Un physicien théoricien a formulé une nouvelle hypothèse qui pourrait enfin expliquer le mystère de la matière noire, cette matière insaisissable qui représenterait environ 27 % de l’Univers observable.
Selon ce nouvel article, il suffirait de supprimer la gravité de l’équation pour expliquer les effets étranges de la matière noire dans l’Univers.
“Nos idées actuelles sur l’espace, le temps et la gravité doivent être repensées de toute urgence. Nous savons depuis longtemps que la théorie de la gravité d’Einstein ne peut pas fonctionner avec la mécanique quantique”, a déclaré l’auteur du nouvel article, Erik Verlinde, de l’université d’Amsterdam, au site d’information néerlandais NOS.
“Nos découvertes changent radicalement la donne, et je pense que nous sommes à la veille d’une révolution scientifique”
Le problème de la matière noire découle du fait qu’il y a plus de gravité dans notre Univers – en particulier dans nos galaxies – que ce qui peut être produit par toute la matière et le gaz que nous voyons.
Traditionnellement, les physiciens expliquent cette incohérence en supposant qu’il doit exister quelque chose d’autre que nous ne pouvons pas voir, quelque chose de sombre – d’où le nom de matière noire.
Selon les physiciens, la matière noire représente environ 27 % de l’ensemble de la masse et de l’énergie de l’Univers observable. En fait, si les galaxies n’avaient pas de matière noire, la gravité ne suffirait pas à les maintenir ensemble, mais personne n’a encore réussi à trouver ce que c’est.
Il y a eu plusieurs candidats principaux pour une particule de matière noire, mais beaucoup d’entre eux ont été écartés par des tests supplémentaires. Et l’une des recherches les plus importantes et les plus coûteuses menées à ce jour sur la matière noire n’a rien donné.
M. Verlinde a donc décidé d’envisager le problème sous un autre angle. Si nous n’avons proposé la matière noire que pour compenser une incohérence avec la gravité, alors peut-être que le problème n’est pas du tout la matière noire – peut-être que le problème est que nous ne comprenons pas vraiment comment fonctionne la gravité.
La matière noire n’est pas non plus la seule incohérence gravitationnelle. Le modèle standard de la physique – le meilleur ensemble de formules dont nous disposons pour expliquer le fonctionnement de l’Univers – n’explique pas les effets de la gravité.
De plus, la gravité et les autres théories de la relativité générale ne cadrent pas avec notre compréhension de la mécanique quantique, ce qui a conduit les chercheurs à chercher une nouvelle “théorie du tout” qui fasse le lien entre les deux.
Mais Verlinde a adopté une approche différente, en écartant complètement la gravité du tableau. Il suggère que la gravité n’est pas du tout une force fondamentale de la nature, mais plutôt un phénomène émergent – tout comme la température est un phénomène émergent qui découle du mouvement des particules microscopiques.
En d’autres termes, la gravité est un effet secondaire, et non la cause, de ce qui se passe dans l’Univers.
Verlinde a proposé cette nouvelle hypothèse radicale de la gravité pour la première fois en 2010. Aujourd’hui, il a démontré que si l’on tient compte de cette nouvelle définition de la gravité dans l’Univers, il n’est plus nécessaire de trouver une nouvelle particule pour expliquer la matière noire – le comportement des galaxies est logique sans elle.
“Nous avons la preuve que cette nouvelle vision de la gravité est en accord avec les observations”, a-t-il déclaré. “À grande échelle, il semble que la gravité ne se comporte tout simplement pas comme le prédit la théorie d’Einstein”
Pour en arriver à cette conclusion, il est retourné à la planche à dessin pour comprendre exactement comment la gravité se forme au niveau microscopique. Ses calculs suggèrent que la gravité est un phénomène émergent qui découle de l’entropie de l’Univers.
L’entropie est une propriété de la thermodynamique qui décrit la quantité d’énergie perdue dans un système – ou, plus simplement, le degré de chaotique d’un système.
On peut également décrire cette propriété comme la quantité d’informations nécessaires pour décrire un système. En général, plus un système est chaotique, plus il faut d’informations pour le décrire, et plus il présente d’entropie.
Le modèle de Verlinde prend l’entropie et applique ce que l’on appelle le principe holographique. L’idée de base est qu’il existe des fragments d’information fondamentaux stockés dans le tissu de l’espace-temps – Verlinde les décrit comme des “atomes” d’espace – et que ces fragments d’information peuvent se déplacer afin d’évoluer vers une entropie élevée.
Selon les calculs de Verlinde, ce déplacement produit une force entropique qui agit comme la gravité.
Il explique cette idée plus en détail dans la vidéo ci-dessous :
Le défi consiste maintenant à tester cette nouvelle hypothèse. La façon la plus simple de la réfuter serait de trouver une particule qui explique la matière noire. Mais les physiciens pourront également confirmer ou falsifier cette nouvelle hypothèse en appliquant le modèle de gravité de Verlinde à nos observations de l’Univers.
Verlinde a publié son article sur le serveur de préimpression arXiv.org afin que la communauté des physiciens puisse le consulter et commencer à le tester. Mais il est important de noter qu’il n’a pas été publié dans une revue à comité de lecture, et qu’il faut donc le prendre avec un gros grain de sel.
Il s’agit néanmoins d’une idée intéressante. Et même s’il s’avère que c’est une mauvaise façon de penser à la gravité – comme l’ont été tant d’hypothèses précédentes – il est toujours bon de sortir des sentiers battus pour trouver de nouvelles façons d’aborder un problème.
En effet, si nous voulons obtenir cette théorie du tout tant attendue, il est de plus en plus probable qu’une partie de notre compréhension du fonctionnement de l’Univers doive changer.
“De nombreux physiciens théoriciens comme moi travaillent à une révision de la théorie, et certaines avancées majeures ont été réalisées”, a déclaré Verlinde. “Nous sommes peut-être à l’aube d’une nouvelle révolution scientifique qui changera radicalement notre vision de la nature même de l’espace, du temps et de la gravité.”
Vous pouvez lire l’article complet ici.