Univers fractal
En cosmologie, le modèle de l'univers fractal désigne un modèle cosmologique dont la structure et la répartition de la matière possèdent une dimension fractale, et ce, à plusieurs niveaux. De façon plus générale, il correspond à l'usage ou l'apparence de fractales dans l'étude de l'Univers et de la matière qui le compose.
Ce modèle présente certaines lacunes lorsqu'il est utilisé à de très grandes ou de très petites échelles[1].
Histoire
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Les premières bribes sur la théorie d'un univers fractal naissent avec le mathématicien Benoît Mandelbrot. Dans son livre Les objets fractals: Forme, hasard et dimension paru en 1977, il mentionne que les galaxies possèdent une distribution fractale et fait une ébauche des propriétés d'une telle distribution[2].
Par la suite, en 1986, le physicien théoricien russe Andreï Linde écrit l'article Eternally Existing Self-Reproducing Chaotic Inflationary Universe paru dans le journal Physica Scripta (en) où il utilise les fractales pour expliquer sa vision de l'Univers[3]. L'année suivante, le professeur italien Luciano Pietronero publie une première modélisation des galaxies selon une distribution fractale dans un article paru dans le journal Physica A[4].
Au cours de la décennie suivante, des observations plus précises des structures à grandes échelles de l'Univers permettent d'affiner les modélisations, amenant Pietronero à consolider ses modélisations en tenant compte d'une dimension fractale de 2[5].
En 2008, D. Queiros-Conde publie un article[6] dans lequel il montre que la structure à grande échelle des galaxies est beaucoup mieux décrite par une dimension fractale dérivant de 0 à 3 pour une échelle d'environ 55 mégaparsec par heure (Mpc/h), ce qui permet, notamment, d'estimer un nombre de galaxies dans l'Univers en accord avec les mesures de Hubble.
En 2012, Scrimgeour et al. confirment que la répartition à grande échelle des galaxies est homogène au-delà d'environ 70 Mpc/h[7].
Théories
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L'article d'Andrei Linde évoque une théorie sur l'Univers décrite par l'évolution d'un champ scalaire créant des pics qui deviennent des points de nucléation qui amènent des parcelles d'espace en inflation à se développer en « bulles d'univers », rendant l'Univers fractal à très grande échelle[3].
À l'opposé, des théories comme la Causal dynamical triangulation (en) (CDT)[8] et la gravité quantique[9] proposent une dimension fractale à l'échelle microscopique, près de la longueur de Planck.
Le mathématicien français Alain Connes et le physicien Carlo Rovelli ont quant à eux tenté de concilier la relativité et la mécanique quantique en utilisant la géométrie non commutative, qui implique une certaine fractalité[10].
Dans la théorie de relativité d'échelle de Laurent Nottale, l'espace-temps possèderait un caractère fractal de dépendance d'échelle.
Notes et références
[modifier | modifier le code]- (en) « The Universe Isn't a Fractal, Study Finds », sur www.space.com, (consulté le )
- (en) Yurij Baryshev et Pekka Teerikorpi, Discovery of Cosmic Fractals, World Scientific, , 373 p. (lire en ligne), p. 295
- (en) Linde, A.D., « Eternally Existing Self-Reproducing Chaotic Inflationary Universe », Physica Scripta, , p. 169–175 (DOI 10.1088/0031-8949/1987/T15/024, Bibcode 1987PhST...15..169L)
- (en) Pietronero, L., « The Fractal Structure of the Universe: Correlations of Galaxies and Clusters », Physica A, no 144, , p. 257 (DOI 10.1016/0378-4371(87)90191-9, Bibcode 1987PhyA..144..257P)
- (en) Joyce, M.; Labini, F.S.; Gabrielli, A.; Montouri, M.; Pietronero, L., « Basic Properties of Galaxy Clustering in the light of recent results from the Sloan Digital Sky Survey », Astronomy and Astrophysics, vol. 443, no 11, (DOI 10.1051/0004-6361:20053658, Bibcode 2005A&A...443...11J, arXiv astro-ph/0501583)
- (en) D. Queiros-Conde, « Parabolic drift towards homogeneity in large-scale structures of galaxies », Physica A, no 387, , p. 3641-3646 (résumé)
- (en) M. Scrimgeour et al., « The WiggleZ Dark Energy Survey: the transition to large-scale cosmic homogeneity », Mon. Not. Roy. Astron. Soc., vol. 425, no 1, , p. 116–134 (DOI 10.1111/j.1365-2966.2012.21402.x, Bibcode 2012MNRAS.425..116S)
- (en) Ambjorn, J.; Jurkiewicz, J.; Loll, R., « Reconstructing the Universe », Phys. Rev. D, vol. 72, no 6, (DOI 10.1103/PhysRevD.72.064014, Bibcode 2005PhRvD..72f4014A, arXiv hep-th/0505154)
- (en) « Asymptotic Safety in Quantum Einstein Gravity: nonperturbative renormalizability and fractal spacetime structure », sur arxiv.org,
- (en) Connes, A.; Rovelli, C., « Von Neumann Algebra Automorphisms and Time-Thermodynamics Relation », Class.Quant.Grav., vol. 11, no 12, , p. 2899–2918 (DOI 10.1088/0264-9381/11/12/007, Bibcode 1994CQGra..11.2899C, arXiv gr-qc/9406019)
