence du temps est peut être lié à l’émergence de la vie… Il n’y a que ce qui est vivant qui semble concerné par le temps…
    Bonne soirée

  27. NGC 1365
    Bonjour à tous,
    Que serai-je sans les 4 dimensions, sans le contact de ces interprétations, à l’égard de mon égo, je la trouve ci belle, elle vole dans l’espace de mon lieu.
    Je la frôle juste un instant pour quel disparaisse.
    Jacques.

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