L’insoutenable légèreté de la gravité

La découverte des ondes gravitationnelles en 2015 a suscité plusieurs questions sur la nature de la gravité. Dans un article qui a récemment fait la Une du New Scientist, une physicienne britannique explore une proposition audacieuse: et si la gravité avait une masse?

Des quatre grandes forces fondamentales — gravité, électromagnétisme, forces nucléaires forte et faible — régissant le fonctionnement de l’Univers, seule la force gravitationnelle n’entre pas dans le cadre prévu par la physique quantique.

Selon cette théorie, toutes les forces ont un champ quantique qui leur est associé, explique Claudia de Rham, du Collège impérial de Londres. Ces champs, qui produisent des ondes et se propagent dans l’espace, sont formés par des particules.

L’espace-temps «vibre»

Jusqu’à tout récemment, rien n’indiquait que la gravité respectait ces critères. Toutefois, la détection des ondes gravitationnelles a fourni les premiers indices, selon la physicienne, comme quoi l’espace-temps pourrait être lui-même un champ quantique, capable de «vibrer» de la même façon que le champ électromagnétique.

Cependant, si la gravité est un champ quantique, quelle est la particule qui le porte? Le graviton, comme il avait été baptisé il y a longtemps, n’a toujours pas été détecté, mais Claudia de Rham le croit bien réel.

Quelle vitesse?

Si le graviton existe, quelle serait sa masse? La masse d’une particule fondamentale est inversement proportionnelle à la portée de cette force. La gravité exerçant son influence sur des distances astronomiques, la masse d’un graviton doit donc être très petite… ou même nulle.

Cette distinction est cruciale. Si le graviton n’a pas de masse, il doit voyager à la vitesse de la lumière. S’il en a une, il peut au contraire se déplacer à différentes vitesses.

Selon les physiciens, cela signifie aussi qu’il pourrait exister différents types de gravitons avec des propriétés distinctes. Certains, les gravitons fantômes, auraient même une énergie négative, ce qui est problématique pour maintenir l’ordre de l’Univers!

Dimensions supplémentaires?

La solution à cette impasse, suggère Claudia de Rham, réside dans un modèle de la Relativité générale qui inclut des dimensions supplémentaires à l’espace et au temps. Certaines dimensions pourraient exister sans que nous en soyons conscients.

Par exemple, on peut imaginer un funambule sur son fil. Pour lui, une seule dimension est perceptible. Par contre, une fourmi qui se déplace autour du même fil discerne une dimension supplémentaire.

L’hypothèse des dimensions supplémentaires est déjà utilisée par les scientifiques pour expliquer certaines particularités de la gravité. Dans ses travaux, la physicienne britannique a démontré que ce modèle permet de décrire un graviton avec une masse, tout en évitant la création de gravitons fantômes.

Le destin de l’Univers

Enfin, la question de la masse des gravitons peut nous aider à raffiner notre compréhension de la gravité. Cela pourrait en effet changer notre façon de voir le mouvement des planètes, mais aussi nous aider à en savoir plus sur les débuts de l’Univers… et sur le destin qui l’attend dans des milliards d’années.