mousse d'espace-temps

Les électrons dans un film ultra-pur d'arséniure de gallium se comportent comme une foule à un carrefour, où la direction est dictée par l'inclinaison du champ magnétique. À inclinaison nulle, ils forment un liquide compressible de fermions composites, des particules constituées d'un électron et d'une paire de vortex.

Construire dans l'espace aujourd'hui, c'est une affaire coûteuse de pièces préfabriquées : chaque panneau doit être hissé depuis la Terre, puis assemblé en apesanteur, comme un jeu de construction avec des gants épais. Les ingénieurs de cette nouvelle étude proposent une autre voie : ni transporter, ni imprimer, mais laisser le liquide façonner lui-même la structure.

L'espace n'est pas un vide, mais une mosaïque de cellules minuscules. En gravité quantique à boucles, la courbure de l'espace-temps passe d'une feuille lisse à un réseau d'« atomes » de volume : les réseaux de spins. Chaque nœud de ce réseau est un quantum d'espace, et les liens entre eux sont des quanta de surface.

Dans les premiers instants après le Big Bang, la transition de phase cosmique a divisé le plasma chaud en régions avec différents vides — les états d'énergie les plus bas du champ.

À l’intérieur du supercalculateur, quinze amas d’ondes stables — des solitons — entrent en collision pour former un halo de matière noire.

On pense souvent que le trou noir est un aspirateur cosmique impitoyable qui avale tout sans distinction. Mais une nouvelle étude renverse cette image : près de l'horizon, la courbure se transforme de piège en trampoline.

Longtemps, l'horizon des événements s'est comporté comme un dictateur cosmique : tout ce qui franchissait sa frontière disparaissait irrévocablement de notre univers. Mais la mécanique quantique, telle une voix dissidente, murmurait : l'information ne peut disparaître sans laisser de trace.

Dans les premiers instants après le Big Bang, l'univers s'est dilaté à une vitesse prodigieuse. Ce processus est appelé inflation, et il a lissé toutes les irrégularités, rendant le cosmos homogène. Mais qu'est-ce qui a déclenché l'inflation elle-même ?

Dans l'image habituelle de Heisenberg, les spins, à basse température, doivent s'aligner en un motif strict. Mais certains cristaux — comme le pyrochlore — où la géométrie rend son verdict.

L'horizon d'un trou noir ressemble à un film de savon tendu au-dessus d'un abîme. De loin, il paraît parfaitement lisse, mais de près, il tremble. Cette ondulation naît des fluctuations quantiques, c'est-à-dire de la création et de l'annihilation incessantes de particules dans le vide.

Le paradoxe des trous noirs a tourmenté les physiciens pendant des décennies. Si un trou noir disparaît, où va son contenu ? Les découvertes de Stephen Hawking et Jacob Bekenstein ont montré que pour sauver les lois de la nature, il faut une solution audacieuse.

Un verre vide posé sur une table semble fiable. Mais si le fond présente une microfissure, un jour il se brisera — non pas dans un fracas, mais silencieusement, se fendant en une toile de lignes. Il en va de même pour le vide : il peut être non pas véritable, mais faux — temporairement stable, mais prêt à passer dans un état plus profond, réel.

Juste après le Big Bang, l'espace aurait pu vibrer sous l'effet des phénomènes quantiques, comme une corde de guitare. En s'atténuant, ces oscillations auraient laissé une marque dans la fuite des galaxies : un effet de mémoire.

La cosmologie cherche depuis longtemps une porte de sortie derrière le Big Bang. L'inflation, proposée par Alan Guth, étire et aplatit les inhomogénéités primordiales, mais qu'est-ce qui a allumé la mèche elle-même ?

L'énigme de l'énergie noire est un gouffre. La théorie quantique des champs prédit une densité 10¹²⁰ fois supérieure à celle observée. Dans le paysage des cordes, cet abîme prend forme – une myriade de vides avec des énergies différentes, et nous nous sommes nichés dans l'un d'eux.

L'espace-temps s'apparente à un cristal géant. Les ondes gravitationnelles, nées de la collision de trous noirs, ne se contentent pas de le faire trembler : elles y laissent des défauts indélébiles.

Une goutte de crème tombe dans une tasse de café — et en une minute, toute la boisson devient beige. Ce processus de mélange peut être mesuré : de combien faut-il « remuer » une distribution de particules pour la transformer en une autre ? En mathématiques, cette approche s'appelle le transport optimal, et la mesure de l'effort est la distance de Wasserstein.

Certains trous noirs sont des vestiges du Big Bang. D'ordinaire, ils s'estompent par une lente fuite de rayonnement, comme l'a prédit Stephen Hawking.

Une congère obéit à des règles strictes : les flocons qui tombent créent des irrégularités, celles-ci attirent davantage de neige, et les bosses s'amplifient. Cette même mathématique décrit la croissance des villes, les motifs de l'écorce, les ondulations de l'eau et les amas de poussière cosmique.

Dans les tout premiers instants après le Big Bang, l'Univers s'est dilaté plus vite que la lumière ne pouvait le traverser. Cette croissance fulgurante — l'inflation — a étiré d'infimes frémissements quantiques jusqu'à la taille de galaxies entières. Mais de quel état exactement provenaient ces frémissements ?

Sur une image des poumons, on voit un arbre : le tronc est la trachée, les branches sont les bronches, et les feuilles sont les alvéoles. Mais comment l'air se répartit-il dans ces branches ?

Le temps ressemble à une route : de loin, elle paraît parfaitement lisse, mais sous un fort grossissement, on voit chaque fissure. Ces irrégularités sont les fluctuations quantiques du vide, qui empêchent de mesurer précisément le chemin parcouru.

Dans le monde familier, il y a trois dimensions. Mais les physiciens envisagent l'existence de directions cachées, repliées sur elles-mêmes. Si l'une d'elles est enroulée en bouteille de Klein — une surface sans intérieur ni extérieur — les lois fondamentales se brisent.

Une cascade ne vous demande pas si vous êtes prêt à sauter. Son flot s'accélère, et à un moment donné, même la lumière ne peut plus s'en échapper. Le trou noir de McVittie est une telle cascade, mais pas dans une rivière ordinaire : dans un univers en expansion. L'eau, ici, c'est l'espace lui-même, qui s'étire continuellement, emportant les galaxies les unes loin des autres.