La théorie principale qui décrit l'Espace-Temps et dont provient la prédiction du Big Bang s'appelle la Relativité Générale, d'Einstein. Cette théorie a plusieurs solutions mathématiques et les cosmologistes ont travaillé pour déterminer la plus précise. Il existe une classe d'alternatives mais elles ont toutes la propriété que les équations qui décrivent cette solution ont une singularité à $ T = 0 $. De plus, lorsque cette situation est examinée physiquement, il semble qu'il y ait une forte densité de toute la matière de l'Univers à ce moment-là. On l'appelle donc le Big Bang.

La Singularité signifie que certains termes deviennent infinis et d'autres deviennent inutiles. La Relativité Générale n'a donc pas été en mesure de prédire (ou de rétroduire) ce qui se passait auparavant, ni comment ce processus a réellement commencé. L'hypothèse générale était qu'il s'agissait d'une sorte d'événement quantique géant. Cette hypothèse, lorsqu'elle est expliquée en utilisant une théorie plus complète de la gravité quantique, peut encore être correcte.

Cependant, ces dernières années, plusieurs cosmologistes mathématiciens ont pris au sérieux l'idée qu'il y avait eu un pré-Big Bang. Une partie de la raison à cela peut être due aux données de rayonnement de fond cosmique provenant de satellites comme WMAP. Ces données montrent une structure à plus grande échelle dans l'univers primitif que les théories plus anciennes ne l'auraient prédit.

En particulier, Roger Penrose a développé une vision selon laquelle la période depuis le Big Bang devrait être appelée un éon, et qu'il y avait des éons antérieurs chacun infiniment long. Cela fait du Big Bang une sorte de période de transition entre deux éons. La théorie est spéculative à plusieurs égards, mais elle est basée sur certaines constructions mathématiques de la relativité générale. Cette théorie est appelée Cosmologie cyclique conforme (CCC pour faire court).

Un article récent Les cercles concentriques dans les données WMAP peuvent fournir la preuve d'une activité violente avant le Big-Bang donne une idée générale. Bien qu'elle soit technique par endroits, elle démontre le type de preuves qui motivent cette théorie. Il y a des références dans cet article à un livre et à d'autres articles qui décrivent cette théorie.

Il y a aussi d'autres théories autour, qui suggèrent un modèle pré-Big Bang, peut-être que d'autres réponses les mentionneront.

Je ne suis pas non plus un cosmologiste, ce qui signifie au moins que je peux parler en termes simples qui ne supposent pas que vous êtes profondément familier avec chaque permutation mathématique du sujet. Si je comprends bien, l'univers est en expansion, pas seulement dans le sens où la matière se répand, mais dans le sens où l'espace-temps lui-même est en expansion. Si nous faisons tourner l'horloge à l'envers, alors, tout se réunit à un moment donné, y compris l'espace et le temps. Bien sûr, les physiciens ne peuvent pas vraiment modéliser le point lui-même, mais ils peuvent modéliser les propriétés de l'univers à mesure que nous nous rapprochons du point et étonnamment, les prédictions semblent généralement concorder avec ce que nous voyons. D'où l'idée du Big Bang, mais l'esprit humain a évolué dans l'espace-temps, donc inévitablement les gens l'imaginent comme un vide dans lequel il n'y a rien pendant un certain temps, puis l'univers explose pour devenir. Cela doit être faux, cependant. Quel est exactement le vide dans cette image, puisque l'espace n'existe pas encore? Comment peut-il y avoir "un certain temps" avant le big bang si le temps n'existait pas "encore"? (Ici, la structure grammaticale de notre langage joue contre nous, car elle suppose que nous parlons de quelque chose qui se passe dans l'espace-temps.) Le moyen simple de garder vos images de pensée honnêtes est de se rappeler que nous ne pouvons pas voir l'univers DE L'EXTÉRIEUR , alors n'essayez pas de l'imaginer de cette façon. Le Big Bang ne peut être honnêtement représenté que de l'intérieur de l'univers, donc il n'y a pas de sens à la question de ce qui s'est passé "avant" le Big Bang - c'est un non-sequitur. De même avec la question "Qu'y avait-il avant le Big Bang?" Il n'y avait «pas» (temps) pas de «là» (espace) pour qu'il y ait quelque chose dedans. On dirait que vous avez déjà pensé à cela, et je suppose que c'est la raison pour laquelle vous posez la question. Je ne pense pas qu'il soit déraisonnable de soupçonner que les premiers instants de l'univers ne sont pas bien modélisés par les mathématiques des infinis et des infinitésimaux, et que nous n'avons pas encore vraiment une bonne compréhension de cela malgré l'accord avec les données empiriques. nous avons jusqu'à présent. Mais ne vous laissez pas distraire par des physiciens qui sont tellement absorbés par les mathématiques qu'ils oublient que le modèle n'est pas la chose modélisée.

La seule théorie de la gravité bien testée que nous ayons actuellement est la relativité générale (GR). Dans les modèles basés sur GR, le temps et l'espace n'existent que pour $ t>0 $.

Cela soulève la question de savoir ce qui a provoqué le big bang. En relativité, nous utilisons le terme «événement» pour désigner une certaine position dans l'espace à un certain moment. Le big bang n'est pas un événement, car il n'y a pas de temps $ t = 0 $. Si vous voulez trouver une cause pour un événement qui se produit à un moment donné $ t>0 $, il y a toujours des $ t '$ plus tôt, avec $ 0<t'<t $, qui peuvent fournir cette cause. Donc, en ce sens, le big bang ne nécessite pas de cause, car seuls les événements nécessitent des causes, et GR ne décrit pas le big bang comme un événement.

Nous avons également des raisons fondamentales de croire que GR est inexacte dans les conditions très denses et chaudes à $ t < ~ 10 ^ {- 43} $ s (connu sous le nom de temps de Planck), à cause des effets de la mécanique quantique. Si nous avions une théorie de la gravité quantique qui fonctionnait dans ces conditions, alors il se pourrait que la singularité à $ t = 0 $ ne soit pas réelle, et les événements à $ t>0 $ pourraient être expliqués en termes de causes à $ t<0 $. C'est ce qui semble se produire, par exemple, dans la cosmologie quantique en boucle. Cependant, personne n'a une théorie de la gravité quantique qui fonctionne et qui a été testée par rapport à l'expérience, donc nous ne savons pas vraiment.

Gardez à l'esprit que la vraie solution pour l'espace-temps de Sitter est un facteur d'échelle $$ a (t) ~ = ~ \ sqrt {\ frac {3} {\ Lambda}} \ cosh \ left (t \ sqrt { \ frac {\ Lambda} {3}} \ right) $$ pour $ \ Lambda $ la constante cosmologique. $ \ Lambda $ était très grand dans l'univers primitif, et il n'est pas déraisonnable de penser que l'univers était relié par la «gorge» à l'autre moitié de l'hyperboloïde.

C'est similaire au problème du trou blanc, qui est l'autre moitié de la métrique de Schwarzschild. Nous ignorons généralement cela, et donc le plus souvent l'espace-temps de Sitter est physiquement considéré comme un espace en expansion exponentielle où $ \ cosh (x) ~ \ simeq ~ \ exp (x) $ pour un grand $ x $. Nous commençons donc par l'équation énergétique FLRW $$ \ left (\ frac {\ dot a} {a} \ right) ^ 2 = \ frac {8 \ pi G \ rho} {3} \; - \; \ frac {k} {a ^ 2} $$ Ici, "point" signifie dérivée du temps. Cette équation peut être dérivée en utilisant les lois de Newton, ou l'énergie d'un projectile se déplaçant dans un champ de gravité.

L'autre moitié de l'hyperboloïde pourrait impliquer physiquement un état instanton, ou état tunnel. L'équation de Schrodinger pour une particule se déplaçant dans une dimension avec un certain potentiel $ V $ est $$ i \ hbar \ frac {\ partial \ phi} {\ partial t} ~ = ~ - \ frac {\ hbar ^ 2} {2m} \ frac {\ partial ^ 2 \ psi} {\ partial x ^ 2} ~ - ~ V (x) \ psi $$ Si nous considérons un cas stationnaire avec une phase $ \ psi (x, t) ~ = ~ \ psi (x) \ exp (-iEt / \ hbar) $ le terme de gauche devient juste $ E \ psi $, où $ E $ est l'énergie de la particule. Maintenant, réorganisons les choses pour que $$ \ frac {\ hbar ^ 2} {2m} \ frac {\ partial ^ 2 \ psi} {\ partial x ^ 2} ~ = ~ (E ~ - ~ V (x)) \ psi $$ Pour une particule se déplaçant dans l'espace, nous posons $ \ psi (x) \; \ sim \; \ exp (ikx) $, faites les deux dérivées et annulez le ψ (x). $$ k ^ 2 \; = \; \ frac {2m} {\ hbar ^ 2} (E \; - \; V) $$ Le plus drôle est que pour $ V ~ > ~ E $ nous avons un $ k $ imaginaire. Cela signifie que l'énergie cinétique est dans un drôle de sens négatif, ce qui n'est pas quelque chose que vous attendez en mécanique classique. Pour un système de ce genre, il est dans une région classiquement interdite, et dans des systèmes plus généraux, il peut y avoir une certaine dispersion $ \ omega ~ = ~ \ omega (k) ~ = ~ vk ~ + ~ \ dots $, ce qui conduit à un fréquence imaginaire. La phase du système est $ \ exp (i \ phi) \; = \; \ exp (i \ omega t) $. La quantité imaginaire associée à la fréquence angulaire ω peut être réaffectée au temps $ t $, c'est-à-dire une trivialité mathématique. Donc, dans certains de ces problèmes, il est utile de l'utiliser et de travailler avec du temps imaginaire, ou ce que l'on appelle parfois le temps euclidéanisé.

Donc, l'autre moitié de l'hyperboloïde pourrait être physiquement modélisée pour être un tunnel d'un cosmologie à travers une frontière potentielle. Cela pourrait alors être un instanton dû à une "goutte" d'énergie du vide dont le quantum s'échappe d'un autre espace-temps. Donc, à partir de ce paramètre, on peut voir que l'univers a une sorte de précurseur. ou est lié mécaniquement à un autre espace-temps. Cela pourrait alors être vu dans le cadre d'un univers multi-cosmologique ou dans ce qu'on appelle le multivers.

J'en doute sérieusement. Il y a pas mal de théories essayant de discuter du "début de l'univers", et elles ne sont pas toutes d'accord pour avoir un "début" dans l'univers.

Je ne suis pas d'accord Je n'ai pas de faits concrets pour soutenir ce que je suis sur le point de dire, alors considérez-le comme "juste une autre idée".

"Notre univers entier était dans un endroit chaud et dense, puis il y a quatorze milliards d'années, l'expansion a commencé. "Il y a donc eu une grosse explosion, et tout a essayé de s'éloigner de toute autre chose. Ce processus dure depuis environ quatorze milliards d'années et il finira par s'arrêter. Parce qu'une grande partie des forces d'attraction / répulsion (force électromagnétique qui peut attirer et repousser) aura été neutralisée (comme une pierre qui a des électrons et des protons mais n'en a pas. t attirer ou repousser), et les forces d'attraction (gravité) prendront le dessus. L'univers commence à devenir plus petit et plus dense, et à s'effondrer dans un petit endroit chaud et dense, et dans les "endroits chauds", les forces répulsives finiront par prendre le dessus, et donc un autre bang se produira, et cela créera un univers semblable au nôtre .