Le destin de l’univers est déterminé par sa densité. La prépondérance des preuves à ce jour, basée sur les mesures du taux d’expansion et de la densité de masse, favorise un univers qui continuera à s’étendre indéfiniment, aboutissant au scénario du « Big Freeze » ci-dessous. Cependant, les observations ne sont pas concluantes, et des modèles alternatifs sont encore possibles.
Grand gel ou mort thermiqueModifier
Le Big Freeze (ou Big Chill) est un scénario selon lequel l’expansion continue aboutit à un univers qui s’approche asymptotiquement de la température du zéro absolu. Ce scénario, combiné au scénario du Big Rip, gagne du terrain en tant qu’hypothèse la plus importante. En l’absence d’énergie noire, il ne pourrait se produire que dans une géométrie plate ou hyperbolique. Avec une constante cosmologique positive, il pourrait également se produire dans un univers fermé. Dans ce scénario, les étoiles devraient se former normalement pendant 1012 à 1014 (1 à 100 billions) d’années, mais l’approvisionnement en gaz nécessaire à la formation des étoiles finira par s’épuiser. À mesure que les étoiles existantes s’épuisent et cessent de briller, l’univers s’assombrit lentement et inexorablement. Les trous noirs finiront par dominer l’univers, qui eux-mêmes disparaîtront avec le temps en émettant le rayonnement de Hawking. Sur un temps infini, il y aurait une diminution spontanée de l’entropie par le théorème de récurrence de Poincaré, les fluctuations thermiques et le théorème de fluctuation.
Un scénario connexe est la mort thermique, qui stipule que l’univers passe à un état d’entropie maximale dans lequel tout est uniformément distribué et il n’y a pas de gradients – qui sont nécessaires pour soutenir le traitement de l’information, dont une forme est la vie. Le scénario de mort thermique est compatible avec l’un ou l’autre des trois modèles spatiaux, mais exige que l’univers atteigne un éventuel minimum de température.
Le Big RipEdit
L’actuelle constante de Hubble définit un taux d’accélération de l’univers pas assez important pour détruire les structures locales comme les galaxies, qui sont maintenues ensemble par la gravité, mais assez important pour augmenter l’espace entre elles. Une augmentation régulière de la constante de Hubble jusqu’à l’infini entraînerait la désintégration de tous les objets matériels de l’univers, en commençant par les galaxies et finalement (dans un temps fini) toutes les formes, aussi petites soient-elles, en particules élémentaires non liées, en rayonnement et au-delà. Lorsque la densité d’énergie, le facteur d’échelle et le taux d’expansion deviennent infinis, l’univers se termine comme ce qui est effectivement une singularité.
Dans le cas particulier de l’énergie noire fantôme, qui a une énergie cinétique négative supposée qui entraînerait un taux d’accélération plus élevé que ce que les autres constantes cosmologiques prédisent, un big rip plus soudain pourrait se produire.
Grand CrunchEdit
L’hypothèse du Big Crunch est une vision symétrique du destin ultime de l’univers. Tout comme le Big Bang a commencé par une expansion cosmologique, cette théorie suppose que la densité moyenne de l’univers sera suffisante pour arrêter son expansion et que l’univers commencera à se contracter. Le résultat final est inconnu ; selon une estimation simple, toute la matière et l’espace-temps de l’univers s’effondreraient en une singularité sans dimension pour revenir à l’état initial de l’univers avec le Big Bang, mais à ces échelles, des effets quantiques inconnus doivent être pris en compte (voir gravité quantique). Des preuves récentes suggèrent que ce scénario est peu probable mais n’a pas été exclu, car les mesures n’ont été disponibles que sur une courte période, relativement parlant, et pourraient s’inverser à l’avenir.
Ce scénario permet au Big Bang de se produire immédiatement après le Big Crunch d’un univers précédent. Si cela se produit de manière répétée, cela crée un modèle cyclique, que l’on appelle aussi un univers oscillatoire. L’univers pourrait alors consister en une séquence infinie d’univers finis, chaque univers fini se terminant par un Big Crunch qui est également le Big Bang de l’univers suivant. Un problème avec l’univers cyclique est qu’il n’est pas compatible avec la deuxième loi de la thermodynamique, car l’entropie s’accumulerait d’oscillation en oscillation et provoquerait la mort thermique éventuelle de l’univers. Les preuves actuelles indiquent également que l’univers n’est pas fermé. Cela a conduit les cosmologistes à abandonner le modèle de l’univers oscillant. Une idée quelque peu similaire est embrassée par le modèle cyclique, mais cette idée échappe à la mort thermique en raison d’une expansion des branes qui dilue l’entropie accumulée dans le cycle précédent.
Big BounceEdit
Le Big Bounce est un modèle scientifique théorisé lié au début de l’univers connu. Il dérive de l’interprétation de l’univers oscillatoire ou de la répétition cyclique du Big Bang, où le premier événement cosmologique résulte de l’effondrement d’un univers précédent.
Selon une version de la théorie du Big Bang en cosmologie, au début, l’univers était infiniment dense. Une telle description semble être en contradiction avec d’autres théories plus largement acceptées, notamment la mécanique quantique et son principe d’incertitude. Il n’est donc pas surprenant que la mécanique quantique ait donné naissance à une version alternative de la théorie du Big Bang. De plus, si l’univers est fermé, cette théorie prédit qu’une fois que cet univers s’effondre, il donnera naissance à un autre univers dans un événement similaire au Big Bang après qu’une singularité universelle soit atteinte ou qu’une force quantique répulsive provoque une ré-expansion.
En termes simples, cette théorie affirme que l’univers répétera continuellement le cycle d’un Big Bang, suivi d’un Big Crunch.
Grand SlurpEdit
Cette théorie postule que l’univers existe actuellement dans un faux vide et qu’il pourrait devenir un vrai vide à tout moment.
Pour mieux comprendre la théorie de l’effondrement du faux vide, il faut d’abord comprendre le champ de Higgs qui imprègne l’univers. Tout comme un champ électromagnétique, sa force varie en fonction de son potentiel. Un véritable vide existe tant que l’univers se trouve dans son état d’énergie le plus bas, auquel cas la théorie du faux vide n’est pas pertinente. Cependant, si le vide n’est pas dans son état d’énergie le plus bas (un faux vide), il peut se transformer en un état d’énergie plus bas. C’est ce qu’on appelle la désintégration du vide. Cela pourrait modifier fondamentalement notre univers ; dans des scénarios plus audacieux, même les diverses constantes physiques pourraient avoir des valeurs différentes, ce qui affecterait gravement les fondements de la matière, de l’énergie et de l’espace-temps. Il est également possible que toutes les structures soient détruites instantanément, sans aucun avertissement.
Incertitude cosmiqueEdit
Chaque possibilité décrite jusqu’à présent est basée sur une forme très simple pour l’équation d’état de l’énergie sombre. Mais comme son nom est censé l’indiquer, on en sait actuellement très peu sur la physique de l’énergie noire. Si la théorie de l’inflation est vraie, l’univers a traversé un épisode dominé par une forme différente d’énergie noire dans les premiers instants du Big Bang ; mais l’inflation a pris fin, ce qui indique une équation d’état bien plus complexe que celles supposées jusqu’à présent pour l’énergie noire actuelle. Il est possible que l’équation d’état de l’énergie noire change à nouveau, ce qui entraînerait un événement dont les conséquences seraient extrêmement difficiles à prévoir ou à paramétrer. Comme la nature de l’énergie noire et de la matière noire reste énigmatique, voire hypothétique, les possibilités entourant leur rôle futur dans l’univers sont actuellement inconnues. Aucune de ces fins théoriques de l’univers n’est certaine.