🌀 La gravité, un simple moteur thermique à l'échelle de l'Univers ?
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C'est l'idée explorée par des chercheurs de l'Imperial College London, qui proposent qu'elle agisse comme un moteur thermique, transformant la chaleur en travail. Une piste qui pourrait résoudre de grandes énigmes cosmologiques.
La théorie de la relativité générale d'Einstein décrit la gravité comme une courbure de l'espace-temps. Mais elle peine à expliquer pourquoi l'énergie du vide est si faible par rapport aux prédictions quantiques: le fameux problème de la constante cosmologique. Cette divergence a poussé les physiciens à chercher des alternatives. L'approche thermodynamique pourrait offrir une nouvelle voie, en reliant la gravité à des processus de chaleur et d'entropie déjà observés dans les trous noirs.
Tout a commencé en 1995, lorsque le physicien Ted Jacobson a renversé la logique de Hawking et Bekenstein. Au lieu de déduire une température à partir de la gravité, il a utilisé la thermodynamique pour dériver l'équation d'Einstein. Une idée brillante mais restée sans suite pendant des décennies. Joao Magueijo, auteur principal de la nouvelle étude, s'en est souvenu lors de vacances sur une île grecque isolée. Il a réalisé que les tentatives précédentes essayaient de faire coller des théories existantes à la construction de Jacobson, au lieu de laisser la thermodynamique guider.
Avec son doctorant Ray Isichei, Magueijo a modélisé la gravité comme un cycle d'Otto, le principe des moteurs à essence. Dans un moteur, la chaleur n'est pas la seule source d'énergie: il y a aussi du travail, des réactions chimiques. Ils ont donc ajouté ce "quelque chose d'autre" au processus thermodynamique, sans présumer du résultat. Cette approche ouverte a permis de dériver une nouvelle théorie de la gravité, où matière et énergie peuvent être créées ou détruites.
Le cycle thermodynamique proposé dans l'article. La gravité d'Einstein correspond au cas dégénéré où seules les étapes de flux de chaleur sont présentes. En ajoutant des étapes de production de travail, de nouvelles théories de la gravité émergent, y compris celles où la conservation de la matière-énergie est modifiée.
Crédit: Isichei and Magueijo / Physical Review Letters.
Ce résultat a failli être abandonné, car il semblait absurde. Mais les chercheurs ont réalisé que cette propriété pourrait expliquer l'accélération de l'expansion de l'Univers sans recourir à l'énergie noire ou à une constante cosmologique. Normalement, la matière ordinaire ralentit l'expansion. Mais si sa conservation est modifiée, une création continue de matière peut au contraire accélérer l'expansion. Une idée audacieuse qui pourrait résoudre un problème vieux de plusieurs décennies.
Bien sûr, cette théorie reste spéculative. Les auteurs prévoient de la confronter aux observations cosmologiques, comme les supernovas ou le rayonnement fossile. La cosmologie est devenue une science de précision, et toute nouvelle idée doit passer l'épreuve des données. Si elle se vérifie, notre conception de la gravité et de l'Univers pourrait être profondément bouleversée.