Pourquoi les bulles ne deviennent pas immédiatement de la matière express
L'eau qui bout dans une casserole — voilà par où commencer. Les bulles de vapeur remontent, éclatent, et la surface se calme. C'est à peu près ainsi qu'au tout début de la vie de l'Univers, un champ particulier remplissant l'espace a pu se comporter : des bulles de nouvelle phase s'y gonflaient et entraient en collision — comme des îlots de vapeur dans un liquide. On pensait auparavant qu'après la collision, le champ se figeait immédiatement et se transformait en particules ordinaires. Une nouvelle étude dit : non, le calme ne viendra pas tout de suite.
Lorsque deux bulles entrent en collision, leurs parois se déplacent à une vitesse énorme — presque celle de la lumière. À cet instant, le champ ne se répand pas en une couche uniforme, mais ondule : des gradients abrupts apparaissent, semblables à des plis sur un drap froissé. Ces plis emmagasinent l'énergie du mouvement et mettent longtemps à s'aplanir. La simulation numérique en une, deux et trois dimensions a montré : plus les parois des bulles se déplaçaient vite (et la vitesse est mesurée par un nombre que les physiciens appellent gamma-étoile), plus le champ se comporte longtemps non pas comme une matière lourde, mais comme quelque chose d'intermédiaire entre la matière et le rayonnement. Le rayonnement, c'est quand l'énergie est étalée dans l'espace, comme la lumière dans une pièce ; la matière, c'est quand elle est concentrée en amas. Eh bien, après la collision des bulles, le mélange obtenu est intermédiaire : ni l'un ni l'autre.
La transition vers la véritable matière ne commence que lorsque les plis-inhomogénéités s'étirent avec l'expansion de l'Univers — un peu comme le motif sur un ballon de baudruche qu'on gonfle. Ou lorsque le champ se calme lui-même par des collisions internes et des transformations de particules. Ce processus est retardé : la matière ne commence à dominer que lorsque l'Univers est devenu plus âgé d'un facteur égal à ce fameux gamma-étoile. Si les bulles filaient avec un gamma-étoile égal à mille, il faudra attendre mille fois plus longtemps qu'on ne le pensait. Et cela change déjà le tableau pour de nombreux phénomènes nés à cette époque.
Un tel retard n'est pas un détail. Il influence directement quelles ondes gravitationnelles (les ondulations de l'espace lui-même) nous parviennent de ces temps-là, combien de trous noirs primordiaux ont pu se former et comment se répartissait la matière noire invisible. Tout cela ne ressemble plus à une casserole, mais plutôt à un ralenti d'une bulle de savon qui éclate : le film ne disparaît pas instantanément, mais tremble et se rassemble en gouttes seulement après un temps notable.
Si les bulles de l'Univers primordial entraient en collision à une vitesse proche de celle de la lumière, leur énergie serait si grande qu'une seule de ces bulles pourrait, pendant un court instant, éclipser toute une galaxie — mais il n'y aurait eu personne pour le voir.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, une machine construite selon les plans d'extraterrestres crée une bulle d'espace-temps qui se déplace à travers des trous de ver — un écho de l'idée de bulles qui modifient la trame même de la réalité.