L'Univers ressemble à une pâte qui lève dans le four. Les galaxies s'éloignent les unes des autres, et la vitesse de cette fuite augmente. Pour expliquer l'expansion accélérée, les cosmologistes ont imaginé l'énergie noire — une force mystérieuse qui pousse l'espace de l'intérieur. La recette standard, appelée Lambda-CDM, fonctionne plutôt bien, mais elle a ses incohérences.
Les auteurs de la nouvelle étude ont décidé de réécrire la recette en y ajoutant une idée fraîche : l'entropie fractionnaire. L'entropie ordinaire (mesure du désordre) croît comme la surface, mais ici on lui a attribué un exposant fractionnaire, comme si on mesurait non pas par pas entiers, mais par moitiés ou par quarts. De cette entropie fractionnaire, on a dérivé trois variantes de l'énergie noire, qui se distinguent par le choix de l'horizon — la frontière imaginaire au-delà de laquelle la lumière ne nous est pas encore parvenue. La première variante utilise l'horizon de Hubble (la distance à laquelle les galaxies s'éloignent à la vitesse de la lumière), la deuxième — l'horizon des événements futurs (ce que nous pourrons jamais voir), la troisième — l'horizon des particules (ce que nous avons déjà vu dans le passé).
Les trois modèles ont été comparés aux données d'observation : les explosions de supernovae, la distribution des galaxies et les derniers résultats du relevé DESI. Il s'est avéré que deux variantes — avec l'horizon de Hubble et l'horizon des particules — divergent fortement des données sur l'Univers primordial, en particulier des taches de température du fond diffus cosmologique. En revanche, le modèle avec l'horizon des événements futurs a passé le test : aujourd'hui, il est presque indiscernable du modèle standard Lambda-CDM, mais son paramètre de décélération se comportera différemment à l'avenir. Cela signifie que dans des milliards d'années, l'expansion de l'Univers pourrait suivre un autre scénario — un peu plus rapide ou un peu plus lent que ce que prédit la théorie standard.
Il est trop tôt pour dire quel modèle est le bon. Mais si les futures observations confirment des écarts, ce sera le premier signe que l'énergie noire est plus complexe qu'une simple constante cosmologique introduite par Einstein il y a cent ans.
L'entropie fractionnaire utilisée dans l'étude provient de la mécanique quantique avec des dérivées fractionnaires — un appareil mathématique qui décrit des processus à mémoire, comme la façon dont l'électricité circule dans des matériaux inhabituels.
Dans le roman « La Dernière Question » d'Isaac Asimov, l'humanité est confrontée à la mort thermique de l'Univers, mais un autre scénario d'énergie noire pourrait changer la fin.