L'insoutenable gravité de l'univers

Gabriel Chardin, éminent spécialiste de l'antimatière, n'hésite pas à défendre des thèses iconoclastes qu'il annonce lui-même comme des scénarios alternatifs aux idées traditionnelles de la « communauté scientifique » et qui s'opposent notamment aux principes fondateurs de l'indétrônable « modèle standard ».

Il faut sans doute une certaine dose de courage pour défendre une position à contre-courant, mais il faut surtout disposer d'une série de solides arguments pour être crédible. On peut dire que Gabriel Chardin réussit ici son pari, tant ses arguments sont convaincants. Mais si le premier pari est de convaincre, un second pari, plus risqué, est en jeu, et sera exposé à la fin de ce billet.

Gabriel Chardin est directeur de recherche au CNRS, initiateur du programme Edelweiss (acronyme de « Expérience pour Détecter Les WIMPs En Site Souterrain »), il connait donc dans les grandes profondeurs le côté obscur de la matière noire qu'il tente d'éclairer depuis des années (oui, bon…). Il a également déjà publié plusieurs ouvrages sur l'antimatière et les facultés physiques qu'ont ces étranges particules de voyager dans le temps. Il défend en particulier l'idée de l'existence d'une masse négative, de quoi faire pousser des cris d'orfraie à cette fameuse communauté scientifique à laquelle il appartient, et mettre à mal une partie du modèle standard (ou du moins, de montrer la nécessité de lui faire subir une évolution radicale). Mais tout cela, suggère l'auteur, est de bonne guerre dans toute démarche scientifique, il faut savoir remettre en cause, infirmer ou valider des théories nouvelles dès lors que les vérifications expérimentales sont possibles.

Le présent essai semble être l'aboutissement de ses recherches personnelles, qu'il mène avec son étudiant Aurélien Benoit-Lévy depuis 2006. En gros, le modèle d'Univers défendu par cette équipe, appelé Univers de Dirac-Milne, prend en compte l'antimatière qui avait mystérieusement disparu (sans vraiment d'explication) depuis les tout premiers instants du Big-bang. Gros avantage de cette théorie : elle semble s'accorder aux mesures existantes avec au moins autant de précision que le modèle standard de la cosmologie, dit « Lambda-CDM » ou ΛCDM. Énorme avantage de cette théorie : elle économise les notions de matière noire et d'énergie noire, que d'aucuns qualifient aujourd'hui d'« Éther du XXIe siècle » (autrement dit, un leurre dû à l'incomplétude ou l'inexactitude de nos théories actuelles, qu'il convient de révolutionner, comme la relativité avait pu le faire en son temps en mettant fin aux dogmes de la physique newtonienne). Prix à payer : il faut admettre l'existence d'une antigravité ou d'une masse négative. Mais les verrous dogmatiques, voire psychologiques, nous dit Chardin, avaient de toute façon déjà sauté en d'autres circonstances.

Chardin se réfère abondamment à ses nombreux collègues scientifiques et vulgarisateurs dès lors qu'ils sont susceptibles d'apporter un peu d'eau à son moulin (Thorne, Penrose, Hawking, Rovelli, Smolin, Susskind… pour citer les plus connus). Quand Hawking annonce : « des infinis apparaissent, rendant la théorie [d'action à distance de Hoyle et Narlikar] inutilisable, sauf si l'univers comporte des masses négatives », ceci est bien entendu éminemment récupérable. L'auteur n'hésite pas également à s'appuyer sur des illustrations « grand public », comme les (assez nombreuses) références au film Interstellar de Christopher Nolan, et autre Contact de Carl Sagan, des parrainages bon marché dans le genre « vu à la télé ».

De manière assez habile, Gabriel Chardin rappelle ou fait le bilan de tous les sujets scientifiques à la mode ces dernières années : matière noire, énergie sombre, trous noirs, trous de vers, mais aussi boson de Higgs (LHC, 2012), grandes structures, ondes gravitationnelles (vague GW170814 détectée par les expériences LIGO et Virgo en 2017), p-branes et dimensions enroulées de la théorie des cordes, théorie M, et principe de Mach (moins à la mode, mais tout aussi passionnant). A chaque fois, avec la ruse du Petit Poucet, il sème ses petits cailloux du doute, qu'il récupèrera dans son dernier chapitre comme autant d'arguments massues en faveur de sa théorie.

Pour autant, rien n'est joué d'avance. Avec lucidité et courage, l'auteur signale les expériences, encore à venir, dont les résultats seront les juges de paix tranchant en faveur ou non de sa théorie. En 2020 au plus tard, peut-être même dès 2018, nous annonce-t-il, trois expériences en cours au CERN (AEgIS, Gbar et ALPHA-g) mesureront le comportement de l'antihydrogène dans un champ gravitationnel.

Cette annonce, enthousiaste, honnête et risquée, est emblématique de la recherche scientifique. Elle me rappelle dans un autre contexte également lié à la cosmologie l'annonce de Jean-Pierre Luminet dans son ouvrage L'Univers chiffonné publié en 2005 (cf. ma critique). Pour des raisons esthétiques, Luminet avait parié sur une valeur du paramètre de densité de l'Univers Oméga = 1,013 et annoncé : « une valeur inférieure à 1,01 éliminerait l'espace sphérique dodécaédrique de Poincaré comme modèle physique ». La densité maximale de l'Univers mesurée par le satellite Planck en 2013 est Oméga-max = 1,0029. Pari perdu pour Jean-Pierre Luminet. Comme ce dernier, Gabriel Chardin est sensible à la « beauté mathématique » de sa théorie (page 374). Espérons que Chardin aura plus de chance. Sa théorie, qui vise une certaine élégance alliant économie et efficacité, est en effet très séduisante. L'insoutenable gravité de l'Univers va de pair avec l'insoutenable suspense de la recherche scientifique.

Signalons pour finir un epsilonesque problème dû à l'éditeur. Je me suis souvent heurté à quelques coquilles ou erreurs montrant des lacunes dans la relecture de cette première édition. Par exemple : confusion entre g et γ (gamma) dans les formules pages 61 et 62 ou la « photo » (quelle photo ?) page 197. Ces petites erreurs seront à coup sûr réparées dans les prochaines éditions.

Dans l'ensemble, la lecture de cet ouvrage très riche, mais qui sera sans doute jugée un peu ardue par les lecteurs trop peu aguerris aux concepts exposés, a été assez agréable, les fins de chapitre sont ponctuées de deux compléments de bon aloi intitulés « ce qu'il faut retenir » et « pour en savoir un peu plus ». Cet ouvrage surprenant et digne d'intérêt est surtout à conseiller aux « honnêtes hommes » du XXIe siècle, intéressés par la cosmologie et les recherches scientifiques en cours.

L'auteur, Gabriel Chardin, et directeur de recherche au CNRS il a consacré sa carrière à l'étude de la stabilité de la matière, à la recherche de la matière cachée dans l'univers et à l'antimatière. Il est l'auteur de plusieurs ouvrages destinés à un public large.
Ce livre épais (450 pages), dont le titre évoque la « légèreté de l'être » de Kundera, est un livre de vulgarisation scientifique qui traite de la notion de gravité. La gravité pose un véritable problème au scientifique dans la mesure où elle résiste, aujourd'hui encore, à toute expression quantique. C'est-à-dire qu'il n'est toujours pas possible de fournir de prédictions expérimentales lorsqu'elle s'applique à l'infiniment petit.
Dès lors, on le comprend, ce livre propose une vulgarisation un peu particulière puisque le champ qu'il décrit n'est pas encore stabilisé. En quelque sorte, la vulgarisation porte donc sur les débats scientifiques en cours.
Bien sûr pour poser le sujet, l'auteur commence par présenter les connaissances du domaine sur lesquelles le monde scientifique s'accorde.
Le premier quart de l'ouvrage pose donc les bases de la connaissance cosmologique depuis Ératosthène et Aristote en passant par Ptolémée, Copernic, Kepler, Galilée et Newton. Il traite également des deux théories de la relativité d'Einstein : la relativité restreinte et la relativité générale.
Un chapitre est ensuite consacré aux trous noirs en relativité générale que j'ai trouvé très intéressant. Jusqu'à cette lecture, je n'avais compris de quoi il s'agissait que de manière très confuse. Un autre chapitre encore tout à fait passionnant sur la découverte des ondes gravitationnelles se lit presque comme un thriller.
Mais lorsqu'il s'est agi de comprendre les concepts de trous de ver ; de gravité et information ; de théorie des cordes, etc. je dois admettre avoir été dépassé par les concepts présentés. Finalement, la deuxième moitié de l'ouvrage (230 pages) est restée pour moi assez hermétique.
Pour autant je dois à l'honnêteté d'avouer que j'ai apprécié la lecture de ce livre. Bien sûr, j'ai tiré bien plus de profit de la lecture de la première partie, qui m'a permis d'appréhender l'évolution des connaissances humaines dans une perspective historique et surtout d'affirmer ma compréhension de concepts qui jusque-là restaient flous pour moi.
La deuxième moitié de l'ouvrage, beaucoup plus ardue, m'a quand même permis d'apercevoir (de très loin) la nature des débats scientifiques contemporains sur le sujet.
Ce livre est bien un ouvrage de vulgarisation dans la mesure où l'auteur s'efforce d'adapter des connaissances scientifiques pour les rendre accessibles à un lecteur non spécialiste. Néanmoins ce lecteur non spécialiste aura tout intérêt à faire preuve d'une grande curiosité pour les sciences s'il veut en tirer profit.

Cinquième participation à l'opération Masse Critique de Babélio (vous savez, je reçois un livre que je choisis et je fais la critique dans le mois qui suit). Que Babélio et les éditions le pommier soient ici remerciés !

Alors c'était en mai dernier et Masse critique proposait des ouvrages jeunesse et jeune adulte. J'aime bien, mais là ce n'est pas ce dont j'avais envie. Et au milieu, perdu, il y avait L'insoutenable gravité de l'univers de Gabriel Chardin. Avec sa référence à Kundera, le titre aurait pu être celui d'un roman, mais un coup d'oeil sur l'éditeur (spécialisé en vulgarisation scientifique) me confirma qu'il s'agissait bien d'un essai de physique autour de la gravité.
Tout dans cette chronique repose sur de profonds malentendus.
Le premier, dont je suis coupable, est d'avoir pu croire que je pouvais faire fi d'études de sciences pour lire de la science. Ahlala ! qu'allais-je faire dans cette galère ? Si les Christophe Galfard et autres Jean-François Becquaert ne m'avaient pas fait croire que je pouvais faire illusion et sortir la tête haute de la confrontation avec un tel livre, je ne serais pas là en train de rendre les armes face à 400 pages dont je n'ai pas compris grand'chose. Ce n'est pas la prose de M Chardin qui est en cause, ni la syntaxe mais ce à quoi les mots font référence.

Les concepts, quoi.

Bon il faut quand même que je vous dise de quoi ça parle. Je pars du principe que vous n'y connaissez rien et que les spécialistes ne lisent pas ce billet. En gros, les physiciens essaient depuis toujours de mettre en équation le fonctionnement du monde qui nous entoure. Newton au XVIIIe siècle a posé en équations les règles du mouvement des corps qui nous environnent et qui sont à notre échelle. En clair, quand on lance un objet, les équations de Newton fonctionnent.
Et ça marche encore.
C'est valable jusqu'au mouvement des planètes du système solaire qui a beaucoup occupé le Moyen Âge, la Renaissance et l'Ancien Régime (Ptolémée qui décrit le ciel qu'on voit, et hop du coup on part pour 12 siècles de géocentrisme. Puis on a brûlé Giordano Bruno et ça été chaud pour Copernic et Galilée et enfin il y a Newton). Ces équations sont valables pour l'expérience quotidienne de 99,9999999999999999999999999 % de la population mondiale, dans la vie de tous les jours.
Cependant il y a de l'infiniment petit et de l'infiniment grand autour de nous. Et là, ça ne fonctionne plus. Mais alors plus du tout.
Pour l'infiniment petit, la physique quantique s'y colle. Que le premier qui comprend me fasse signe ! Mais bon, ce n'est pas le sujet du livre.
Pour l'infiniment grand, on s'est rendu compte qu'il y avait un petit problème sur l'orbite de Mercure autour du Soleil. Et là, c'est au tour de Einstein de proposer les théories de la Relativité restreinte en 1905 et de la Relativité générale en 1915. Il nous dit que l'univers est un tissu dont le textile est composé de temps et d'espace, intriqués ensemble. Que les masses, par la gravité, déforment l'espace-temps (c'est-à-dire l'espace ET le temps, en même temps, parce qu'il s'agit de la même chose). Démonstration avec l'éclipse de 1919 qui montre la déviation des rayons lumineux d'autres étoiles par la masse du Soleil dont la luminosité propre est occulté par la Lune. Et ces théories expliquent la déviation minime mais mesurable de l'orbite de Mercure. CQFD.

Sauf que la physique quantique (pour l'infiniment petit) et la Relativité générale (infiniment grand) sont incompatibles ensemble. A cela s'ajoute un autre problème : l'amélioration de la qualité des observations permet de détailler les autres galaxies observables, d'estimer leur taille et leur contenu, ainsi que leur masse. Hors en appliquant les lois de Newton sur le mouvement centrifuge des galaxies (elles tournent sur elles-mêmes), il devrait y avoir beaucoup plus de matière. Les galaxies devraient être beaucoup plus massives si elles ne veulent pas éjecter leurs étoiles comme un enfant intrépide sur un tourniquet tournant trop vite. Il en manque. Et pas qu'un peu. Il en faudrait 500 fois plus pour que le mouvement apparent des galaxies correspondent aux lois.
Donc c'est là où les scientifiques se disent : soit mes lois sont mauvaises, et pourtant elles fonctionnaient bien, mais vraiment bien, jusqu'à permettre d'envoyer des satellites, des fusées, donc ça doit marcher ; soit il y a de la matière qui, à la fois, ne se voit pas (donc n'émet aucun rayonnement électromagnétique : on ne la voit pas avec aucun télescope et on ne la détecte avec aucun capteur type radar, ou autre) et, en même temps, est suffisamment présente pour interagir avec la masse présente (celle qui est visible, que les physiciens appellent matière baryonique) et représente environ 26% de la masse totale de l'univers, alors que la masse visible (la baryonique) représente, elle, seulement 4 %.

Oui vous avez bien lu.
Tout là, autour de vous, la table, votre chaise, le corps de tous les humains, toute la biosphère, l'ensemble des milliards d'atome de la terre, mais aussi ceux de tout le système solaire, ceux des environs 250 milliards (oui, milliards) d'étoiles de notre galaxie, ceux des milliards d'autres galaxies dans l'univers. Oui, tout ça, ce n'est que 4 % du tout !

Le reste, les 26 % c'est quoi ? et bien c'est ce qu'on appelle la matière noire dont je viens de vous parler (qu'il faudrait mieux appeler matière transparente).

Et les 70 % restants ? Et bien c'est une énergie que l'on appelle noire pour les mêmes raisons. A quoi sert-elle ?
Et bien, même en ayant le niveau maternelle en astrophysique, nous savons tous que la gravité attire à elle la matière en l'agglomérant : ce qui fait qu'on ne lévite pas, non, on retombe sur Terre quand on saute (re-coucou Newton, la pomme, toussa toussa). Donc logiquement, la matière répartie dans l'univers dans des océans de vide immense, devrait se rapprocher entre ses différents paquets (=galaxie, matière interstellaire etc.). Or c'est l'inverse qui se produit. L'univers s'étire, s'étend, indépendamment du mouvement propre de la matière qui s'y trouve. Plus précisement : la matière s'attire conformément aux lois de la gravité. Ainsi notre galaxie et celle d'Andromède, sa plus proche voisine vont se télescoper dans quelques milliards d'années. Elles se rapprochent donc l'une de l'autre. A l'intérieur des galaxies, la matière se rapproche (si elle est suffisamment proche) pour s'agglomérer en étoiles etc., toujours conformément aux lois de la gravité. Mais si les objets sont suffisamment loin, alors, indépendamment de leur mouvement propres, elle peuvent s'éloigner car c'est la texture même de l'univers qui s'étend. Imaginez deux fourmis qui se déplacent l'une vers l'autre (quelles se soient vues, ou non) sur une immense nappe en latex. On étire le latex : les fourmis ont un mouvement propre qui les rapproche, mais c'est la toile qui s'étire, et si elles sont trop loin alors elles ne se rejoindront jamais. Et bien c'est ce qui se passe à l'échelle de l'univers. L'étirement n'est pas uniforme, il est plus rapide selon l'éloignement. Plus c'est loin, plus cela s'éloigne vite de vous (bizarre, hein ?). La vitesse actuelle est de 70 km par seconde par mégaparsec (vous chercherez). Il faut donc une énergie folle pour étirer cet univers qui s'est formidablement agrandi à sa naissance, puis dont la vitesse d'expansion a augmenté aux alentours de 8 milliards d'année. D'où l'énergie noire, dont l'action est ainsi antigravitationnelle.

Sauf que voilà, Gabriel Chardin n'est pas d'accord. Mais alors pas du tout.
Il trouve cela particulièrement alambiqué d'inventer deux paramètres introuvables (matière et énergie noires, donc) qui composent 96 % de notre univers, seulement pour permette de maintenir les théories actuelles.
Il propose pour sa part une autre hypothèse : il a autre chose sous la main. L'antimatière. Stop, on arrête tout de suite, rien à voir avec la SF. A la naissance de l'univers, la matière et l'antimatière étaient à part égales et se sont annihilées mutuellement mais, des fluctuations quantiques font que ce que nous appelons "matière", et qui nous compose, semble avoir gagné la partie et survécu en quantité infinitésimale. Gabriel Chardin pense que en fait il reste de l'antimatière (de la matière avec une charge inverse, des élections positifs par exemple) en quantité suffisante mais suffisamment distante pour ne pas être environnée de matière et donc de s'annihiler immédiatement et rayonner à ce moment-là (on verrait alors ce rayonnement, or on ne le voit pas). Or l'antimatière a un effet antigravitationnel. En utilisant le principe de Mach dans un univers de Dirac-Milne
Cela permet ainsi d'évacuer matière et énergie noire. CQFD. Ce qu'il faut démontrer.

Et c'est là où je m'arrête, parce que après je ne comprends plus rien. Tout ce qui précède se trouve certes dans le livre, mais l'auteur explique les impasses des théories dans des termes que je suis incapable d'estimer. Il explique le principe de Mach, il montre que les différentes équations d'univers (Einsten-De Sitter et autres) peuvent être remplacés par celle de Dirac-Milne, mais là cela fait longtemps qu'il m'avait perdu. J'ai lu tout l'ouvrage, non pas en comprenant le texte, mais en essayant de comprendre ce que Gabriel Chardin voulait dire.

Et sans bagage scientifique, j'ai ramé. Sévère.

Je suis donc bien en peine d'avoir un avis sur ce livre, sur son contenu. Car il y a malentendu : Masse critique jeunesse et jeune adulte chez Babélio, je crois que c'est une erreur d'aiguillage !
Et lorsque l'auteur propose dans son mode d'emploi : J'espère que leur contenu [des chapitres du livre] pourra intéresser autant le lecteur curieux de sciences qu'une fraction significative de mes collègues physiciens et mathématiciens qui travaillent, parfois depuis plusieurs dizaines d'années, à la résolution de l'énigme. (page 7)
Si je me reconnais pleinement dans la première catégorie, je pense que l'auteur pensait plus à la seconde en écrivant l'ouvrage. Et là on revient au premier malentendu, le mien, celui d'avoir cru pouvoir triompher de ces pages.
Lien : https://leslecturesdecyril.b..

En tant qu'astrophysicienne, je me devais de cocher ce livre dans la dernière Masse critique de Babelio. le thème de cette dernière était « Jeunesse/Young adulte » et je ne comprends pas vraiment ce que ce livre y faisait. Il s'agit certes d'un livre de vulgarisation mais il s'adresse tout de même à un public intéressé et possédant un minimum de bases en physique, sans quoi cet essai se révélera très peu accessible. Il aborde en effet tout un pan de l'astrophysique moderne : la cosmologie, de la relativité d'Einstein aux théories les plus récentes sur la structure et le contenu de notre Univers.

Physicien français du CNRS, Gabriel Chardin propose en fait un nouveau modèle cosmologique alternatif au modèle standard, L Univers contiendrait autant de matière que d'antimatière, ainsi le physicien s'affranchit des concepts de matière et d'énergie noire qu'on introduit pour le moment pour rendre compte des observations. Notre Univers serait composé à 95% d'une matière noire et d'une énergie noire dont on ne connaît ni la nature ni l'origine. Cet Univers, Gabriel Chardin le nomme l'Univers de Dirac-Milne qui suppose qu'il contient autant de matière que d'antimatière et que cette dernière possède une masse gravitationnelle négative.

Avant d'arriver à la description de cet Univers dans le dernier chapitre, l'auteur repart du début de la cosmologie en abordant, après un brève historique, la relativité, les trous noirs et les trous de ver, les ondes gravitationnelles et la théorie des cordes. Pratiquement sans aucune équation, l'auteur parvient à nous expliquer clairement des concepts très abstraits à force d'images et d'expériences de pensée. Malgré quelques coquilles, le tout est très compréhensible pour autant qu'on possède des bases de physique et qu'on reste un tantinet concentré :-p

À chaque fin de chapitre, l'auteur résume les concepts importants et nous détaille certains passages si on désire aller plus loin dans la complexité et dans les maths. L'essai s'adresse ainsi à tous que l'on soit étudiant, amateur éclairé ou scientifique, dans la mesure où le lecteur est prêt à s'accrocher et à prendre son temps. En outre, l'idée alternative d'un Univers sans matière noire est à contre-courant dans la physique actuelle et la théorie est assez élégante et passionnante mais reste très exotique !

Bref, j'ai apprécié cette ouvrage que je recommande à tous les lecteurs intéressés par la cosmologie. Pour en savoir plus et avoir un aperçu de la théorie révolutionnaire de l'auteur, je vous conseille la lecture de l'article "Un Univers sans matière noire ?" sur le site du journal du CNRS, très clair et très complet sur le sujet.
Lien : https://thetwinbooks.wordpre..

Gabriel Chardin, médaillé d'argent du CNRS, nous décrit un jubilé d'évolution en cosmologie. Il souligne les avancées considérables dans la précision des mesures et l'ancrage fort des théories actuelles. Il met aussi en relief que la gravitation répulsive et d'autres concepts de la même veine ne s'accordent pas si bien avec l'interpretation en terme d'énergie noire ou furtive. Il serait donc temps d'explorer de nouvelles pistes comme celle du modèle de Dirac-Milne qui ferait l'économie de l'énergie et de la matière noires. Vers 2020, trois expériences au CERN devraient parvenir à tester l'hypothèse de l'antigravité et mesurer les trajectoires d'atomes d'antihydrogene individuels dans le champs de gravitation terrestre.
Espérons, comme l'auteur que ce livre suscite des vocations.
Bonne lecture .