Gravité entropique contre matière noire.

Après la gravité de Newton basée sur l’attraction des masses, puis celle d’Einstein sur la déformation de l’espace-temps, puis la gravité quantique qui constate les mêmes effets mais partant d’un modèle incompatible avec Einstein, voici peut-être venue l’ère de la gravite entropique. 

Le problème des modèles gravitationnels actuels est qu’ils nécessitent la présence de matière noire (1) pour que les observations astronomiques collent à la théorie. En gros, on bouche les trous entre l’observation et la théorie avec x tonnes de matière noire, ce qui en moyenne donne 27% de la densité énergétique de l’univers – plus encore que la matière « normale », dite baryonique. La taille du trou donne la mesure de la matière noire supposée se trouver là, mais il  n’y a pas moyen de prédire, a priori, ce que l’on devrait trouver comme matière noire dans telle ou telle zone de l’espace même en connaissant la répartition de la matière baryonique. Ce qui est un peu gênant quand même, et ce qui a motivé des recherches pour des explications alternatives ne nécessitant pas de matière noire, justement.

La plus connue de ces approches alternatives, sinon la seule, est la théorie dite MOND, à laquelle j’ai précédemment consacré un billet (2). Présentée dans les années 1980 par Mordehai Milgrom puis revisitée en 2004 pour la rendre compatible en mode relativiste (très haute vitesses), elle a pour obstacle majeur de remettre en cause la sacro-sainte notion d’invariabilité de cette force, c’est-à-dire toujours inversement proportionnelle au carré de la distance. Pour que MOND fonctionne, cette condition n’est plus fixe et, à un certain niveau de très faible attraction, elle devient inversement proportionnelle à la distance plutôt qu’au carré de la distance. Cette modification résulte de l’observation, et il lui manquait un modèle cosmologique permettant de l’expliquer. Jusqu’à l’entrée en scène de Erik Verlinde (3).

En 2009 Verlinde propose un modèle qui décrit la gravité en tant que force entropique, c’est-à-dire une force à caractère thermodynamique résultante de quelque chose et non plus une force fondamentale. Ce « quelque chose » serait l’information associée aux positions des corps matériels, et fonction du comportement statistique de degrés de libertés microscopiques encodés sur un écran holographique.

Certes. Reprenons.

Le principe holographique, issu de travaux sur la gravité quantique, postule que « toute l’information contenue dans un volume d’espace peut être décrite par une théorie qui se situe sur les bords de cette région. » (4) J’y ai consacré quelques articles, notamment « L’Univers, l’hologramme et nous » (5). En d’autres termes, ce que nous mesurons (particules et forces) est la projection 3D holographique d’une information qui n’existe réellement qu’en 2D sur la surface du monde – en l’occurrence la surface de la limite de l’univers.

La théorie de Verlinde repose sur des travaux antérieurs ayant déjà soupçonné un possible lien entre entropie et gravité: dans les années 70 par Bekenstein (6) et Stephen Hawking (7), puis dans les années 90 par Jacobson (8) qui démontra que les équations de champs d’Einstein peuvent être dérivées à partir d’une combinaison de thermodynamique générale et du principe d’équivalence (équivalence entre force de gravité et force inertielle) (9). Restait à tester la valeur prédictive de cette théorie.

Selon un papier publié par phys.org le 16 décembre 2016 et prévu pour publication dans le journal scientifique anglais Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (10), une équipe de l’observatoire de Leiden au Pays-Bas a testé la théorie de gravité entropique en utilisant l’effet de loupe gravitationnelle (11) sur plus de 33 000 galaxies connues. Cet effet permet de mesure les variations de gravité autour de galaxies proches en utilisant la lumière de galaxies plus lointaine qui est dispersée par la gravité de ces galaxies proches – les variations entre observation et théorie gravitationnelle de Einstein étant traditionnellement attribuées à la matière noire – et de les comparer aux prédictions de la nouvelle théorie.

Ça marche. Sans matière noire. Néanmoins corrélation n’est pas preuve, et pour le moment la théorie de la gravité entropique ne s’explique complètement que pour des objets isolés, sphériques et statiques ce qui n’est pas le cas de ces galaxies – donc la matière noire reste pour l’instant dans la course. Mais selon Margot Brouwer, de l’équipe de Leiden, « la question maintenant est de voir comment la théorie va se développer, et comment la tester plus précisément. Mais les résultats de ce premier test sont clairement très intéressants. »

Admettons que cette évolution ait lieu rapidement, et l’on pourrait d’ici quelques années avoir un modèle cosmologique performant sans matière noire. Matière qui depuis des années est le sujet de recherches très poussées toutes plus infructueuses les unes que les autres (ce blog en relate plusieurs). Et si on arrive à faire cela, peut être un jour arrivera t’on à faire sauter l’autre bouche-trou de service, l’énergie noire inventée pour expliquer l’accélération de l’expansion de l’univers. On en parle beaucoup depuis sa « découverte » dans les années 80, mais à nouveau personne ne sait vraiment ce que c’est.

Notes:

(1) https://rhubarbe.net/2016/09/01/la-matiere-noire-simple-particule-exotique-ou-nouvel-univers/

(2) https://rhubarbe.net/2014/05/09/un-autre-mond-est-possible/

(3) https://fr.wikipedia.org/wiki/Erik_Verlinde

(4) https://fr.wikipedia.org/wiki/Principe_holographique

(5) https://rhubarbe.net/2010/07/24/lunivers-lhologramme-et-nous/

(6) https://en.wikipedia.org/wiki/Jacob_Bekenstein

(7) https://en.wikipedia.org/wiki/Stephen_Hawking

(8) https://en.wikipedia.org/wiki/Theodore_Jacobson

(9) https://rhubarbe.net/2013/01/23/physique-principe-dequivalence-ou-schizophrenie-de-masse/

(10) http://dx.doi.org/10.1093/mnras/stw3192

(11) https://fr.wikipedia.org/wiki/Distorsion_spatiale

2 thoughts on “Gravité entropique contre matière noire.

  1. Hari

    J’aimerais vous faire connaître une approche épistémologique qui pourrait être utile à cette nouvelle physique. Quelques billets: sur le principe d’incertitude: http://www.entropologie.fr/2014/07/le-principe-d-incertitude-d-heisenberg-sans-les-maths.html; sur la différence masse grave et inerte : http://www.entropologie.fr/2014/07/la-gravite-une-question-de-poids.html pour en arriver à la théorie holographique : http://www.entropologie.fr/2016/10/l-univers-holographique-un-mythe-moderne-suite.html. Bien sûr, tout ceci demande à être discuté ! 😉

    J'aime

  2. Ping : L’Univers holographique, suite mais pas fin. – Ze Rhubarbe Blog

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