Trous noirs, réalité ou fiction ? La relativité d’Einstein en question
L’été permet de mettre en vacance son cerveau, quoique, un cerveau en ébullition ne parvient pas à refroidir ses neurones vers une température favorable à la tempérance de l’âme. Si la matière de l’univers est de la pensée, alors elle a pu se refroidir en offrant un rayonnement thermique de quelque Kelvin mais néanmoins des astres lumineux si bien que la matière se réveilla sur notre planète pour s’animer puis évoluer et enfin penser. Ainsi l’univers a été pensé avec plusieurs étapes, la dernière en date étant la cosmologie relativiste d’Einstein. L’ancienne conception de Newton relevait presque de la magie. Comment des masses peuvent s’attirer sans qu’il n’y ait de support permettant de transmettre la force de gravitation ? Pour ne pas résoudre cette énigme mais la faire disparaître, il a fallu la perspicacité d’Einstein. Il n’y a pas de force mais une courbure de l’espace-temps effectuées par les masses et calculée par la fameuse équation résumée par R = T. Dans cette formule tensorielle, R représente la géométrie et T la matière.
Le succès de cette théorie repose sur des calculs plus précis et plus efficaces que ceux réalisés avec la gravitation de Newton. L’orbite de mercure a pu être calculée avec précision. D’autres phénomènes ont été observés, comme la déviation de la lumière mais c’est grâce au GPS que la relativité générale peut se prévaloir d’une utilité technique indéniable. Si la mécanique quantique permet de véhiculer des informations et de les traiter, la relativité permet de savoir où l’on se trouve exactement si l’on dispose d’un GPS. C’est la géolocalisation, avec dans cette notion le local. La relativité générale fonctionne parfaitement au niveau local, c’est-à-dire à l’échelle de la terre puis de notre système solaire. Mais peut-elle décrire l’univers dans son ensemble ? On ne peut pas faire des expériences à des années lumière pour voir ce qui se passe, juste observer le ciel. Il n’est pas certain que la relativité générale puisse permettre de calculer tous les objets de l’univers. D’une part parce qu’elle n’est pas complète et n’inclut pas la description quantique et d’autre part parce que les calculs qu’elle permet de faire ne correspondent pas forcément à des réalités physiques.
C’est tout l’enjeu de la cosmologie que d’établir si les objets comme les trous noirs existent. Par ailleurs, la matière noire est une réalité introduite pour faire coïncider les observations avec les calculs relativistes. La question centrale en cosmologie concerne l’existence et la nature de l’espace-temps. Une étendue courbée sans substance n’a aucun sens. Je reformule la question. R décrit-il une géométrie courbe réelle ou bien n’est-ce qu’un outil de calcul ? Dans le premier cas, l’existence des trous noirs est possible, dans le second cas, il n’y a pas de trou noir car la géométrie décrite par la gravité relativiste n’existe pas.
Pour le dire autrement, l’équation R = T ne correspond pas à une réalité physique mais représente un outil efficace pour les calculs astrophysiques. Par une sorte de ruse nomologique, cet outil a permis de faire les calculs exacts pour le GPS et pour quelques observations astrophysiques de haute précision. Néanmoins, le principal problème concerne R, la géométrie tensorielle. J’aurais tendance à dire, trop de géométrie, trop de mathématiques, trop de métriques pour une étendue qui n’a pas besoin de tant d’artifices afin d’être décrite. Par quoi remplacer R ? Et T par la même occasion ? Cette interrogation laisse entendre qu’il y a une possibilité pour une théorie de la gravité construite d’une toute autre manière, en partant de la matière quantique et non plus des forces et de l’espace-temps revisités par la géométrie relativiste d’Einstein.
On peut se contenter de la relativité générale mais si on n’est pas convaincu de sa légitimité, alors on doit tout remettre en question. Dans R = T, il y a deux champs, l’un tensoriel et géométrique, l’autre matériel. La matière engendre la géométrie et inversement. Mais ce « mécanisme » n’a pas de support physique, il n’est que mathématique. Et donc tout aussi mystérieux que l’action à distance dans la gravitation newtonienne. De plus, R décrit une géométrique distincte de la géométrie de Minkowski qui fonctionne avec les ondes de Maxwell. Etrange situation que ces deux descriptions incompatibles de l’étendue cosmologique.
Quelle serait alors la bonne description ? Le principe est simple. Il faudrait faire coïncider les deux étendues et décrire la gravité avec une géométrie restreinte de Minkowski et une propagation de signaux gravitationnels à l’image des signaux électromagnétiques. D’un autre côté, il faut remplacer T, qui décrit une matière classique, par Q, une représentation de la « matière quantique ». Mais cette matière quantique doit inclure un mécanisme spécial de « réaction gravitationnelle » et de sources d’informations gravitationnelles. Le défi reste pour l’instant hors de portée pour mes capacités de mathématicien. Mais quelques physiciens audacieux finiront bien par accéder au graal de la gravité quantique. S’ils y parviennent, ils sauront que les trous noirs n’existent pas et que la matière n’a pas pour finalité à ne pas communiquer !
Ce modeste billet raconte en fait une rencontre ratée entre un philosophe qui a l’intuition physique sans la maîtrise parfaite des outils mathématique et des physiciens qui ont la science mathématique mais n’ont pas l’intuition du réel. Pour le lecteur lambda, cela signifie qu’une grande découverte est à venir si les savants parviennent à s’harmoniser.
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