Les ondes gravitationnelles auraient bien rendu turbulent l’espace-temps du Big Bang

L’espace-temps n’est pas un milieu matériel, pourtant sa dynamique ressemble à celle des fluides. Comme eux, il aurait pu devenir turbulent, notamment au moment du Big Bang, quand il était parcouru par des ondes gravitationnelles. Des simulations numériques soutiennent l’existence de ce phénomène qui semble fournir une alternative au scénario d’inflation standard en cosmologie primordiale.

L’hydrodynamique est une science dont les débuts sont anciens et ce n’est pas étonnant étant donné que l’écoulement de l’eau ou le comportement des liquides ont de tout temps fasciné l’Homme et que les premiers ingénieurs, avant Archimède, cherchaient à maîtriser le transport de l’eau. Les dessins que Léonard de Vinci nous a laissés dans plusieurs de ces carnets sont une excellente illustration de cette fascination et de ces préoccupations.

Le regretté Michel Serres avait supposé un lien entre la contemplation du comportement tourbillonnaire de l’eau et la naissance de la physique atomique grecque décrite par le fameux poème du philosophe épicurien Lucrèce.

Mais il a fallu attendre les travaux d’Euler et de Bernoulli pour que des équations mathématiques puissantes commencent à rendre compte de ces phénomènes. Aujourd’hui, même si l’on pense que les équations de Navier-Stokes, jointes aux principes de la thermodynamique et aux équations de l’électromagnétisme, décrivent presque tous les phénomènes d’écoulement de fluides, il reste des mystères à percer en hydrodynamique.

Il y en a un qui a beaucoup préoccupé les physiciens et ingénieurs du XXe siècle (décrire le comportement des océans, de l’atmosphère et l’écoulement de l’air autour d’un avion ou d’une voiture nécessite in fine sa compréhension).

C’est celui de la turbulence (voir à ce sujet le cours du prix Nobel de Physique Kip Thorne).

Au point que des physiciens du calibre de Feynman et Landau s’y sont attaqués et que Heisenberg lui-même a passé sa thèse sur ce sujet sous la direction de Sommerfeld avant de s’illustrer par ses découvertes en physique quantique.

La turbulence quantique et classique de l’espace-temps du Big Bang
Aujourd’hui, comme Futura l’expliquait dans le précédent article ci-dessous, la physique de la turbulence inspire ceux qui cherchent à comprendre l’écume de l’espace-temps dont parle Jean-Pierre Luminet dans un de ses précédents livres. Il semble désormais que même les ondes gravitationnelles peuvent manifester un comportement qui est l’analogue de celui de la turbulence des fluides comme le physicien Sébastien Galtier le montre de plus en plus clairement avec des collègues.

Avec Jason Laurie et Sergey Nazarenko il a publié en 2020 un article où il est suggéré qu’un espace-temps turbulent pendant le Big Bang avec des minitrous noirs primordiaux en collision et émettant des ondes gravitationnelles alimentant cette turbulence aurait pu donner lieu à un phénomène similaire à celui de l’inflation généralement postulé comme résultant de l’effet d’un champ scalaire, l’inflaton, analogue au champ du boson de Brout-Englert-Higgs. Les premiers résultats montrent que cette hypothèse semble compatible avec les analyses des données du rayonnement fossile de la mission Planck.

Cette année, Sébastien Galtier et Sergey Nazarenko ont publié un autre travail dans lequel ils confirment par des simulations numériques ce que leurs calculs analytiques avaient montré en 2017 et dont Futura parlait dans le précédent article ci-dessous. C’est la première fois que ce genre de simulation montre qu’un comportement turbulent de l’espace-temps peut naître avec des ondes gravitationnelles, d’abord faibles puis qui deviennent ensuite fortes. C’est une motivation de plus pour explorer plus en avant le modèle d’inflation alternatif proposé en 2020 et qui repose sur ces phénomènes.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/ondes-gravitationnelles-ondes-gravitationnelles-auraient-bien-rendu-turbulent-espace-temps-big-bang-69658/

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