À la fin des années 1990, les astronomes ont découvert une chose mystérieuse qui éloignait les galaxies les unes des autres plus rapidement que la gravité ne les rapprochait. Il semblait que chaque petit morceau d’espace possédait une certaine quantité d’énergie qui l’éloignait de tous les autres petits morceaux d’espace, et cette étrange poussée a été baptisée “énergie sombre” – sombre, car personne ne sait ce qu’elle est.
Aujourd’hui, un groupe de physiciens a montré que l’énergie noire pouvait probablement être expliquée – à condition que nous soyons prêts à renoncer à un élément fondamental de notre compréhension de la lumière…
La plupart des scientifiques pensent que l’énergie noire existe à cause de ce que l’on appelle une constante cosmologique – quelque chose qui agit dans tout l’Univers et qui dit aux différents morceaux d’espace de se repousser les uns les autres. C’est un peu comme une force anti-gravité, mais elle agit partout et pas seulement entre deux objets ayant une masse, et elle agit toujours avec la même force.
L’explication de la constante cosmologique fonctionne, mais c’est une victoire creuse. Les physiciens n’aiment pas avoir des nombres qu’ils ne peuvent pas expliquer – des choses comme la masse de l’électron, par exemple.
Pour autant que l’on sache, il n’existe aucun moyen de dériver ou de prédire la masse d’un électron à l’aide d’autres éléments de physique. Ce n’est pas à cause de quelque chose d’autre ; c’est simplement que lorsque l’Univers s’est formé il y a quelque 14 milliards d’années, il a pu générer ces petits morceaux de masse que, 14 milliards d’années plus tard, nous avons commencé à appeler des électrons. Nous devons simplement introduire ce nombre (la masse) dans nos équations et accepter à contrecœur que nous ne pouvons pas l’expliquer
(L’attrait de la théorie des cordes est qu’elle pourrait être en mesure d’expliquer certains de ces nombres)
À l’origine, il semblait que la constante cosmologique n’était pas comme ça. En utilisant toute la physique que nous connaissons actuellement, nous pouvons prédire la force de la constante cosmologique. Mais au lieu de correspondre à ce que nous voyons, le résultat est connu comme le nombre le plus embarrassant de la physique : si vous multipliez la force mesurée de l’énergie noire par10120 – c’est un un avec 120 zéros – vous obtenez la valeur que nous prédisons.
Les hypothèses qui ont passé tous les autres tests que nous leur avons soumis prévoient une constante cosmologique de 100 millions de billions de googols plus forte que l’énergie sombre. L’énergie sombre est un effet minuscule qui ne correspond à aucune de ces prédictions géantes.
Cela a incité les physiciens à chercher des alternatives. Si l’énergie sombre n’est pas causée par une constante cosmologique, alors la constante cosmologique est en fait égale à zéro, et nous n’avons pas à nous soucier autant de sa prédiction. On s’est donc mis en quête de quelque chose qui pourrait produire une répulsion aussi minime.
L’une des façons de trouver quelque chose de vraiment petit est de trouver quelque chose d’autre de vraiment petit et de se demander s’il n’y aurait pas un lien entre les deux – comme si l’on essayait d’expliquer la couleur des cheveux d’un enfant en demandant quelle est la couleur des cheveux de ses parents.
C’est ce qu’a fait une équipe de physiciens dirigée par Seyen Kouwn, de l’Institut coréen d’astronomie et de sciences spatiales, à la différence près qu’ils n’ont pas simplement pris un objet que nous savions déjà petit, comme l’ont fait d’autres groupes. Ils se sont plutôt demandé ce qui se passerait si la lumière – dont nous supposons depuis un siècle et demi qu’elle est sans masse – avait une masse minuscule. Et ce qu’ils ont trouvé est surprenant.
Des expériences ont déjà prouvé que la lumière ne peut pas être plus massive qu’environ 10-62 kilogrammes. Cela représente un zéro, une virgule, 61 autres zéros, puis un un, ce qui est un très petit nombre. Mais ce n’est pas zéro, comme le soulignent Kouwn et son équipe .
Ils ont montré que si la masse du photon est 10 millions de fois inférieure à cette limite, la façon dont les photons interagissent avec les différents champs et forces de l’Univers entraîne un effet répulsif qui ressemble beaucoup à ce que nous appelons l’énergie sombre. En d’autres termes, des photons massifs pourraient être à l’origine de l’énergie noire.
Les physiciens ne vont probablement pas se précipiter pour réécrire les manuels scolaires, cependant. La masse proposée du photon est, à toutes fins utiles, incommensurablement petite, et l’utiliser à la place d’une constante cosmologique pour expliquer l’énergie noire revient à échanger quelque chose que nous ne pouvons pas vérifier contre quelque chose que nous ne pouvons pas expliquer. Et les physiciens n’aiment pas les mécanismes qu’ils ne peuvent pas mesurer, tout comme ils n’aiment pas les chiffres qu’ils ne peuvent pas expliquer.
De plus, nous échangeons également un nombre que nous ne pouvons pas expliquer contre un autre : pourquoi les photons devraient-ils avoir cette masse exacte ?
Il sera intéressant de voir si les groupes travaillant sur d’autres problèmes découvrent que les photons massifs expliquent plus que l’énergie sombre. Si la lumière ayant une masse non nulle s’avère résoudre un tas d’autres problèmes non résolus, les physiciens pourraient se réchauffer à cette idée très étrange.
L’article a été publié dans PhysicalReview D.