Comme chacun sait, l'univers est en constante expansion. Mais beaucoup ne réalisent même pas que le processus s'accélère et que les physiciens n'ont aucune explication sensée à ce phénomène. Un groupe de théoriciens a suggéré qu'une mystérieuse «énergie noire» est impliquée, et maintenant nous allons vous dire sous une forme accessible de quoi il s'agit.
Depuis près de deux décennies, les astronomes savent que l'expansion de l'univers s'accélère, comme si une mystérieuse «énergie noire» le gonflait de l'intérieur, comme un ballon. Cette énergie reste aujourd'hui l'un des plus grands mystères de la physique. Maintenant, un trio de théoriciens affirment que l'énergie noire provient d'une source étonnante. Aussi effrayant que cela puisse paraître, à leur avis, cela va à l'encontre des fondements de la physique que tout le monde a appris à l'école: la quantité d'énergie totale dans l'Univers n'est pas fixe et inchangée, elle peut progressivement disparaître.
Selon les scientifiques, l'énergie noire peut être un champ spécial, un peu électrique, qui remplit l'espace. D'autre part, il peut faire partie du cosmos lui-même, qui est appelé la constante cosmologique (sinon le terme lambda). Le deuxième scénario ressemble à une moquerie de la théorie de la relativité d'Einstein, qui prétend que la gravité se produit lorsque la masse et l'énergie plient l'espace et le temps. En fait, la constante cosmologique est aussi une invention d'Einstein, et il l'a littéralement inventée en ajoutant une constante à ses équations pour expliquer comment l'univers résiste à la destruction par sa propre gravité. Cependant, il a abandonné l'idée lorsque, dans les années 1920, les astronomes ont découvert que l'univers n'était pas statique, mais en expansion, comme s'il était né d'une explosion.
Après une observation plus approfondie, il est devenu clair que l'expansion de l'univers s'accélérait et la constante cosmologique est revenue à nouveau. Dans le cadre de la mécanique quantique, cependant, cela devient beaucoup plus rusé. La mécanique quantique suggère que le vide lui-même doit osciller imperceptiblement. En relativité générale, ces minuscules fluctuations quantiques produisent de l'énergie qui servira de constante cosmologique. Cependant, toutes choses étant égales par ailleurs, il doit être 120 ordres de grandeur plus grand pour détruire l'univers. L'explication de la raison pour laquelle la constante cosmologique, bien qu'elle existe, mais sous une forme très modeste, est donc un grand mystère pour les physiciens. Quand ce n'était pas encore nécessaire, les physiciens ont simplement supposé qu'un effet encore inconnu le réduirait simplement à zéro.
Aujourd'hui, Thibault Josette et Alejandro Perez de l'Université d'Aix-Marseille en France et Daniel Sudarski de l'Université nationale autonome de Mexico à Mexico affirment avoir trouvé un moyen de dériver une valeur raisonnable de la constante cosmologique. Ils ont commencé avec une version de la relativité générale, qu'Einstein lui-même a inventée, appelée gravité unimodulaire. La relativité générale suppose une symétrie mathématique, une covariance générale, ce qui implique que peu importe comment vous déterminez la position d'une coordonnée dans l'espace et le temps, la prédiction théorique restera la même. Cette symétrie nécessite la conservation de l'énergie et de l'élan. La gravité unimodulaire a une version plus limitée de cette symétrie mathématique.
Ce système reproduit la plupart des hypothèses de la relativité générale. Cependant, selon lui, les fluctuations quantiques du vide ne créent pas de gravité ou n'affectent pas la constante cosmologique (qui, après tout, n'est qu'une constante mathématique, et sa valeur peut être n'importe quoi). Mais cela a un prix: la gravité unimodulaire ne nécessite pas d'énergie pour se conserver, les théoriciens doivent donc la limiter arbitrairement.
Un trio de scientifiques a montré que la gravité unimodulaire, si elle est acceptée et autorisée à violer la loi de conservation de l'énergie et de l'élan, définit en fait la valeur de la constante désignée. L'argument ici est mathématique, mais en fait même une petite partie de l'énergie qui disparaît dans l'Univers laisse une trace sous la forme d'un changement de la constante cosmologique. «L'énergie sombre de notre modèle est précisément le résultat de la quantité d'énergie et d'élan perdue dans l'univers au cours de toute son existence», déclare Perez.
Pour prouver que leur théorie est raisonnable et applicable à la réalité, les scientifiques ont examiné deux scénarios montrant comment la violation de la loi de conservation de l'énergie affecterait théoriquement les problèmes sous-jacents de la mécanique quantique. Par exemple, la théorie de la localisation spontanée continue (CSL) tente d'expliquer pourquoi des particules subatomiques comme les électrons peuvent littéralement se trouver à deux endroits en même temps, mais des objets aussi grands que des voitures ou des personnes ne le peuvent pas. CSL suppose que de tels états de la matière surviennent et se désintègrent spontanément dans la dépendance, ce qui augmente avec l'augmentation du volume d'un objet, ce qui signifie qu'un grand objet ne peut tout simplement pas être «double» dans les conditions de la Terre. Contre cette théorie se trouve le fait qu'elle ne prend pas en compte la conservation de l'énergie. Cependant, les théoriciens ont montré que la somme des violations des dispositions sur la conservation de l'énergie n'est que cela,pour donner une constante cosmologique de la taille souhaitée.
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Néanmoins, selon certains scientifiques, les théoriciens jouent simplement avec les mathématiques. Ils doivent encore supposer que la constante cosmologique commence à une petite valeur, mais ils n'expliquent pas cet aspect. Cependant, la physique moderne regorge de constantes inexplicables, telles que la charge d'un électron ou la vitesse de la lumière, ce n'est donc qu'une autre constante sur une longue liste.
