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La gravitation obéit-elle encore à la loi de Newton à l'échelle microscopique ?

Depuis au moins 7 milliards d'années, notre univers connaît une phase d'expansion accélérée, sous l'effet d'une mystérieuse énergie noire qui contrebalance la gravitation et dont la nature reste à ce jour controversée et inconnue.

Face à ce défi théorique majeur, des chercheurs français (CNRS et Université  Sabatier de Toulouse), viennent de proposer une nouvelle hypothèse pour expliquer l'origine et la nature de cette énergie noire. Selon cette théorie, cette énergie noire résulterait de l'effet gravitationnel du vide quantique qui serait issu d'une quatrième dimension spatiale, s'ajoutant aux trois dimensions qui constituent notre environnement familier.

Ces chercheurs ont montré que si l'on admet l'hypothèse d'une dimension supplémentaire très petite et repliée sur elle-même, il devient possible, d'un point de vue théorique, que le vide quantique gravitationnel participe à la densité de l’univers et en détermine la valeur actuelle.

Récemment, les remarquables observations réalisées par le satellite Planck ont confirmé que la matière telle que nous la connaissons représente à peine 5 % de la densité totale de l'univers.  25 % de cette densité serait constitué par la fameuse "matière noire", dont l'origine reste à ce jour inconnue et qui interagit très peu avec la matière ordinaire.

Le reste, c'est-à-dire 70 %, provient de l'énergie noire (encore appelé énergie sombre ), qui s'oppose victorieusement à la gravitation et accélère l'expansion de l'univers depuis sept à 8 milliards d'années.

Face à cette structure cosmique mystérieuse et assez déroutante, les physiciens en sont arrivés à se demander si le cadre théorique de la relativité générale ne doit pas être sérieusement complété et modifié, de manière à mettre en accord l'ensemble des observations et données expérimentales et le cadre théorique de référence.

L'hypothèse d'une existence de dimensions spatiales supplémentaires et notamment d'une cinquième dimension très petite enroulée sur elles-mêmes, n'est pas nouvelle et a été formulée entre 1919 et 1926 par le physicien allemand Théodore Kazula et son collègue suédois Oskar Klein. Cette hypothèse avait d'ailleurs suscité un grand intérêt de la part d'Einstein lui-même. Depuis presque un demi-siècle, cette idée n'a cessé de progresser, à mesure que s'élaborait la théorie des cordes, née en 1968.

Si cette hypothèse est exacte, le rôle du vide quantique dans la production de la gravitation serait équivalent à une constante cosmologique, une idée défendue en son temps par Einstein lui-même, avant que celui-ci ne se rétracte.

Reste à présent à imaginer et à réaliser des expériences qui démontreraient formellement l'existence d'une cinquième dimension minuscule (quelques dizaines de microns )et enroulée sur elle-même. Si cette dimension cachée existe bel et bien, toute la physique, de l'infiniment petit à l'infiniment grand, s'en trouverait bouleversée et l'articulation conceptuelle tant attendue entre la physique quantique et la relativité générale serait peut-être enfin réalisée.

Article rédigé parf Georges Simmonds pour RT Flash

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