L'insoutenable légèreté de la gravité

Publié par Adrien le 20/08/2020 à 09:00
Source: ASP
La découverte des ondes gravitationnelles en 2015 a suscité plusieurs questions sur la nature de la gravité. Dans un article qui a récemment fait la Une du New Scientist, une physicienne britannique explore une proposition audacieuse: et si la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) avait une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force...) ?


Des quatre grandes forces fondamentales -gravité, électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude des phénomènes électriques et magnétiques dans leur synthèse du champ électromagnétique : le...), forces nucléaires forte et faible- régissant le fonctionnement de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), seule la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au...) gravitationnelle n'entre pas dans le cadre prévu par la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) quantique. Selon cette théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une...), toutes les forces ont un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) quantique qui leur est associé, explique Claudia de Rham, du Collège (Un collège peut désigner un groupe de personnes partageant une même caractéristique ou un établissement d'enseignement.) impérial de Londres (Londres (en anglais : London - /?l?nd?n/) est la capitale ainsi que la plus grande ville d'Angleterre et du Royaume-Uni. Fondée il y a plus de 2 000 ans par...). Ces champs, qui produisent des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) et se propagent dans l'espace, sont formés par des particules.

Jusqu'à tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) récemment, rien n'indiquait que la gravité respectait ces critères. Toutefois, la détection des ondes gravitationnelles a fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément...) les premiers indices, selon la physicienne, comme quoi l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur la géométrie de...) pourrait être lui-même un champ quantique, capable de "vibrer" de la même façon que le champ électromagnétique (Un champ électromagnétique est la représentation dans l'espace de la force électromagnétique qu'exercent des particules chargées. Concept...).

Cependant, si la gravité est un champ quantique, quelle est la particule qui le porte ? Le graviton (Le graviton est une particule élémentaire hypothétique qui transmettrait la gravité dans la plupart des systèmes de gravité quantique. Il serait donc le quantum de la force...), comme il avait été baptisé il y a longtemps, n'a toujours pas été détecté, mais Claudia de Rham le croit bien réel.

La solution dans les dimensions supplémentaires ?

Si le graviton existe, quelle serait sa masse ? La masse d'une particule fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) est inversement proportionnelle à la portée de cette force. La gravité exerçant son influence sur des distances astronomiques, la masse d'un graviton doit donc être très petite... ou même nulle.

Cette distinction est cruciale. Si le graviton n'a pas de masse, il doit voyager à la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour « célérité », la lumière se manifestant macroscopiquement comme un phénomène ondulatoire), est une constante physique, et donc un...). S'il en a une, il peut au contraire se déplacer à différentes vitesses. Selon les physiciens, cela signifie aussi qu'il pourrait exister différents types de gravitons avec des propriétés distinctes. Certains, les gravitons fantômes, auraient même une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) négative, ce qui est problématique pour maintenir l'ordre de l'Univers !

La solution à cette impasse, suggère Claudia de Rham, réside dans un modèle de la Relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels non-inertiels, est une théorie relativiste de la...) qui inclut des dimensions supplémentaires à l'espace et au temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). Certaines dimensions pourraient exister sans que nous en soyons conscients. Par exemple, on peut imaginer un funambule sur son fil. Pour lui, une seule dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien...) est perceptible. Par contre, une fourmi qui se déplace autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco, Megatriorchis,...) du même fil discerne une dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa...) supplémentaire.

L'hypothèse des dimensions supplémentaires est déjà utilisée par les scientifiques pour expliquer certaines particularités de la gravité. Dans ses travaux, la physicienne britannique a démontré que ce modèle permet de décrire un graviton avec une masse, tout en évitant la création de gravitons fantômes.

Enfin, la question de la masse des gravitons peut nous aider à raffiner notre compréhension de la gravité. Cela pourrait en effet changer notre façon de voir le mouvement des planètes, mais aussi nous aider à en savoir plus sur les débuts de l'Univers... et sur le destin qui l'attend dans des milliards d'années.
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