Publié le 12 janvier 2018 par zevengeur 

 

L’article précédent [1] a présenté en détail le modèle standard de la cosmologie appelé « ΛCDM » qui théorise toute la vie de l’Univers sur une période de 14 milliards d’années.

Nous avons vu que ce modèle fut construit sur une période d’environ trente années et que des observations astronomiques récentes ont mises à mal les principales hypothèses effectuées dans le cadre de ce dernier.
Pour « sauver » le modèle, de nouvelles propositions ad-hoc et très spéculatives ont du être effectuées en inventant des concepts d’une vacuité flagrante tels que la matière et l’énergie dites « noires ». A l’issue de presque vingt années de recherches ayant mobilisé d’énormes moyens d’investigations (LHC, ISS, etc), aucune trace de ces dernières ne fut découverte.

La cosmologie est donc en crise depuis la fin du siècle dernier et les physiciens mainstream spécialistes de la question sont incapables de proposer un modèle solide en mesure de correspondre aux observations.

Il existe cependant un modèle alternatif développé par un physicien peu médiatisé qui résout les questions en suspens en étendant les concepts de la Relativité Générale ainsi que ceux du Modèle standard des particules [2].

Le physicien Jean-Pierre Petit propose donc le modèle « JANUS » développé en collaboration avec un certain nombre d’autres scientifiques sur une période d’environ quarante années (*).

Jean-Pierre PETIT

(*) Gilles d’Agostini, Jean-Marie Souriau, William Bonnor, Frédéric Decamp, etc.

 

1. Les limitations majeures du modèle ΛCDM

A l’heure actuelle, il n’existe pas une seule grande théorie capable de modéliser l’ensemble des phénomènes allant de « l’infiniment petit » jusqu’à « l’infiniment grand ».

En effet, la Physique quantique modélise tous les phénomènes connus de l’Univers matériel à l’exception de la gravitation. Ce que l’on appelle « gravitation » concerne l’effet d’attraction apparent des masses de matières entres elles (exemple : attraction terrestre).
La gravitation fait donc l’objet d’une seconde grande théorie spécifique : la Relativité Générale.

Le modèle standard de la cosmologie [1] appelé également ΛCDM fait donc appel aux deux grandes théories élaborées au 20^e siècle :
. Théorie Quantique
. Relativité Générale

Ce modèle fut gravement mis en cause lorsque des observations sont venues infirmer une partie de ses fondations. Il fallu alors ajouter à plusieurs reprises un certain nombre d’hypothèses très spéculatives afin de le sauver.
Ces sauvetages successifs ont cependant été effectués au détriment de la crédibilité du modèle.

En effet, plusieurs concepts « exotiques » furent inventés tels que l’inflation ou alors un nom fut posé sur un mystère en considérant que « nommer, c’est résoudre » avec les fameuses matière et énergie dites noires.
Pour cette dernière, on ressortit de la naphtaline la constante cosmologique d’Einstein afin de rendre compatible l’équation de champs de la Relativité avec les observations.
(L’article précédent ici [1] détaille tous ces aspects).

Huit problèmes majeurs non (ou mal) résolus par ΛCDM

Les questions majeures non résolues par le modèle ΛCDM sont au nombre de huit :
1) Instant zéro
2) Dissymétrie entre matière et antimatière
3) Homogénéité du rayonnement fossile
4) Structure de l’Univers matériel en « éponge » avec de grands vides en forme de bulles
5) Stabilité des galaxies en rotation
6) Accélération de l’expansion cosmique
7) Mystères du « Great reppeller » et des sondes Pioneer
8) Courbures locales de l’espace anormalement importantes

Une nouvelle forme de matière à théoriser

Tous ces mystères nous indiquent qu’il existe des composants élémentaires de l’Univers que nous ne connaissons pas encore.
Nous ne ferons donc pas l’économie d’ajouter au bestiaire des particules du modèle standard (*) de la physique [2] un certain nombre d’éléments afin d’étendre ce dernier pour expliquer les observations.
Les matières et énergies « noires » évoquées par la cosmologie mainstream ne sont en aucune façon décrites par leurs caractéristiques. De plus, toutes les recherches expérimentales effectuées depuis plus de quinze ans pour découvrir la matière noire ont échoué.

(*) A ne pas confondre avec celui de la cosmologie.

L’hypothèse à laquelle s’accrochent obstinément les physiciens est que cette matière mystérieuse se comporte gravitationnellement de la même manière que celle que nous connaissons. Nous allons voir que si l’on fait sauter cette croyance bloquante, alors les choses changent radicalement !

On sait depuis le 17e siècle avec la théorie de la gravitation de Newton que les corps massifs s’attirent entre eux.
Einstein a généralisé cette théorie avec la Relativité Générale sans pour autant remettre en cause la validité des travaux de Newton.
Le modèle standard de la physique [2] décrit alors les quatre forces fondamentales incluant la gravitation, qui régissent le comportement des particules dans l’Univers.

L’histoire de l’Univers à grande échelle a été théorisée à partir de la force gravitationnelle qui aurait « sculpté » les grandes structures que l’on observe. Les trois autres forces n’interviennent que dans la vie des étoiles ou des atomes.

Le postulat de base fut de considérer une interaction gravitationnelle purement attractive, force est de constater que cette hypothèse ne suffit plus pour expliquer les observations.

Alors que faire ?

2. Idées nouvelles : gravitation répulsive et masses négatives

L’Univers à grande échelle [3] est constitué de matière baryonique (ordinaire) sous forme d’amas galactiques regroupés en filaments et alvéoles séparés par de grandes bulles en apparence vides d’environ 200 millions d’années lumière (AL) de diamètre.

Une image triviale pourrait faire penser que l’Univers a la forme d’un gigantesque Emmental, le fameux gruyère suisse plein de trous.

Commençons alors par une analogie fromagère !

Première question : d’où viennent les trous de l’Emmental ?

L’Emmental, un fromage en expansion !

Les trous dans le fromage proviennent de minuscules particules de foin ayant infiltré le lait lors de la traite des vaches. Ces dernières servent alors d’amorces lors de la fermentation en dégageant du gaz carbonique qui vient ainsi creuser le fromage en créant des trous à l’intérieur de celui-ci.
En effet, le gaz carbonique se retrouve sous pression car, ne pouvant s’échapper, il est confiné à l’intérieur du fromage. Il provoque alors un effet répulsif centrifuge qui vient créer les fameuses bulles en apparence vides à l’intérieur de la meule et qui plus est provoquent une sorte d’expansion de cette dernière avec un bombage de la meule car la croute est imperméable.

Plus généralement, si l’on considère un bloc de matière malléable, comment arriver à faire apparaitre des bulles en son cœur ?
La seule possibilité consiste à mettre en œuvre des sources ponctuelles de pression à l’intérieur de ce bloc de manière à « repousser » la matière environnante, la pression qui s’exerce dans toutes les directions formera alors un volume sphérique dit de moindre énergie.

On observe un phénomène similaire lorsqu’un plongeur évacue de l’air sous l’eau, la pression de ce dernier crée des bulles sphéroïdales.

Bulles de vide dans Univers, un effet répulsif

Pour expliquer la formation des bulles de vide observées dans l’Univers, il faudrait donc envisager une forme de matière/énergie invisible mais gravitationnellement répulsive et concentrée au centre des ces dernières.
D’après la Relativité Générale, pour obtenir un effet répulsif, la seule possibilité est basée sur l’inversion du signe de la masse de la matière, autrement dit considérer une masse négative.

Cette idée fut explorée en 1957 par le physicien Hermann Bondi, elle fut cependant abandonnée pendant plus d’un demi-siècle car elle conduisait à des incohérences.

Hermann Bondi

Masse négative et problème de l’effet « runaway »

Hermann Bondi partit donc de l’hypothèse de l’existence de masses matérielles négatives dans notre Univers.

Il appliqua alors l’équation d’Einstein à cette matière et il obtint un résultat mathématiquement cohérent.
Les calculs montrèrent les interactions suivantes entre les différents types de matière :
1) Les masses positives attirent toutes les autres masses
2) Les masses négatives repoussent toutes les autres masses

On voit immédiatement la contradiction, en effet, les masses positives et négatives s’attirent et se repoussent en même temps.

Si l’on poursuit cependant le calcul, on constate qu’un système constitué d’une masse positive et d’une masse négative va voir sa vitesse croitre à l’infini sans aucun apport d’énergie extérieure.

Ce phénomène fut appelé « effet runaway ».

Effet runaway

Même si le calcul est mathématiquement correct, le concept est physiquement absurde, en effet les mathématiques sont au service de la physique et pas l’inverse.

Suite à ces résultats, ce concept de masse négative ne fut plus étudié durant 57 ans jusqu’à la publication en 2014 de l’article de JP Petit et G D’Agostini [JPP 2014.1] dans la revue Astrophysics ans Space Science.

C’est ici qu’intervient le modèle Janus .

3. Introduction au modèle Janus

Avant d’aborder le modèle Janus, il convient de citer les travaux précurseurs du prix Nobel russe Andreï Sakharov.

 Le physicien Russe Andreï Sakharov (1921-1989)

Le modèle d’Univers jumeaux de Sakharov

Dès les années 1960, Andreï Sakharov a proposé un modèle d’Univers double dit « jumeaux », le premier est bien entendu le notre et le second est inversé en partant à rebrousse temps (rétrochrone) à partir de la fameuse singularité ou « Instant « zéro » :

Univers double de Sakharov

Dans ce modèle, les deux Univers sont disjoints et symétriques (on dit en mathématiques « énantiomorphes ») et le temps s’écoule à l’envers dans le second.

Cependant, Sakharov n’a pas envisagé que ces deux Univers pourraient n’en former qu’un seul à cause de ce problème de temps inversé, ce point fut alors résolu par le mathématicien français Jean Marie Souriau [4].

Jean-Marie Souriau (1922-2012)

La géométrie symplectique  est une branche peu connue de cette discipline développée par les mathématiciens Bertram Kostant et Alexandre Kirillov.
Souriau s’est alors appuyé sur les travaux de ces derniers afin de les appliquer à la physique en développant en 1970 la théorie des systèmes dynamiques [5].
Dans le cadre de cette théorie, Souriau a démontré que l’inversion du temps est équivalent à l’inversion du signe de l’énergie (Extrait en PDF de son livre ici).

(Voir la vidéo de JPP JANUS 13).

A partir de ce résultat, il fut  aisé de confondre l’Univers jumeau de Sakharov avec le notre, il a suffit de retourner ce dernier un peu comme une chaussette :

Les deux Univers n’en font alors plus qu’un avec un premier sous-ensemble constitué de particules à énergie positive et un second sous-ensemble avec des particules à énergie négative, ces deux sous-ensembles interagissent entre eux à travers la gravitation jusqu’à aujourd’hui.

Restait alors à résoudre le problème de l’effet runaway incompatible avec la Relativité Générale.

L’introduction de masses négatives « indépendantes »

Pour s’affranchir de ce problème, le modèle Janus postule l’existence d’une matière de masse négative mais qui n’interagit pas avec la matière ordinaire que nous connaissons.
Pour ce faire, il faut d’une part enrichir le Modèle standard de la physique avec un nouveau jeu de particules et d’autre part étendre la Relativité Générale à ces dernières en considérant qu’elles « vivent leur vie » strictement entres elles.

Nous verrons par la suite qu’à l’instar des particules ordinaires de masse (+), les particules de masse (-) se regroupent en nuages pour former de grands conglomérats.

Le lien entre les masses positives et les masses négatives se fera par l’intermédiaire de l’espace-temps (*) qui sera courbé dans un sens par les premières et dans l’autre sens par les secondes.

(*) Commun à toutes les particules

Les quatre principes directeurs du modèle Janus

Le modèle Janus va alors modifier quatre secteurs fondamentaux de la physique:
– Enrichissement du modèle standard des particules
– Extension de la Relativité Générale
– Instant zéro et « constantes variables »
– Modélisation de la dissymétrie matière/antimatière

Ce modèle va donc en particulier modifier sensiblement les deux théories majeures mises au point au siècle dernier.

Lire sans plus tarder la suite sur le blog zevengeur
4. Le modèle Janus
5. Modifications apportées par Janus sur l’histoire de l’Univers
6. Janus répond aux questions sans réponses de ΛCDM
7. Conclusion