Cosmologie cyclique conforme

La construction fondamentale de Penrose[1] consiste à relier une suite infinie d'espaces-temps ouverts pour la métrique de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW), chacun représentant un Big Bang suivi d'une expansion future infinie. Penrose remarque que la limite conforme passée d'une copie de l'espace-temps FLRW peut être « liée » à la limite conforme future d'une autre, après un redimensionnement conforme approprié. En particulier, chaque mesure individuelle de FLRW ${\displaystyle {\displaystyle g_{ab}}}$ est multipliée par le carré d'un facteur conforme ${\displaystyle {\displaystyle \Omega }}$ qui s'approche de zéro à l'infini temporel, « écrasant » effectivement la future frontière conforme à une hypersurface régulière conforme (qui est semblable à l'espace s'il y a une constante cosmologique positive, comme on le croit actuellement). Le résultat est une nouvelle solution aux équations d'Einstein, que Penrose prend pour représenter l'univers entier, et qui est composée d'une séquence de secteurs que Penrose appelle « éons » (en anglais : Aeons)[4].

L'hypothèse de la cosmologie cyclique conforme exige que toutes les particules massives finissent par disparaître de l'univers, y compris celles qui seraient alors trop éloignées de toutes les autres particules pour s'annihiler avec elles.

Comme le souligne Penrose, la désintégration des protons est une possibilité envisagée dans diverses extensions spéculatives du modèle standard, mais elle n'a jamais été observée. En outre, tous les électrons doivent également se désintégrer, ou perdre leur charge et/ou leur masse, ce qu'aucune spéculation conventionnelle ne permet[1].

La caractéristique significative de cette construction, pour la physique des particules, est que, puisque les bosons obéissent aux lois de la théorie quantique invariante conforme, ils se comporteront de la même manière dans les éons rééchelonnés que leurs anciens homologues du FLRW (classiquement, cela correspond à des structures en cône de lumière préservées dans le cadre d'un rééchelonnement conforme). Pour ces particules, la frontière entre les éons n'est pas du tout une frontière, mais juste une surface semblable à l'espace qui peut être traversée comme n'importe quelle autre. Les fermions, en revanche, restent confinés à un éon donné, offrant ainsi une solution pratique au paradoxe de l'information du trou noir ; selon Penrose, les fermions doivent être irréversiblement convertis en rayonnement lors de l'évaporation du trou noir, pour préserver la finesse de la frontière entre les éons.

Les propriétés de courbure de la cosmologie de Penrose conviennent également à d'autres aspects de la cosmologie. Tout d'abord, la frontière entre les éons satisfait l'hypothèse de la courbure de Weyl (en), fournissant ainsi un certain type de passé, de faible entropie, comme l'exigent la mécanique statistique et l'observation. Deuxièmement, Penrose a calculé qu'une certaine quantité de rayonnement gravitationnel devrait être préservée à travers la frontière entre les éons. Penrose suggère que ce rayonnement gravitationnel supplémentaire pourrait être suffisant pour expliquer l'accélération cosmique, observée sans faire appel à un champ de matière d'énergie noire.

En 2010, Penrose et Vahe Gurzadyan (en) publient une préimpression d'un article affirmant que les observations de température du fond diffus cosmologique (FDC) faites par l' observatoire spatial Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) et l'expérience BOOMERanG permettaient d'identifier des cercles concentriques de faible variance par rapport aux simulations basées sur le modèle Lambda-CDM de cosmologie, invoquant des résultats à 6 σ[7]. Toutefois, la signification statistique de la détection revendiquée est contestée depuis lors. Trois groupes ont indépendamment tenté de reproduire ces résultats, mais ont constaté que la détection des anomalies concentriques n'était pas statistiquement significative, dans la mesure où les données ne faisaient pas apparaître plus de cercles concentriques que dans les simulations Lambda-CDM[8]^,[9]^,[10].

La raison du désaccord est retracée jusqu'à la question de comment construire les simulations qui sont utilisées pour déterminer l'importance : les trois tentatives indépendantes de répéter l'analyse ont toutes utilisé des simulations basées sur le modèle standard Lambda-CDM, tandis que Penrose et Gurzadyan ont utilisé une approche non standard et non documentée[11].

En 2013, Gurzadyan et Penrose publient la suite de leurs travaux en introduisant une nouvelle méthode qu'ils appellent la « procédure sky-twist » (non basée sur des simulations) dans laquelle les données WMAP sont directement analysées[3] ; en 2015, ils publient les résultats de l'analyse des données de Planck confirmant celles de WMAP, y compris la répartition inhomogène de ces structures dans le ciel[12].

Dans un article publié le 6 août 2018, Daniel An, Krzysztof Antoni Meissner (en), Pawel Nurowski et Penrose présentent une analyse continue des données du FDC, car il leur semble que « (…) les points anormaux constituent un nouvel apport important à la cosmologie, indépendamment de la validité du CCC ». Ils suggèrent également que ces anomalies pourraient être des « points de Hawking », les signaux résiduels provenant de « l'évaporation selon Hawking de trous noirs supermassifs dans l'éon précédant le nôtre ». La version originale de leur article affirmait qu'un emplacement en mode B trouvé par l'équipe BICEP2 est situé à l'un de ces points Hawking ; cette affirmation a été retirée dans une mise à jour ultérieure[13]. Une analyse ultérieure révèle que ces anomalies n'étaient pas statistiquement significatives[14].

En 2015, Gurzadyan et Penrose discutent également du paradoxe de Fermi, la contradiction apparente entre le manque de preuves mais les estimations de haute probabilité de l'existence de civilisations extraterrestres. Dans le cadre de la cosmologie cyclique conforme, le fond micro-onde cosmique offre la possibilité de transférer des informations d'un éon à l'autre, y compris des signaux intelligents dans le cadre du concept de panspermie d'information (en)[12].

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Conformal cyclic cosmology » (voir la liste des auteurs).