Dans le vide, la vitesse de la lumière (ou c) est la constante la plus fondamentale en physique, et selon la théorie de la relativité générale, la gravité se déplace à la même vitesse. Cependant, une nouvelle étude suggère que la vitesse de la lumière n’a pas toujours eu cette vitesse : durant les premiers jours de l’Univers, la lumière aurait dépassé la vitesse de la gravité. Si cette nouvelle hypothèse se révèle vraie, elle pourrait résoudre l’un des plus grands problèmes de la physique.

Contrairement à beaucoup d’hypothèses avancées dans le domaine, celle-ci peut actuellement être testée. Nous devrions donc être en mesure de déterminer dans les années à venir, si celle-ci s’avère vraie, ou non.

Penchons-nous sur le problème : qu’est ce qui ne va pas avec la vitesse de la lumière et la gravité ? C’est une énigme qui nous vient tout droit des tous premiers jours de l’Univers, le problème de l’horizon. Ce problème concerne essentiellement le fait que l’Univers a atteint une température uniforme bien avant que les photons (les particules de lumière) aient eu le temps d’atteindre tous les recoins de l’Univers.

En effet : si la vitesse de la lumière dans le vide est réellement constante et l’a toujours été, alors comment est-ce que l’Univers aurait pu se réchauffer si rapidement ? En général, la solution apportée à cette question est l’inflation, qui suggère que l’Univers a traversé une immense période d’inflation à ses débuts. L’hypothèse est que la température s’est égalisée quand l’Univers était petit et condensé, lorsque la lumière n’avait pas autant de distance à parcourir, et a ensuite augmenté rapidement. Et cette solution est censée. Malheureusement personne ne sait et comprend, ni pourquoi l’inflation a commencé, ni comment elle s’est arrêtée, et il n’existe aucun moyen de le tester.

Aujourd’hui, une hypothèse différente a été proposée par le physicien Niayesh Ashfordi de l’Institut Perimeter au Canada et par João Magueijo de l’Imperial College de Londres. Voici leur idée : durant les tous premiers jours de l’Univers, la lumière et la gravité auraient voyagé à des vitesses différentes. Cela pourrait donc signifier que la lumière avait à l’époque une vitesse supérieure à celle d’aujourd’hui, ou que la gravité voyageait plus lentement.

Les chercheurs s’exclament : « si les photons se déplaçaient plus vite que la gravité juste après le Big Bang, ils auraient pu s’éloigner assez pour que l’Univers atteigne une température d’équilibre beaucoup plus rapidement ». Bien entendu, il ne s’agit que d’une hypothèse à l’heure actuelle, mais celle-ci peut et sera testée. Si l’hypothèse s’avère vraie nous devrions découvrir une signature particulière laissée dans le fond diffus cosmologique, le rayonnement provenant du Big Bang que nous pouvons encore détecter et étudier de nos jours.

De plus l’équipe a déjà pu calculer la valeur de l’indice spectral (qui décrit les ondulations de densité initiales dans l’Univers), qui aurait une valeur de 0,96479. Il faut savoir que le dernier chiffre de l’indice spectral rapporté en 2015 par le satellite Planck, qui a pour mission de cartographier le fond diffus cosmologique, était de 0,968. De plus amples analyses des données du satellite Planck fourniront probablement des réponses concrètes concernant la nouvelle hypothèse. Et même si les données venaient à annihiler l’hypothèse, « ce serait formidable, je n’aurai plus à réfléchir à ces théories. Toutes les théories dans lesquelles la vitesse de la lumière varie en fonction de la gravité seraient alors exclues », s’est exclamé Magueijo. Pourtant, si l’indice spectral du fond diffus cosmologique correspond réellement à la valeur prédite, alors ce serait notre compréhension de la physique qui serait remise en question.

Le grand problème aujourd’hui est que l’Univers semble fonctionner de manière différente à l’échelle quantique (mécanique quantique) qu’à l’échelle visible (relativité générale). Il y a clairement quelque chose qui ne fonctionne pas. C’est pour cette raison que les physiciens se démènent à trouver une théorie de la gravité quantique, qui puisse expliquer les comportements de l’Univers et unifier la mécanique quantique à la relativité générale. « Nous avons un modèle de l’Univers qui suppose qu’il doit y avoir un nouvel élément de physique à un moment donné. C’est compliqué, évidemment, mais je pense qu’il y aura finalement un moyen de s’informer sur la gravité quantique », explique Magueijo. Si cette nouvelle théorie venait à être confirmée, notre manière de concevoir la physique serait changée, et nous pourrions enfin être en mesure de mieux comprendre les premiers instants de l’Univers.

Sources : arXiv.org, ESA, Sky&Telescope

Une réponse

  1. Allandhuy

    Vous dites que la gravité se déplace à la même vitesse que la lumière mais pourtant Christophe galfard disait dans un de ses livres que la gravité se déplace plus vite que la lumière. C’est pour cela que les ondes gravitationnelle d’Albert Einstein pourrait nous donner plus d’information que l’univers observable grâce à la lumière.

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