Le prix Buchalter de cosmologie a été attribué à Lee Smolin, professeur à l’Institut Périmètre, et à Marina Cortês, de l’Université d’Édimbourg, pour leurs travaux sur la causalité et le temps.

Deux autres scientifiques de l’Institut Périmètre, le professeur Luis Lehner et le professeur associé Matthew Johnson (nommé conjointement avec l’Université York), font partie des lauréats du troisième prix pour leur article intitulé Simulating the universe(s): from cosmic bubble collisions to cosmological observables with numerical relativity (Simulation d’univers : des collisions de bulles cosmiques aux grandeurs observables cosmologiques avec la relativité numérique).

Neil Turok, directeur de l’Institut Périmètre a déclaré : « C’est formidable de voir cet encouragement à la réflexion fondamentale, et nous sommes ravis que des scientifiques de l’Institut Périmètre aient remporté les premier et troisième prix. Lee Smolin et Marina Cortês ont proposé des fondements radicalement nouveaux de la cosmologie et de la physique quantique. J’espère que ce prix les encouragera à approfondir cette démarche. » [traduction]

Les prix Buchalter ont été créés « pour stimuler des recherches originales dans les secteurs de la théorie, de l’observation et de l’expérimentation en cosmologie, qui remettent en question, étendent ou éclairent les modèles actuels, ou qui contribuent à expliquer l’expansion cosmique sur la base des principes fondamentaux » [traduction].

Dans l’article intitulé The Universe as a Process of Unique Events (L’univers : une succession d’événements singuliers), publié dans Physical Review D et pour lequel ils ont remporté le grand prix, M. Cortês et L. Smolin proposent un nouveau cadre cosmologique qu’ils appellent « ensembles causaux énergétiques ». Ils ont commencé à travailler ensemble alors que Marina Cortês était scientifique invitée à l’Institut Périmètre.

Les auteurs partent de l’hypothèse que le temps est à la fois fondamental et irréversible – affirmation audacieuse si l’on considère que, pour la plupart des physiciens, le temps est une propriété qui « émerge » comme conséquence découlant de lois physiques plus fondamentales. La causalité résulte directement de cette irréversibilité; le futur est continuellement créé par l’activité du temps à partir du présent. L’énergie et le moment sont également des propriétés fondamentales; l’espace-temps, avec les particules qui s’y déplacent, émerge grâce à l’activité du temps – une fois de plus à l’encontre des théories dominantes. Tout événement possède une « empreinte » qui lui est propre : la somme unique des événements qui l’ont précédé et aucun autre.

Ces propriétés fondamentales résultent en un univers qui est aussi asymétrique que possible. Les auteurs élaborent leur théorie de manière analytique et l’illustrent par des simulations numériques d’un modèle simplifié d’univers dans lequel l’espace n’a qu’une seule dimension.

Dans deux articles de suivi, les auteurs développent les affirmations présentées dans leur premier article, élaborent une version quantique du cadre d’ensembles causaux énergétiques et le relient à une méthode existante à la jonction de la gravitation quantique et de l’espace-temps, appelée gravitation quantique à boucles.

Le nouveau cadre proposé a des conséquences importantes pour la physique fondamentale – de fait, les auteurs font valoir que, pour réaliser des progrès sur des questions clés qui hantent la physique fondamentale, il faut intégrer dans cette dernière la primauté et l’irréversibilité du temps. Les auteurs sont d’avis que leur cadre pourrait ultimement mener à une unification de la mécanique quantique et de la relativité – le « saint Graal » de la physique théorique contemporaine.

« Ces travaux sont particuliers, car ils ont exigé des efforts sans compromis pour définir une nouvelle direction de recherche, a déclaré Marina Cortês. Il a fallu du courage et de la détermination pour les publier. Que ces travaux soient reconnus constitue une récompense que nous n’aurions pu imaginer. » [traduction]

Lee Smolin a ajouté : « C’est avec surprise et beaucoup d’humilité que nous acceptons le nouveau grand prix Buchalter pour ces recherches, où nous avons pris le risque de laisser de côté des cadres établis depuis longtemps et de partir de zéro pour formuler une manière d’aborder les problèmes profonds de la cosmologie à partir des principes premiers. » [traduction]