Comme beaucoup d’entre vous le savent, la majeure partie de notre Univers est faite d’énergie noire et de matière noire. J’ai personnellement quelques problèmes avec le modèle standard en cosmologie, notamment à cause de ce « côté obscur » de notre Univers. Je vais ici expliquer pourquoi, et décrire quelques unes des alternatives possibles.

D’après le modèle standard en cosmologie, notre Univers est né il y a environ 13,7 milliards d’années, quand son expansion a débuté à partir d’un état extrêmement chaud et dense. Très tôt, après approximativement 10-34 secondes, l’expansion de l’Univers a brusquement et violemment accéléré pendant un temps très court: on appelle cette période inflation. L’Univers tel qu’on le voit aujourd’hui est homogène et isotrope (quelle que soit la direction vers laquelle on regarde, on voit toujours plus ou moins la même chose), et son expansion continue alors qu’il refroidit.

Une illustration de la création et de l'expansion de l'Univers basée sur diverses observations et le modèle standard.

© NASA / WMAP Science Team

Le modèle standard décrit la composition de l’univers de la façon suivante:

  • environ 5% de matière (étoiles, gaz, neutrinos et quelques éléments lourds)
  • environ 25% de matière noire froide: une forme inconnue de matière, identifiable uniquement par les effets de son champ gravitationnel sur la matière « visible »
  • environ 70% d’énergie noire: une forme inconnue d’énergie, que l’on pense être responsable de l’apparente accélération de l’expansion de l’Univers

Pour faire simple, en gros, 95% de notre Univers est fait de… substance noire complètement inconnue. Et le problème, c’est qu’il n’y a absolument aucune preuve que matière noire et énergie noire existent. Rien. Jusque là, toutes les tentatives de détection de matière noire ont échoué. Vous avez peut-être lu des articles avec des titres comme « L’énergie noire est réelle » ou «  »La matière noire confirmée », ce qui aurait été plutôt cool si c’était le cas, mais ça ne l’est pas. Tous ces titres ne sont rien d’autre que de l’esbroufe pour appâter le lecteur: à chaque fois, les seules choses à être confirmées, c’est qu’apparemment l’expansion de l’Univers accélère toujours plus, ou qu’il semble qu’une partie de la masse de l’univers soit manquante.

Afin que les choses soient claires, je ne dis pas que la matière noire et l’énergie noire n’existent pas, je dis simplement qu’on n’en sait rien. Elles permettent de décrire l’Univers, et elles le font plutôt bien: c’est la raison pour laquelle elles font partie du modèle standard et que la majorité des cosmologistes s’accordent là-dessus.

D’un autre côté, quelques théories alternatives tentent elles aussi de décrire notre Univers, sans avoir recours à une quelconque composante noire. Et certaines d’entre elles semblent reproduire les observations plutôt bien, elles aussi! Je ne vais pas faire une liste complète de toutes les alternatives, mais je vais décrire brièvement les plus intéressantes.

Et si la matière noire n’était qu’une illusion? C’est la suggestion de Dragan Hajdukovic, qui décrit le vide quantique comme un fluide dipolaire. En supposant que l’antimatière a une charge gravitationnelle négative (il y aurait ainsi une répulsion entre matière et antimatière), une polarisation gravitationnelle du vide quantique par la matière baryonique (la matière « ordinaire ») produirait le même effet que la matière noire. Aussi, l’annulation des charges gravitationnelles dans le vide quantique pourrait produire un effet semblable à celui de l’énergie noire. Si aucune répulsion entre matière et antimatière n’est découverte par de prochaines expériences, alors cette nouvelle théorie pourra être oubliée. D’un autre côté, si une telle répulsion est observée, alors cette nouvelle piste peut s’avérer très intéressante.

La torsion de l’espace-temps est une autre alternative fascinante. La théorie Einstein-Cartan-Sciama-Kibble (ECSK) est une extension naturelle de la relativité générale d’Einstein, qui prend en compte le moment angulaire intrinsèque, ou spin, des particules élémentaires. L’espace-temps est alors doté d’une nouvelle propriété géométrique appelée torsion. La torsion se manifeste comme une force contrant l’attraction gravitationnelle, expliquant ainsi la « platitude » actuelle de l’Univers sans recourir à l’inflation. Cette torsion de l’espace-temps pourrait aussi expliquer la nature de l’énergie noire, ainsi que celle de la matière noire qui serait en fait constituée d’antimatière.

Une autre théorie, appelée MOG (pour MOdified Gravity en anglais – l’acronyme équivalent en français aurait l’air un peu moins fun) pourrait aussi offrir une description de l’Univers sans aucune composante noire. MOG postule l’existence d’un champ vectoriel, introduisant une modification répulsive de la loi de gravitation à faible portée. Pour faire simple, plus on s’éloigne d’une source, plus son attraction gravitationnelle devient grande. Tout comme le modèle standard, MOG décrit de nombreuses observations cosmologiques, comme les lentilles gravitationnelles, les courbes de rotation galactiques, la distribution de masse dans l’Univers… Certaines prédictions de MOG étant différentes de celles du modèle standard, de futures observations avec de meilleures résolutions permettront de trancher en faveur d’un modèle ou de l’autre.

Voilà donc la situation actuelle: ou bien on accepte le modèle standard et on essaie d’identifier le côté obscur de l’Univers, ou bien on essaie de trouver une alternative sans aucune composante inconnue. Et entre « Le modèle standard décrit l’Univers, et celui-ci est composé presque entièrement d’une substance mystérieuse dont on ne sait absolument rien » et « Peut-être que le modèle standard est incomplet, peut-être qu’il faudrait revoir nos théories », eh bien je n’ai pas vraiment envie de dire que la première option est de loin la meilleure…

Peut-être que l’Univers est presque entièrement fait de matière noire et d’énergie noire, mais on n’a toujours aucune preuve de leur existence, et ni l’une ni l’autre n’ont été confirmées pour l’instant. Il y a des théories alternatives qui tentent de décrire notre Univers, et elles méritent au moins autant d’attention. De nouvelles études permettront de confirmer ou de rejeter certaines d’entre elles. Peut-être, enfin, la solution à cette énigme n’a-t-elle pas encore été imaginée, qui sait…

 

Articles similaires:

Les neutrinos supraluminiques expliqués... par la relativité restreinte?
Peser l'antimatière
Quand la relativité restreinte va plus vite que la lumière