inflation stochastique

La chimiothérapie frappe le cancer comme un puissant jet d'eau sur une assiette sale : le jet emporte presque tout, mais il reste des miettes dans les fissures. Les anciens modèles disaient que si l'on augmentait suffisamment la pression, l'assiette deviendrait parfaitement propre. Les nouveaux travaux montrent que ce n'est pas le cas.

Un gaz superfluide, c'est comme une foule qui marche au même pas : chaque atome sait où aller et ne dévie pas du rythme commun. Mais cette foule a trois « vallées » — trois directions différentes qu'elle peut prendre.

Dans les premiers instants après le Big Bang, l'Univers s'est expansé plus vite que la lumière ne pouvait le traverser. Comme un ballon que l'on gonfle, sauf qu'au lieu du caoutchouc, c'est l'espace lui-même.

Un interprète dans une salle d'audience se laisse distraire par chaque bruissement : le grincement d'une chaise, une toux au dernier rang, le froissement de papiers. À la fin de la journée, il ne traduit pas ce que le témoin a dit, mais ce qu'il a entendu à travers les perturbations.

Dans la première fraction de seconde après le Big Bang, l'Univers s'est gonflé à une vitesse inimaginable. Le moteur de cette expansion pourrait être un champ semblable à une bille qui dévale lentement une pente — on l'appelle l'axion.

L'Univers primordial ressemblait à une marmite surchauffée où bouillonnaient des fluctuations quantiques (des sursauts d'énergie aléatoires). Dans ce chaos, telle la vapeur au-dessus d'une eau bouillante, un champ particulier s'est condensé : le champ scalaire.

Sur une pente raide en montagne, une pierre qui tombe déclenche parfois une avalanche, parfois elle se bloque. Tout dépend de l’état de la pente.

$$10^{-35}$$ secondes. Un instant minuscule pendant lequel l'Univers réussit à s'étendre d'un facteur $$10^{26}$$. Juste après, il traverse des milliers de transformations rapides — comme une bille bondissant dans une chaîne de tunnels. Cette cascade constitue l'essence de l'inflation en chaîne, proposée pour la première fois par Alan Guth.

En 10⁻³⁵ seconde après le Big Bang, la partie la plus fulgurante s'est jouée. L'espace s'est dilaté plus vite que la lumière — c'est l'inflation. Presque toute la partition était interprétée par un seul champ, l'inflaton, qui dirigeait le tempo et la tonalité.

Dans les premières fractions de seconde après le Big Bang, l'Univers a connu l'inflation, une expansion fulgurante qui a lissé toutes les irrégularités. Mais parmi cette glace cosmique, une note « fausse » aurait pu se glisser : les oscillations quantiques du champ d'axions.

Dans les premiers instants après le Big Bang, l'Univers vibrait comme une cloche. L'inflation — une époque d'expansion rapide confirmée par les mesures du Fond diffus cosmologique — a pris fin, et le champ de l'inflaton a commencé à osciller autour du minimum de son potentiel.

L'inflation est l'expansion rapide de l'Univers naissant, lorsque les fluctuations quantiques ont été étirées à des échelles cosmiques. Le Fond diffus cosmologique est la lumière fossilisée de cette époque, les ombres sur le mur de notre caverne cosmique.

Après le Big Bang, l'Univers a connu une expansion fulgurante — l'inflation — qui a lissé le Fond diffus cosmologique et semé les germes des galaxies.

L'Univers primordial s'est étendu à une vitesse inimaginable — plus vite que la lumière ne pourrait le traverser. Dans ce chaudron bouillonnant, toute région de l'espace ressemblait à un pot de peinture ouvert : ses frontières capturaient continuellement de nouvelles « vapeurs » de l'extérieur, tandis qu'une partie de son contenu s'échappait irrémédiablement.

Quand l'orchestre s'accorde, des sons disparates flottent dans la salle — mais dès que le chef lève sa baguette, le chaos se transforme en symphonie. C'est à peu près ainsi qu'a commencé notre Univers. Dans les premiers instants, il s'est étendu à une vitesse inimaginable — plus vite que la lumière n'aurait pu le traverser.

Les fluctuations quantiques — comme le grésillement d'un poste de radio mal réglé — emplissaient l'Univers naissant.

La fabrication du pain commence avec une pâte presque homogène, dans laquelle se cachent déjà de minuscules bulles de gaz. Elles grossissent ensuite, et la vitesse de leur croissance détermine la future structure de la mie.

Le néant quantique ressemble à de l'eau dans une casserole avant l'ébullition. De temps en temps, une bulle y gonfle spontanément – non pas de vapeur, mais d'un univers entier. Cette bulle ne s'effondre pas ; elle se dilate en un espace-temps, déclenchant son propre Big Bang. La question est de savoir à quelle fréquence cela se produit.

Un orchestre géant où chaque musicien est une particule née dans les flammes du Big Bang. Lorsque la baguette du temps donne le signal, ces particules commencent à se désintégrer, se transformant en particules plus légères. Chaque désintégration s'accompagne d'un accord discret : l'émission de gravitons, de minuscules quanta de gravité.

Juste après le Big Bang, l'espace s'est dilaté à une vitesse inimaginable — c'est l'inflation. Aujourd'hui, l'expansion a ralenti, mais les galaxies s'éloignent de plus en plus vite. La coupable de cette accélération a été nommée énergie noire.

Dans un certain modèle, l'espace-temps est un lac lisse, et les particules quantiques sont des poissons qui y nagent. Leur mouvement crée inévitablement des rides. Les mathématiques exigent que l'eau frémisse — sinon la théorie s'effondre. Ce frémissement est strictement ordonné et se décline en deux types.

Régler une radio est un art délicat : une molette tourne facilement, l'autre résiste. En physique de l'Univers primordial, il y a aussi des « molettes » — des paramètres dont dépend ce que nous voyons aujourd'hui. L'un d'eux est la force du couplage entre un champ particulier (celui qui a fait gonfler l'Univers rapidement) et la géométrie de l'espace.

Juste après le Big Bang, l'Univers a subi une expansion ultra-rapide, une idée proposée par Alan Guth et développée par Andrei Linde. Lorsque l'expansion s'est arrêtée, le champ d'énergie s'est mis à osciller comme une balançoire géante.

L'eau bouillonne derrière une pierre dans la rivière, l'air tourbillonne derrière l'aile d'un avion : on croirait un mouvement parfaitement désordonné. Mais les auteurs de ces travaux y ont trouvé une recette de cuisine rigoureuse. Ils ont décomposé la rotation du fluide (le moment cinétique) en deux parties indépendantes.

La naissance de l'Univers est souvent comparée au gonflage d'un ballon : dans les premiers instants, il s'est étiré rapidement. Mais la « matière » de ce ballon n'était probablement pas parfaitement lisse — elle était plutôt couverte de rides infimes.

L'assemblage de l'enveloppe virale ressemble à la fermeture d'un bouton-pression : les blocs protéiques doivent s'emboîter dans le bon ordre, et les vibrations thermiques agissent comme des doigts tremblants. Lorsque la liaison est faible, les tremblements aident à trouver la bonne position — l'enveloppe se ferme plus rapidement.

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 ?

Une casserole sur une cuisinière reçoit de la chaleur, mais pas de travail : le gaz sous le couvercle se contente de chauffer. Et si la cuisinière n'était pas ordinaire, mais quantique ? Alors la chaleur et le travail peuvent arriver en même temps, comme d'un moteur qui chaufferait en plus.

Déjà au siècle dernier, Vera Rubin a découvert que les étoiles aux confins des galaxies tournent trop vite, comme si une substance invisible les retenait. Depuis, la matière noire reste une énigme. On associe généralement son apparition à de nouvelles particules ou à de nouvelles forces.