Version française de mon article publié en anglais dans Inference : The International Review of Science Vol. 8, N° 4 / September 2026. Un peu de grain à moudre pour les  thuriféraires du modèle Janus…

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Univers jumeaux et gravité bimétrique :

De la symétrie cosmologique de Sakharov aux spéculations modernes sur la masse négative

Une question qui fait aujourd’hui l’objet d’un vif débat en cosmologie est le statut du modèle standard connu sous le nom de modèle Lambda de la matière noire froide (ΛCDM). Celui-ci repose notamment (comme son acronyme l’indique) sur deux composantes essentielles à sa cohérence avec les observations astronomiques : la matière noire froide (CDM) non baryonique et l’énergie noire (Λ) [1]. Malgré son efficacité, le modèle ΛCDM a toutefois été critiqué, d’une part parce qu’aucune particule de matière noire non baryonique n’a encore été détectée expérimentalement, et d’autre part parce que l’existence d’une forme répulsive — et donc antigravitationnelle — d’énergie noire repose sur certaines extrapolations issues de la théorie quantique des champs. C’est pourquoi de nombreuses tentatives ont été menées pour développer des alternatives au modèle ΛCDM qui élimineraient le recours à la matière noire et/ou à l’énergie noire. Ces tentatives s’appuient sur diverses extensions — voire des modifications radicales — de la théorie de la relativité générale d’Einstein, sur laquelle repose le modèle ΛCDM [2]. L’une de ces approches, longtemps étudiée par de nombreux chercheurs, a finalement échoué : la dynamique newtonienne modifiée (MOND) [3].

D’autres approches, plus fondamentales, ont depuis vu le jour, certaines s’inspirant d’un concept fascinant proposé dès les années 1960 par le physicien russe Andreï Sakharov : les univers jumeaux [4].

Le pouvoir ambigu des univers jumeaux

Peu d’idées cosmologiques sont aussi suggestives que celle d’un univers jumeau. Depuis Sakharov, elle est réapparue à maintes reprises dans la cosmologie moderne et a été invoquée pour aborder la flèche du temps, l’asymétrie matière-antimatière, l’état quantique initial de l’univers, la matière noire, l’énergie noire, et même la nature des trous noirs. Pourtant, cette même expression — « univers jumeau » — désigne souvent des concepts très différents : une branche cosmologique conjuguée par CPT, un secteur miroir de matière, un univers quantique créé par paires, un univers partenaire intriqué, ou une seconde feuille métrique interagissant avec la nôtre.

Cette richesse sémantique constitue également un danger. Un univers jumeau au sens de Sakharov n’est pas automatiquement un univers bimétrique. Une branche conjuguée par CPT n’est pas automatiquement un monde de masse négative. Un secteur miroir n’est pas automatiquement un substitut à la matière noire ou à l’énergie noire. Une seconde métrique n’est pas automatiquement une théorie cohérente de la gravité. Une grande partie de la confusion entourant les cosmologies modernes des univers jumeaux provient du fait que l’on passe trop facilement d’une de ces significations à l’autre.

Le but de cet article n’est pas de rejeter l’idée des univers jumeaux. Au contraire, son histoire montre qu’elle a donné lieu à des travaux de physique sérieux. Sakharov l’a utilisée en lien avec l’asymétrie matière-antimatière et la flèche cosmologique du temps. Des travaux récents en cosmologie quantique ont utilisé des univers créés par paires et l’intrication pour formuler des signatures observationnelles possibles dans le fond diffus cosmologique. La gravité bimétrique, quant à elle, est devenue un domaine techniquement sophistiqué après le développement de la gravité massive sans fantômes et de la théorie de Hassan-Rosen [5]. Cet article examine également les tentatives d’introduction de secteurs de masse négative, y compris le théorème d’impossibilité de Hohmann et Wohlfarth [6] et la réponse de Hossenfelder [7].

La difficulté surgit lorsque ces traditions distinctes sont fusionnées trop hâtivement. C’est le cas du modèle cosmologique de Janus [8] [9]  et des propositions connexes dites « plugstar » [10]. Un modèle qui fait appel à Sakharov, à deux métriques, à des masses négatives, à l’accélération cosmique, à de grands vides, à l’antimatière et à des alternatives aux trous noirs peut certes faire preuve d’imagination, mais l’imagination ne constitue pas encore une théorie. Une théorie doit préciser son action, ses degrés de liberté, ses lois de conservation, sa limite en champ faible, sa stabilité perturbative et ses prédictions observationnelles. Cette distinction entre image et théorie guidera la discussion.

La dernière partie de cet article se concentre sur les lacunes du modèle Janus sans entrer dans des détails techniques excessifs. La conclusion générale est que l’intuition de Sakharov concernant les univers jumeaux reste féconde, et que la gravité bimétrique reste un domaine légitime mais fortement contraint, tandis que les modèles de type Janus combinant univers jumeaux, masse négative, phénoménologie du secteur sombre et substituts aux trous noirs sont confrontés à une lourde charge de la preuve, tant mathématique qu’observationnelle.

Sakharov : baryogenèse, CPT et flèche du temps

L’histoire moderne commence avec les travaux d’Andreï Sakharov de 1967 sur l’origine de l’asymétrie matière-antimatière 4. Sakharov a formulé les conditions désormais célèbres de la baryogenèse : violation du nombre baryonique, violation de C et de CP, et sortie de l’équilibre thermique. Ces conditions répondaient à une question simple mais profonde : si l’univers primitif était régi par des lois traitant la matière et l’antimatière de manière presque symétrique, pourquoi l’univers observable contient-il une quantité de matière nettement supérieure à celle de l’antimatière ?

Les réflexions cosmologiques ultérieures de Sakharov ont élargi son intérêt pour la symétrie. Il a envisagé des modèles dans lesquels l’univers pourrait comporter des branches avec des flèches du temps opposées et a examiné l’hypothèse d’une symétrie CPT cosmologique [11]. Ses travaux mentionnent explicitement des modèles cosmologiques avec inversion de la flèche du temps, une hypothèse de symétrie CPT cosmologique, ainsi que des modèles ouverts à plusieurs feuilles [12].

On passe souvent à côté de l’essentiel. L’idée d’univers jumeaux de Sakharov n’était pas une théorie de la masse gravitationnelle négative. Ce n’était pas non plus une théorie bimétrique au sens moderne du terme. Il s’agissait avant tout d’une proposition concernant la symétrie globale : peut-être que l’univers dans son ensemble rétablit une symétrie qui semble brisée dans notre branche locale. La flèche du temps peut pointer dans des directions opposées dans deux domaines cosmologiques, mais les observateurs au sein de chaque domaine continueraient de constater une augmentation de l’entropie vers leur propre avenir.

Il s’agit là d’une idée subtile. Cela ne signifie pas que les habitants de la branche jumelle verraient des tasses cassées se reconstituer ou des étoiles cesser de brûler. Cela signifie que la structure globale reliant les deux branches pourrait être inversée dans le temps, tandis que chaque branche possède sa propre orientation thermodynamique.

L’héritage de Sakharov est donc réel mais spécifique. Il a ouvert la voie à la possibilité d’un dédoublement cosmologique associé au CPT, à la baryogénèse et à la flèche du temps. Cependant, Sakharov n’a pas donné carte blanche pour identifier la deuxième branche à un univers de masse négative, ni pour en déduire que les trous noirs doivent être remplacés par des transitions vers une autre feuille.

En 2018, Boyle, Finn et Turok [13] ont publié un modèle cosmologique fondé sur l’existence d’un univers miroir du nôtre, peuplé d’antimatière et « évoluant à rebours dans le temps », similaire au modèle de Sakharov dans le contexte de la symétrie CPT. Leur modèle a été mis en avant comme offrant une explication « évidente » à la présence de matière et à l’absence d’antimatière dans l’univers observable. Les auteurs ont introduit une nouvelle espèce hypothétique de neutrino très massif (plus de 500 millions de fois plus lourd que le proton, soit 4.8×10^⁸GeV/c²) comme explication possible de la nature de la matière noire.

Univers créés par paires et intriqués : la voie de la cosmologie quantique

Le prolongement le plus naturel de l’intuition de Sakharov n’est pas nécessairement la gravité bimétrique. Il s’agit de la cosmologie quantique. Dans ce cadre, l’univers n’est pas simplement considéré comme un espace-temps classique satisfaisant aux équations d’Einstein, mais comme un objet décrit par un état quantique, un instanton ou une intégrale de chemin gravitationnelle. Continuer la lecture de Univers jumeaux et gravité bimétrique →