Africa-Press – Gabon. Et si certaines des constantes les plus fondamentales de la physique n’étaient pas aussi immuables qu’on le croit? Une variante de la théorie de la relativité, la relativité intriquée développée au laboratoire ARTEMIS de l’Observatoire de la Côte d’Azur par Olivier Minazzoli et son équipe, suggère que la constante de gravitation G et la constante de Planck ħ pourraient ne pas être des constantes fondamentales, mais des quantités « émergentes », susceptibles de varier dans l’espace et dans le temps, en fonction de leur environnement.
Ce résultat a été publié dans la revue Classical and Quantum Gravity. Si elle se confirmait, cette hypothèse bouleverserait notre manière d’appréhender l’Univers et ses lois fondamentales.
Pas d’Univers sans matière
Cela fait maintenant une dizaine d’années qu’Olivier Minazzoli fait entendre une petite musique originale au sein de la communauté des physiciens relativistes. « Ce que la relativité intriquée change par rapport à la relativité générale? Pas grand-chose en réalité, mais c’est lourd de conséquences. On modifie simplement la manière dont la matière et la courbure de l’espace-temps sont couplées. Au lieu d’un couplage linéaire, on a un couplage non linéaire, ce qui fait que la théorie ne peut plus être définie en l’absence de matière », explique le physicien à Sciences et Avenir.
En effet, la relativité générale d’Einstein définit la façon dont la matière déforme l’espace-temps. Mais avec une particularité: l’absence de matière n’empêche pas l’existence de l’espace-temps. Autrement dit, il pourrait exister un Univers totalement vide. Cette idée n’a jamais convaincu Einstein, très influencé par le physicien et philosophe autrichien Ernst Mach (1838-1916), pour qui l’espace et le mouvement n’ont de sens qu’en présence de matière.
En modifiant le couplage mathématique entre matière et espace-temps, Olivier Minazzoli reformule ainsi la relativité générale d’une manière plus conforme à cette intuition: pour qu’un Univers existe, encore faut-il qu’il contienne de la matière. Pour autant, pas question de contester toute la relativité générale, qui a fait maintes fois la démonstration de sa validité. « Dans les situations ordinaires, la relativité intriquée est indiscernable de la relativité générale », insiste le physicien.
Dans le Système solaire, elle conduit ainsi aux mêmes prédictions que la théorie d’Einstein. C’est dans des environnements plus extrêmes — là où la gravitation devient intense et la matière très dense — que les différences commencent à apparaître. Voici pourquoi…
Les constantes prennent la clé des champs
« Dans le cas de la relativité générale, G apparaît explicitement dans les équations qui décrivent le couplage matière/espace-temps. Et quand on veut étudier ses aspects quantiques, ħ apparaît alors également. Dans la version intriquée, le lien non-linéaire entre matière et espace-temps permet de formuler la théorie sans les introduire d’emblée », détaille le physicien.
Ces constantes ne disparaissent mais elles changent de statut. « Ce ne sont plus des constantes fondamentales: ce sont des champs », précise Olivier Minazzoli. Un champ est une grandeur définie en chaque point de l’espace et du temps. La température de l’air est un exemple de champ familier: elle n’a pas une valeur unique, mais varie d’un endroit à l’autre. En relativité intriquée, la constante de Planck ħ et la constante de gravitation G se comportent de la même manière. Leur valeur correspond à l’état pris par ces champs au cours de l’histoire de l’Univers.
Dans l’Univers ordinaire — le Système solaire, les laboratoires terrestres — le champ est quasiment uniforme: ħ et G prennent alors des valeurs constantes, indiscernables de celles que nous mesurons depuis un siècle. En revanche, dans des environnements extrêmes, où la matière est très dense, dans une étoile à neutrons par exemple, le champ peut légèrement varier. Donc ħ et G aussi…
La limite entre le classique et la quantique
Ce qui rend cette approche particulièrement stimulante, c’est que ces deux constantes renvoient à des domaines de la physique que l’on présente souvent comme difficilement conciliables. La constante de gravitation G fixe l’intensité de la gravitation et gouverne la structure de l’espace-temps à l’échelle des galaxies et des amas de galaxies. La constante de Planck ħ, elle, est au cœur de la mécanique quantique et du monde des particules élémentaires. « Nous établissons ainsi un lien direct entre un paramètre purement gravitationnel et un paramètre purement quantique », résume Olivier Minazzoli.
Un tel pont ouvre des perspectives nouvelles sur notre compréhension du monde physique. « Fondamentalement, l’Univers obéit aux lois de la physique quantique, rappelle Olivier Minazzoli. Si notre quotidien nous apparaît classique, c’est parce que la constante de Planck est très petite. Si ħ était plus grande, des effets quantiques seraient perceptibles à des échelles beaucoup plus grandes ».
En effet, ħ fixe l’échelle à laquelle les effets quantiques deviennent significatifs. Lorsque l’action caractéristique d’un système est grande devant ħ, le comportement est décrit par la physique classique. Quand l’action d’un système devient comparable à ħ, le comportement cesse d’être classique et devient quantique. De même, la faiblesse apparente de la gravitation due à la valeur de G constitue l’un des grands mystères de la physique. Comparée aux autres interactions, la gravitation semble en effet bien dérisoire. « Un simple aimant posé sur un réfrigérateur suffit à contrecarrer l’attraction gravitationnelle exercée par l’ensemble de la masse de la Terre », souligne Olivier Minazzoli.
Scruter les naines blanches et les étoiles à neutrons
Cette faiblesse n’est donc peut-être pas un fait isolé. Dans la relativité intriquée, la constante de gravitation G et la constante de Planck ħ ne sont plus indépendantes: elles émergent d’un même champ et varient de concert. Un univers où la gravitation est faible est aussi un univers où ħ est petite. Une connexion qui suggère l’existence d’un lien profond — encore à définir — entre gravitation et mécanique quantique.
Il reste désormais à confronter cette théorie à l’observation. Or, pour la première fois, Olivier Minazzoli, avec Thomas Chehab et Aurélien Hees, proposent des pistes observationnelles dans des environnements extrêmes, là où la gravitation devient intense et la matière extraordinairement dense: les naines blanches et les étoiles à neutrons.
La relativité intriquée pourrait y laisser des traces observables. En particulier, une variation de la constante de Planck ħ entraînerait des conséquences directes sur la lumière émise par ces astres. Pour l’heure, ces pistes restent toutefois difficiles à exploiter, les signatures attendues sont faibles et délicates à distinguer d’autres effets astrophysiques. La composition de l’atmosphère des étoiles, la présence de champs magnétiques intenses compliquent fortement l’interprétation des données. « Ce n’est pas dit que ça marche », reconnaît Olivier Minazzoli. Autrement dit, si la relativité intriquée ouvre la voie à des tests observationnels, leur mise en œuvre demandera des observations très précises et des modèles astrophysiques robustes. Le prix à payer pour oser retoucher le chef-d’œuvre d’Einstein.
