Pourrait-on expliquer l'accélération cosmologique à partir de modèles de gravité quantique issus de l'holographie ?

22 Juin 2023 fonctionnalité

Cet article a été examiné conformément au processus éditorial et aux politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en évidence les caractéristiques suivantes tout en assurant la crédibilité du contenu :

• vérification des faits
• publication à comité de lecture
• source fiable
• relecture

par Ingrid Fadelli, Phys.org

Depuis longtemps, les physiciens théoriciens tentent d'élaborer une théorie complète de la gravité qui expliquerait également les phénomènes de la mécanique quantique, car les modèles existants ne le font pas. Une telle théorie pourrait expliquer collectivement les nombreux phénomènes physiques et cosmologiques complexes observés au cours des dernières décennies. 

Récemment, des chercheurs de l'Université du Maryland et de l'Université de la Colombie-Britannique ont mené une étude théorique explorant la possibilité que l'holographie, une approche de la gravité quantique qui inclut certaines caractéristiques des hologrammes conventionnels, puisse être utilisée pour décrire les phénomènes de la mécanique quantique. Leur article, publié dans Physical Review Letters, présente un argument théorique qui suggère un lien entre les phénomènes cosmologiques observables et la physique qui sous-tendrait les espaces-temps de trous de ver. 'Mettre au point une théorie de la gravité qui inclut la physique de la mécanique quantique a été un domaine de pointe majeur en physique théorique pendant des décennies', a déclaré Mark Van Raamsdonk, l'un des chercheurs ayant mené l'étude, à Phys.org. 'Cela est nécessaire pour vraiment comprendre la physique des trous noirs et du Big Bang, et pour progresser vers une théorie entièrement unifiée de la physique. 'Nous disposons maintenant de modèles entièrement cohérents de la gravité quantique via une approche appelée holographie, où la physique gravitationnelle est encodée dans un système quantique non gravitationnel plus simple et de dimension inférieure. Les théories de la gravité holographique nous ont beaucoup appris sur la physique des trous noirs et même sur la nature fondamentale de l'espace-temps, mais jusqu'à présent, il n'y a pas eu beaucoup de progrès dans la compréhension des espaces-temps cosmologiques réalistes avec un Big Bang.

L'objectif clé du récent travail de Van Raamsdonk et ses collègues était de décrire la physique des espaces-temps cosmologiques à l'aide d'une approche holographique. Les espaces-temps impliquent essentiellement la combinaison des trois dimensions de l'espace et de la dimension du temps en un seul ensemble quadridimensionnel, qui sous-tend des phénomènes tels que le Big Bang et les expansions cosmiques.

'Nous soutenons que ces modèles peuvent également expliquer le fait que l'expansion de notre univers s'accélère, mais d'une manière différente de ce qui est généralement supposé', a déclaré Van Raamsdonk. 'L'explication la plus conventionnelle, dans ce qui est appelé le modèle Lambda-CDM (matière noire froide), est que nous avons une 'constante cosmologique' positive, un type d'énergie sombre qui a toujours la même densité dans tout l'univers. Nous avons argumenté que les modèles holographiques peuvent également expliquer naturellement l'accélération cosmique, mais ils le font via une énergie sombre dont la densité change avec le temps.' Les modèles holographiques suggèrent qu'à un moment donné, la densité d'énergie sombre tombe sous zéro, atteignant une valeur négative. Cela pourrait à son tour entraîner une décélération et le réeffondrement éventuel de l'univers, parfois appelé 'big crunch'. Van Raamsdonk et ses collègues proposent donc que ces modèles peuvent offrir une perspective différente sur l'accélération cosmologique.

'Nous avons observé que les modèles de gravité quantique découlant de l'holographie peuvent expliquer naturellement l'accélération cosmologique d'une manière nouvelle, avec une énergie sombre changeante qui devient finalement négative', a déclaré Van Raamsdonk. 'Nous ne savons pas avec certitude si notre univers fonctionne de cette manière, mais c'est quelque chose que nous pouvons rechercher dans les observations cosmologiques.' Le récent travail de cette équipe de chercheurs offre une nouvelle perspective qui pourrait contribuer à la compréhension théorique des problèmes cosmologiques qui restent irrésolus. Van Raamsdonk et ses collègues ont déjà mené des recherches supplémentaires en comparant leurs prédictions avec les observations cosmologiques disponibles. 'Nous avons comparé les prédictions de notre classe de modèles (l'énergie sombre décroissante) avec ce que nous observons des observations directes de l'expansion de l'univers, pour voir si elles semblent cohérentes', a ajouté Van Raamsdonk. 'Avec mon étudiant Chris Waddell, nous avons examiné les données de décalage vers le rouge les plus récentes par rapport à la luminosité pour les supernovae de type IA. Ces observations peuvent nous dire quantitativement à quoi ressemblait l'expansion de l'univers au cours des six ou sept derniers milliards d'années. Bien que les données ne nous disent pas avec certitude si l'énergie sombre diminue ou non, nous avons constaté que la plupart des modèles qui s'adaptent aux données ont une énergie sombre décroissante actuellement.'.

In their next studies, the researchers would also like to better understand what the class of models they devised would predict regarding the physics of the cosmic microwave background and the distribution of galaxies in the universe. This would then allow them to compare these predictions to recent observations.

More information: Stefano Antonini et al, Accelerating Cosmology from a Holographic Wormhole, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.221601

Journal information: Physical Review Letters

© 2023 Science X Network