Convictions d'un grand père / Overtuigingen van een grootvader
Gravitation - Matière Noire
Depuis la fin de mes études, il y a près de 60 ans, époque de la découverte du big-bang, les très nombreuses découvertes scientifiques fondamentales ont fait évoluer le niveau de connaissance de l’Univers de manière fort importante.
Pour expliquer les dernières observations astronomiques suivant les théories de Newton et d'Einstein, on a du inventer la matière noire et l’énergie sombre... Ces notions qui ne sont pas encore avérées composeraient plus de 95% de l’énergie dégagée au moment du Big Bang ? Assez logiquement certains savants remettent en question ces hypothèses dérangeantes.
Dans plusieurs types d'objets astrophysiques, les mouvements observés sont différents de ceux auxquels on s'attend en théorie (Gravitation de Newton), quand on essaie de les déduire de l'action gravitationnelle des masses qu'on peut observer : tout se passe comme si une densité de masse invisible était présente.
De plus, les théories de formation des grandes structures dans l'Univers, qui expliquent d'une part comment les galaxies et les amas de galaxies se forment, et d'autre part les propriétés du rayonnement de fond cosmologique (le "rayonnement à 3 K"), ne permettent de rendre compte des observations qu'à condition de supposer que l'Univers contient une grande quantité de masse sous une forme différente de la matière ordinaire.
Enfin, la cosmologie en général livre des informations cruciales sur le contenu de l'Univers, que ce soit par l'étude de sa géométrie ou par celle de son histoire. Les résultats indiquent encore que l'Univers contient plus de matière que celle que l'on voit.
Plusieurs questions se posent alors : "cette matière noire existe-t-elle vraiment ? si oui c'est quoi ? si non d'où viennent les problèmes que nous venons de mentionner ?" Il serait satisfaisant de résoudre ces trois problèmes en même temps, et l'utilisation d'un vocable commun matière noire a au moins le mérite psychologique d'entretenir cet espoir, mais il faut avouer que ce but n'est pas encore atteint. Ceci n'est d'ailleurs pas un pur constat d'échec, car l'existence de ces problèmes de matière noire ont motivé un grand nombre de recherches qui ont abouti à des découvertes importantes en astrophysique et en cosmologie.
Le modèle standard de la physique moderne considère depuis plus d’un demi siècle que notre univers est gouverné par quatre forces fondamentales:
« Quatre interactions élémentaires sont responsables de tous les phénomènes physiques observés dans l’univers, chacune se manifestant par une force fondamentale :.
l’interaction nucléaire forte, l’interaction électromagnétique, l’interaction nucléaire faible et la gravitation. »
Un peu d’histoire
.Seconde loi de Newton (1642-1727)
Les changements qui arrivent dans le mouvement sont proportionnels à la force motrice ; ils se font suivant la ligne droite dans laquelle cette force a été imprimée.
Grâce à Newton et sa célèbre équation il est possible de mesurer l’effet de la gravitation qui est proportionnel au produit des masses et inversement proportionnel au carré de la distance.
L’effet de la gravitation est instantané de par la présence de la matière qui exerce une force sur les autres corps dirigée vers son centre de gravité. La gravité serait innée, inhérente et essentielle à la matière, en sorte qu’un corps puisse agir sur un autre à distance au travers du vide, sans médiation d’autre chose.
En 1916 Einstein propose une nouvelle théorie sur la gravitation exposée dans la relativité générale. Pour Einstein la gravitation n’est pas une force qui se propage instantanément. Ce serait contraire au principe de la relativité restreinte qui interdit à toute énergie ou information de se propager à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière dans le vide. Sa théorie implique que la seule présence de la matière dans un espace déforme celui-ci créant des géodésiques invisibles de moindre énergie où tout autre objet est comme piégé au lieu de se déplacer en ligne droite.
En 2010, Erik Verlinde, un expert reconnu dans la théorie des cordes à l’Université d’Amsterdam et au Delta Institute for Theoretical Physics, a surpris la communauté scientifique en révélant une nouvelle hypothèse de la gravitation :
La gravitation n’est pas une force fondamentale de la nature, mais un phénomène émergent (*).
De la même manière que la température provient du mouvement des particules microscopiques, la gravitation émerge des changements des bits fondamentaux de l’information qui sont stockés dans la structure élémentaire de l’espace-temps.
(*) Ce qui qualifie un phénomène émergent, c’est une propriété collective qui n’est présente dans aucune des molécules constitutives.
Pas besoin de matière noire
Selon Erik Verlinde, on n’a pas besoin d’ajouter la matière noire à son hypothèse. Il montre que sa vision de la gravitation prédit précisément les vitesses de rotation des étoiles autour du centre de la Voie Lactée et le mouvement des étoiles dans d’autres galaxies.
S’adapter au principe holographique
L’un des composants de l’hypothèse de Verlinde est l’adaptation du principe holographique introduit par Gerard ’t Hooft , prix Nobel de Physique, maître de Erik Verlinde et Leonard Susskind.
Selon le principe holographique, toute l’information dans l’univers peut être décrite sur une sphère géante abstraite qui l’entoure.
Verlinde corrige cette vision en estimant que l’information dans l’univers se trouve dans l’espace proprement dit.
Cette information supplémentaire est nécessaire pour décrire l’énergie sombre qui est responsable de l’accélération de l’expansion de l’univers. En analysant les effets de cette information supplémentaire sur la matière ordinaire, Verlinde arrive à une conclusion intéressante.
La gravité, une force émergente d’origine entropique ?
Erik Verlinde propose une hypothèse audacieuse : la gravité ne serait pas une force fondamentale, mais un phénomène émergent ayant pour origine la propension qu’a tout système physique à maximiser son entropie.
Un des points forts du raisonnement, c’est que donner une origine entropique à la gravité permet de déduire l’expression des forces gravitationnelles macroscopiques, sans rien dire de ce qui se passe au niveau microscopique. Un peu comme dans le cas de la pression où on arrive à exprimer la force sans rien dire du mécanisme microscopique (les chocs des molécules).
C’est une idée fort intéressante, et rendue très pertinente par le fait que la gravité est une force très peu connue expérimentalement aux échelles sub-millimétriques !