Les ondes gravitationnelles révèlent-elles une physique au-delà de la relativité générale ?

Il y a peu, l’expérience LIGO a mesuré les ondes gravitationnelles – petites vibrations de l’espace – engendrées par la danse de deux trous noirs. Il ne s’agissait pas vraiment d’une découverte puisque les ondes gravitationnelles ont été détectées il y 40 ans grâce à un système binaire de pulsars (le prix Nobel a été donné il y a 20 ans pour cela). Il ne s’agissait pas vraiment d’une détections tout-à-fait directe puisque nous n’avons jamais accès à l’en-soi des choses en physique et toute mesure est une très complexe et très indirecte mise en évidence du phénomène recherché. Il ne s’agissait pas non plus d’une « preuve » de la théorie d’Einstein puisqu’aucune théorie n’a été prouvé en sciences de la Nature et aucune ne le sera jamais (pour la simple raison que toutes les théories sont fausses, elle sont seulement la meilleure proposition dont nous disposons à un instant donné).

Pour autant, ces mesures sont très loin d’être inutiles ! Tout au contraire, elles ouvrent un champ nouveau et fascinant ! C’est une véritable astronomie gravitationnelles qui va maintenant émerger et donner accès à des visages du cosmos qui nous sont pour le moment inconnu. Une nouvelle ère s’ouvre. Nous disposons d’un « nouveau sens » pour scruter et comprendre notre environnement.

Simulation d'Alain Riazuelo
Simulation d’Alain Riazuelo

La communauté scientifique a vu dans ces mesures une nouvelle confirmation de la théorie de la relativité générale d’Einstein. Non pas une preuve puisque, comme je le rappelais, il est impossible de prouver une théorie (quand bien même elle serait « juste », il faudrait la soumettre à l’infinité des expériences qui la mettent à l’épreuve et réaliser chacune d’elles avec une précision infinie) mais au moins une corroboration supplémentaire. Tout se passait, semble-t-il, exactement comme prévu par la relativité. Notre théorie de l’espace-temps – ou de la gravitation, c’est la même chose – était couronnée d’un nouveau succès.

Mais, en marge de cela, une étude récente a pointé du doigt un effet intéressant et inattendu. Suivant ce travail (ici), des écho d’une physique « au-delà de la relativité générale » seraient cachés dans ces données !
Grossièrement l’idée se fonde sur des modèles spéculatifs qui tentent de rendre compte du paradoxe de l’information dans les trous noirs. Ce dernier est fondamentalement lié au fait que tous les processus physiques admettent un « processus inverse » sauf la formation d’un trou noir ! Sans entrer dans le détail, disons que de façon assez générique une classe de modèles permettant de faire face au problème de la perte d’information dans les trous noirs invite à remplacer l’horizon du trou par une sorte de miroir (dans certaines conditions). L’analyse menée dans cette étude recherche des traces des échos associés à ce miroir dans les données de LIGO et … les trouve effectivement, en accord avec une structure microscopique à l’échelle de Planck !!

Trou noir en gravité quantique (La Recherche)
Trou noir en gravité quantique (La Recherche)

Il s’agirait d’un résultat majeur ! Cependant, les auteurs sont prudents car la confiance qu’on peut placer dans cette analyse est assez faible à ce stade. J’ai moi-même plusieurs réserves et d’autres ont été récemment exprimées ici.

Toujours est-il que même si cette première étude n’est pas conclusive – ce que je crains – elle confirme que des effets gravitation quantique (relevant en principe de distances minuscules) pourraient être détectables dans des processus macroscopiques (relevant de distances importantes). Une idée qui creuse son chemin et fut, par exemple, proposée par Carlo Rovelli et Hal Haggard (ici) en arguant que des phénomènes liés à la gravitation quantique pourraient apparaître à l’extérieur de l’horizon des trous noirs, même très massifs.

Surface d'un trou noir en gravité quantique (Nature/Scientific american, ad. Lombry)
Surface d’un trou noir en gravité quantique (Nature/Scientific american, ad. Lombry)

Affaire à suivre.

9 réflexions sur “ Les ondes gravitationnelles révèlent-elles une physique au-delà de la relativité générale ? ”

  1. Passionnant, j’avais survolé rapidement ces 2 articles, à suivre ! Et avec Advanced-LIGO à nouveau en phase de collecte de données depuis fin novembre (et avec une sensibilité encore accrue) et Advanced-Virgo qui devrait bientôt être opérationnel, on devrait avoir beaucoup plus de fusions de trous noirs à étudier, avec une précision accrue. De quoi y voir plus clair sur la Relativité Générale et ses alternatives / variantes possibles !
    Et j’espère qu’on aura aussi des fusions avec des étoiles à neutrons, ce qui devrait nous en apprendre beaucoup sur la structure de la matière condensée et la structure des étoiles à neutrons.
    Bref, hâte, et on en saura beaucoup plus dans un an ; -)))

  2. Bonjour Monsieur Barrau,

    Tout d’abord je tiens à vous remercier pour votre travail de transmission de vos connaissances auprès du public, votre blog, vos ouvrages, vos interventions dans les médias et vos conférences (j’ai passé une heure tout simplement géniale à vous écouter lors des RCE de novembre dernier). Donc pour tout cela, une nouvelle fois : MERCI !

    Je me permets de vous poser ici une question qui n’a pas beaucoup à voir avec les ondes gravitationnelles mais c’est une question qui ne cesse de me tarauder l’esprit, à chaque fois que j’entends des chercheurs évoquer la question de la finitude de l’univers (pour cette phrase et pour ce qui va suivre, je parle évidemment de l’univers « réel » et non pas de l’univers observable. Je précise également que par fini ou infini, je pense à la taille de l’univers, à son volume et non pas à sa durée de vie.)
    En effet, entre un univers fini et un univers infini, il semble – à la vu des nombreuses conférences auxquelles j’ai assisté ou des articles et ouvrages que j’ai lu – qu’un consensus, ou du moins qu’une grande partie des scientifiques pencherait en la faveur d’un univers infini, sans toutefois être catégoriques, bien entendu. Qu’il soit infini ou pas, la communauté scientifique n’a aucune certitude sur le sujet (et on la comprend !)
    Je mets de côté volontairement les aspects philosophiques et métaphysiques que soulèvent ce sujet et pose ma question dans les termes suivants :
    La possibilité même d’un univers infini n’est-elle pas strictement et automatiquement mise en défaut du fait de l’expansion (avérée et observée) de ce même univers ? Autrement dit, comment quelque chose qui est infini peut-il grandir ?

    Voilà donc ma question. J’ai beau me documenter de manière soutenue sur le sujet, je n’ai jamais trouvé la réponse à cette question, ni-même quelque personnes, journalistes ou scientifiques, évoquer ce paradoxe.
    Suis-je passé à côté ?

    Merci beaucoup d’avance pour les éléments de réponse que vous pourriez me fournir.

    Amicalement.
    Mathieu Gallet

    1. Bonjour
      Je pense que votre interrogation (qui se trouve être semblable à certaines des miennes) est à rapprocher tout simplement (si l’on peut dire) de la notion d’infini en mathématiques pures. En effet alors qu’il va de soi de manipuler les notions d’infini dans un grand nombre de calculs (par exemple des séries, calculs aux limites etc.) la logique nous pose des questions insurmontables.
      Sur le site suivant http://www.maths-et-tiques.fr/index.php/histoire-des-maths/nombres/l-infini vous trouverez, non pas des réponses, mais des interrogations à propos de votre interrogation. Lesquelles interrogations pourraient donner lieu à des interrogations plus nombreuses… Examinez le problème de l’hôtel infini cela vous aidera peut-être à trouver des réponses… ?

      1. Vous êtes sûrement passé à côté, l’illustration proposée est souvent de parcourir une bille (ou un planète) depuis sa surface, votre parcours sera infini puisque vous n’en trouverez jamais de bord ni, donc, de fin.
        Ce schéma suggère aussi la notion relativiste dans un état simplifié.
        Sinon vous pouvez trouver une proposition de la structure infinie de l’univers et cela malgré son expansion avec la topographie dédocaédrique de Poincaré qui répond assez bien, semble t’il, à certaines interrogations à ce propos.

    2. Vous écrivez :
      « Autrement dit, comment quelque chose qui est infini peut-il grandir ? »
      L’infini est une notion purement mathématique et inconcevable dans la réalité. Dans ce domaine un infini peut grandir effectivement.
      Prenez l’ensemble des entiers positifs pairs (2, 4, 6, etc.) qui sont en nombre infini).
      Ajoutez-leur l’entier 1. Le nouvel ensemble est plus grand que le précédent.
      Vous pouvez ensuite ajouter tous les entiers impairs. Vous obtenez un nouvel ensemble infini « N » qui est cependant deux fois plus « grand » que chacun des deux précédents, pourtant eux aussi infinis.

      Imaginez l’ensemble des nombres fractionnels (Constitués de paires de nombres entiers, 1/2, 1/3, 1/4, … 2/3, 2/4, 2/5…). A chaque entier du numérateur correspond une infinité de fractions. On obtient une infinité d’infinités.
      Le paradoxe est que si vous prenez ce nouvel ensemble vous pouvez numéroter toutes ces paires avec les nombres de l’ensemble N, élément par élément. Les deux infinis peuvent se correspondre un à un !

    3. « Autrement dit, comment quelque chose qui est infini peut-il grandir ? »
      C’est simple : prenez le nombres entiers pairs, c’est un ensemble infini de nombres. Ajoutez-i l’ensemble infini des nombres impairs. Et voilà un nouvel ensemble toujours infini, mais apparemment deux fois plus grand que le précédent !

  3. Bonjour,

    Si vous voulez trouver la théorie du Tout, il suffit juste de changer les Mathématiques qui sont désuètes et insuffisantes, même si VRAIES. En effet, on nous enseigne depuis des millénaires que 1 + 1 = 2, que on va de – infini à + infini en passant par 0. Imaginez que depuis tout ce temps, vous n’utilisez que leur reflet dans un miroir. L’addition et la soustraction n’existent pas, c’est une erreur de perception visuelle et mentale. Tout est division ! Il n’y a pas d’expansion de l’univers, FAUX, c’est une division.
    Le chiffre 1 est le plus grand nombre réel, il représente pour schématiser le Big Bang à l’instant 0. Ensuite, magie magie, la division (expansion de l’univers aux yeux des scientifiques) s’opère, le TOUT ou 1 se divise jusqu’à l’infini pour « atteindre » 0 .
    Voilà les Nouvelles Mathématiques, que je trace sur une droite ici , mais rejoignez-la en un cercle, Ouroboros, donc vous avez alors :
    0 _____ – infini _____1 ou/et – 1 ____ + infini _____ 0 ,
    Explication : 0 représente la jonction du cercle, 0 n’existe pas pour ainsi dire, accrochez 0 à 0 comme un bracelet et vous comprendrez tout.

    Grâce à cela, vous pourrez comprendre et établir les modèles pour appréhender la création de l’univers, big bang, big bound etc, la théorie de l’unification des champs chère à Einstein. Ces maths englobent nos maths connus jusque là et ouvrent des champs infinis dans la recherche scientifique.
    Je vous prête ces clés de compréhension, j’en suis le détenteur depuis une dizaine d’années, à vous d’en faire bon escient au nom de la science.

    Sésame.

  4. N’est-il pas paradoxal qu’en tant que part de cet univers, un système tel qu’il soit, cherche à « aller voir ailleurs » .
    Condamné à être insatisfait, c’est beau la contingence .

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