L'Univers est en expansion depuis près de 14 milliards d'années, et avec lui, son entropie totale, mesure du désordre, ne cesse de croître. Cela semble naturel : le second principe de la thermodynamique stipule que l'entropie d'un système isolé ne peut que diminuer. Cependant, dans un nouveau travail publié dans Physical Review D, la physicienne et mathématicienne Ginestera Bianconi de la Queen Mary University of London propose une nouvelle perspective sur ce problème. Selon sa théorie « Gravity from Entropy » (GfE), l'entropie par unité de volume pourrait même diminuer, ouvrant ainsi une voie inattendue à l'apparition des structures cosmiques.
L'idée de Bianconi est de dériver la gravité d'une action entropique. Elle considère l'espace-temps et la matière sur un pied d'égalité, en utilisant l'entropie relative quantique géométrique (Geometric Quantum Relative Entropy, GQRE). Il s'agit d'une mesure de la différence entre la métrique de l'espace-temps réel et la « métrique induite par la matière ». La gravité émerge ici non pas comme une force fondamentale, mais comme une conséquence de l'interaction informationnelle entre la géométrie et la matière. Dans la limite des basses énergies et des faibles courbures, la théorie se réduit sans heurts aux équations classiques d'Einstein, tout en ajoutant des nuances importantes.
Récemment, Bianconi et ses collègues ont approfondi la thermodynamique de ce modèle. Ils ont montré que les univers dans le cadre de la GfE admettent une description thermique : des températures et des pressions apparaissent localement, obéissant au premier principe de la thermodynamique. L'entropie totale de ces univers ne diminue pas avec le temps, en parfait accord avec le second principe. Parallèlement, l'entropie relative GQRE par unité de volume n'augmente pas, ce qui est naturel pour une quantité relative. Cependant, le volume total de l'Univers en expansion s'accroît, ce qui permet de concilier la croissance globale de l'entropie avec l'apparition locale d'ordre : galaxies, étoiles, structures complexes.
Imaginez l'Univers primitif, chaud, dense, presque homogène. Au fur et à mesure de son expansion, l'espace s'étire, la température chute. Dans le cadre classique, l'entropie par volume comobile reste approximativement constante (comme lors de l'expansion adiabatique d'un gaz), mais l'entropie totale croît en raison des processus irréversibles : formation d'étoiles, trous noirs, dissipation. La nouvelle théorie ajoute que l'interaction gravitationnelle elle-même est de nature entropique. Cela fournit un terme dynamique efficace pour l'énergie noire, dépendant d'un champ G auxiliaire et restant positif, ce qui contribue à expliquer l'expansion accélérée de l'Univers sans ajustement de paramètres.
La théorie est encore jeune et nécessite des vérifications supplémentaires, notamment une quantification et une comparaison avec les observations. Mais elle propose déjà un pont élégant entre la thermodynamique, la gravité et la cosmologie. Au lieu de voir dans l'entropie seulement un chemin inévitable vers la mort thermique, nous y découvrons un mécanisme qui permet à l'Univers de « s'auto-organiser » sur fond de croissance générale du désordre.
Le travail de Bianconi rappelle à quel point l'information, la géométrie et la physique sont profondément entrelacées. C'est peut-être à travers l'entropie que nous comprendrons un jour pourquoi l'espace-temps se comporte ainsi et pas autrement, et comment le chaos du Big Bang donne naissance à la complexité que nous observons. Il ne s'agit pas d'une révolution qui réfute Einstein, mais d'un développement naturel des idées, qui invite à regarder les anciennes questions sous un nouvel angle. Et pendant que les astronomes étudient les galaxies lointaines, les théoriciens continuent de chercher les « briques » informationnelles dont la gravité est constituée.
