Archives par mot-clé : modèle Janus

Actualités, Sciences

Univers jumeaux et gravité bimétrique

4 commentaires

De Sakharov aux théories bimétriques modernes, l’idée d’univers jumeaux a pris des significations très différentes. Cet article examine notamment la gravité bimétrique, les masses négatives, le modèle Janus et les alternatives proposées aux trous noirs.

Il s’agit de la version française de mon article publié en anglais dans Inference : The International Review of Science Vol. 8, N° 4 / September 2026.

*********************************************************************

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 4.8×10⁸GeV/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 →

Astronomie, Mes publications, Sciences

La pertinence physique et mathématique des trous noirs est-elle en question?

46 commentaires

Cela fait plusieurs années que mon collègue Jean-Pierre Petit et ses collaborateurs clament l’inconsistance mathématique et physique  des modèles relativistes de trou noir, dans le but de promouvoir leur alternative dite des « plugstars », qui selon eux serait soutenue par leur modèle cosmologique Janus.

Après s’être heurté durant des années à un rejet de publication de la part des « referees » des grandes revues scientifiques, en peaufinant leur argumentaire ils ont fini par réussir à publier récemment deux articles dans Journal of Modern Physics (2025), 16(10), 1479-1490 et (2026), 17(2), 199 -239. Bravo pour leur persévérance ! Mais cela valide-t-il pour autant leur propos ? Certainement pas. Dans ce premier billet je me contenterai de montrer explicitement les failles principales de leur travail sur l’incohérence mathématique de la théorie des trous noirs. dans un second billet j’étendrai ma critique aux fondements du “modèle Janus” qui prétend rebâtir toute la cosmologie.

Je précise d’emblée que ce n’est pas parce que j’ai consacré quelques dizaines d’années de recherches aux trous noirs, objets aux propriétés étranges et fascinantes dont j’ai réalisé dès 1978 les premières visualisations exactes, validées 40 ans plus tard par les observations télescopiques de l’Event Horizon Telescope (contestées par JP Petit et al.) que je « crois ferme » à leur existence dans l’univers réel.   Mais ce ne sont certainement pas les arguments erronés avancés par l’équipe de JPP qui me feront douter de leur pertinence, au minimum théorique, sinon observationnelle.

Avant de critiquer en détail les deux articles susmentionnés, je voudrais rappeler que l’idée de contester la validité mathématique de la solution de Schwarzschild n’est pas nouvelle. Je m’étais déjà donné le mal de l’expliquer il y a quelques années, mais sans résultat. J’y disais que la première traduction en anglais de l’article de Schwarzschild (originellement en allemand), publiée en 1999 par S. Antoci et Loinger [arXiv:physics/9905030], avait réactivé des doutes sur l’interprétation du calcul de Schwarzschild chez certains chercheurs instinctivement allergiques au concept de trou noir (défini correctement par un horizon des événements, et non, comme beaucoup le croient à tort, par une singularité gravitationnelle). En effet, Antoci et Loinger avaient cru bon d’agrémenter leur traduction d’un bref « foreword » affirmant péremptoirement et sans démonstration technique:

“This fundamental memoir contains the ORIGINAL form of the solution of Schwarzschild’s problem. It is regular in the whole space-time, with the only exception of the origin of the spatial co-ordinates; consequently, it leaves no room for the science fiction of the black holes. (In the centuries of the decline of the Roman Empire people said: “Graecum est, non legitur”…).”

Or, contrairement à ce qu’avancent JPP et ses collègues, ce n’est pas parce que les articles de Schwarzschild n’étaient pas traduits en anglais qu’ils étaient ignorés de la communauté des théoriciens, lesquels se seraient contentés de répéter depuis un siècle une « erreur » de Hilbert sans vérifier à la source. Avant cette traduction de 1999, plusieurs chercheurs avaient déjà glosé fallacieusement sur cette prétendue « erreur » de Hilbert qui, selon eux, aurait invalidé l’extension analytique maximale de Kruskal et Fronsdal et le concept de trou noir. Voir par exemple L. Abrams (Can. J. Phys. 67 (1989) 919 – arXiv :gr-qc/0102055 ). Jean-Pierre Petit et al. reprennent la même argumentation dans le but essentiel d’écarter la possibilité de formation d’un horizon des événements et de promouvoir leur modèle alternatif de “plugstar”.  Or, concernant du moins les interprétations de la solution de Schwarszchild, Hilbert, etc., le débat faussement ouvert par Antoci et Loinger a été clos rapidement:

(a) En 2011, C. Corda publie “A clarification on the debate on ‘the original Schwarzschild solution’” [Arxiv 1010.6031 [gr-qc] Electron.J.Theor.Phys. 8 (2011) 25, 65-82], dont voici l’abstract :

“Now that English translations of Schwarzschild’s original paper exist, that paper has become accessible to more people. Historically, the so-called ‘standard Schwarzschild solution’ was not the original Schwarzschild’s work, but it is actually due to J. Droste and, independently, H. Weyl, while it has been ultimately enabled like correct solution by D. Hilbert. Based on this, there are authors who claim that the work of Hilbert was wrong and that Hilbert’s mistake spawned black-holes and the community of theoretical physicists continues to elaborate on this falsehood, with a hostile shouting down of any and all voices challenging them. In this paper we re-analyse ‘the original Schwarzschild solution’ and we show that it is totally equivalent to the solution enabled by Hilbert. Thus, the authors who claim that ‘the original Schwarzschild solution’ implies the non existence of black holes give the wrong answer. We realize that the misunderstanding is due to an erroneous interpretation of the different coordinates. In fact, arches of circumference appear to follow the law dl = rd{\phi}, if the origin of the coordinate system is a non-dimensional material point in the core of the black-hole, while they do not appear to follow such a law, but to be deformed by the presence of the mass of the central body M if the origin of the coordinate system is the surface of the Schwarzschild sphere.”

(b) En 2013, P. Fromholz, E. Poisson et C. Will publient « The Schwarzschild metric: It’s the coordinates, stupid!” [arXiv:1308.0394 – American Journal of Physics 82, 295 (2014)]

 dont j’extrais ces quelques lignes:

“But Schwarzschild went on to address the integration constant b. He demanded that the metric be regular everywhere except at the location of the mass-point, which he assigned to be at ρ = 0, where the metric should be singular. This fixed b = (2M)3. This choice resulted in considerable confusion about the nature of the “Schwarzschild singularity”, which was not cleared up fully until the 1960s. Because we now are attuned to the complete arbitrariness of coordinates, we understand that ρ = 0, or rS = 2M is not the origin, but is the location of the event horizon, while ρ = −2M, or rS = 0 is the location of the true physical singularity inside the black hole. The unusual radial coordinate x was forced on Schwarzschild by Einstein’s constraint g = −1, nevertheless it led to a quite simple derivation of the exact solution.”

Dans une autre section, Fromholz et al. rappellent à juste titre que les équations d’Einstein peuvent être reformulées de différentes manières, par exemple dans le formalisme de Landau et Lifshitz ou encore celui d’Arnowitt-Deser-Misner (ADM). Dans tous les cas, la solution pour la métrique sphérique statique est strictement équivalente à la solution « standard » de Schwarzschild, telle qu’elle est reformulée dans les monographies classiques.

Comme cela ne semble pas avoir convaincu JPP et al., je reviens sur la question et j’étends ma critique à leur interprétation alternative des images de M87* et SgrA* obtenues par l’Event Horizon Telescope.

Pour les lecteurs motivés, je passe maintenant exclusivement à la langue anglaise.

**********

Critical analysis of the article “Questionable Black Holes” by JP Petit and G. d’Agostini

General outline

The paper’s central pattern is this: it takes legitimate historical or mathematical facts — Schwarzschild used different coordinates, Hilbert influenced later notation, Eddington–Finkelstein coordinates contain cross terms, the interior Schwarzschild solution has a pressure singularity for an ideal incompressible fluid — and then converts them into much stronger physical claims that are not justified. The biggest flaws are category errors: confusing coordinate choices with physical topology, coordinate singularities with true boundaries, metric sign conventions with imaginary time, mathematical extensions with physical interiors, and image brightness/temperature maps with gravitational redshift measurements.

The paper itself states its thesis clearly: standard black holes allegedly arise from Hilbert’s “wrong” interpretation of Schwarzschild, from an imposed contractible topology, from Birkhoff’s theorem excluding cross terms, and from a choice of Lagrangian; it then proposes “plugstars” with mass inversion and redshift ratio 3 as alternatives to M87* and Sgr A* . That chain has several weak links that I develop below. Continuer la lecture de La pertinence physique et mathématique des trous noirs est-elle en question? →