Une trace d'intrication quantique dans la disposition des galaxies
Juste après sa naissance, l'Univers a gonflé plus vite que la lumière ne pouvait le traverser. Cette poussée a étiré de minuscules fluctuations quantiques jusqu'à l'échelle des galaxies. On considère généralement qu'après un tel étirement, les fluctuations perdent leur caractère quantique et deviennent ordinaires, comme des rides à la surface de l'eau. Mais il est possible qu'elles aient conservé un lien quantique, que l'on appelle intrication. L'intrication ressemble à une paire de pièces qui tombent toujours sur des faces différentes, même si on les lance dans deux villes distinctes.
Dans l'Univers primordial, de telles paires pouvaient naître des ondes gravitationnelles, plus précisément de leurs plus infimes portions, les gravitons. Le graviton est semblable au photon, mais il transporte non pas la lumière, mais la force de gravité. Chaque graviton possède une polarisation, c'est-à-dire une direction d'oscillation, comme une corde tendue. Si deux gravitons sont intriqués, la direction d'oscillation de l'un détermine immédiatement la direction d'oscillation de l'autre, même s'ils se sont éloignés très loin.
L'horizon de l'Univers pendant l'inflation jouait le rôle d'un instrument de mesure. Il recueillait l'information sur le trajet parcouru par chaque fluctuation, et détruisait par là même le lien quantique. Cela ressemble à la façon dont l'observation d'une particule dans un interféromètre fixe sa trajectoire et anéantit les interférences. Mais même après cette destruction, la corrélation entre les polarisations subsiste, et on peut la calculer à partir de la statistique de la position de quatre galaxies. Aujourd'hui, on peut rechercher cette trace dans les données de relevés du ciel, tels qu'Euclid ou DESI. Si le signal est trouvé, ce sera la première preuve directe que la mécanique quantique opérait à l'échelle de tout l'Univers au moment de sa naissance.
L'horizon cosmologique pendant l'inflation joue le rôle d'un instrument de mesure : il recueille l'information sur le chemin suivi par la fluctuation et détruit ainsi la cohérence quantique. C'est un peu comme lorsque l'observation d'une particule dans un interféromètre fixe sa trajectoire.
L'idée que la structure à grande échelle de l'Univers conserve des corrélations quantiques fait écho à un motif du roman de Greg Egan « L'Échelle de Schild », où les lois fondamentales de la physique se trouvent encodées dans la géométrie de l'espace-temps.