La théorie de Newton serait fausse, celle d'Einstein améliorable et la matière noire n'existerait pas, selon une théorie simple
Alors que de récentes études sont parvenues à "jeter quelque lumière" sur la matière noire, une nouvelle théorie postule que celle-ci n'existe pas et que si les théories de Newton ne fonctionnent pas pour la plus grande majorité de l'univers, Einstein avait en revanche raison sur l'essentiel, bien que ses théories puissent être améliorées. Hong Sheng Zhao, de l'Université de St Andrews (Ecosse), et Benoit Famaey, de l'Université Libre de Bruxelles, ont développé une nouvelle théorie modeste ainsi qu'une formule pour expliquer la gravité. Si cette théorie était admise, il nous faudrait reconsidérer notre manière de voir l'univers. Newton "découvrit" la gravité lorsque la mythique pomme lui tomba sur la tête. La gravité est la force la plus anciennement identifiée. Toutefois - comme Newton s'empressa de le relever - on ignore comment la gravité fonctionne au juste. "Je n'ai pu jusqu'à présent découvrir la cause de ces propriétés de la gravité à partir des phénomènes et je n'échafaude aucune hypothèse [...]. Qu'un corps puisse agir sur un autre à distance à travers l'espace vide, sans milieu intermédiaire par lequel ou à travers duquel l'action pourrait être conduite de proche en proche de l'un à l'autre, est pour moi d'une si grande absurdité que je crois que l'idée ne peut pas même effleurer l'esprit d'un homme un tant soit peu compétent en sciences", écrivait-il en 1687. Si les théories de Newton étaient excellentes pour décrire avec précision les mouvements des corps sur Terre ou dans l'espace à la fin du XVIIe siècle, un examen plus attentif du mouvement des corps stellaires fait apparaître des lacunes. Dans sa théorie générale de la relativité, en 1905, Einstein fut le premier à parvenir à surpasser Newton. La théorie générale de la relativité permettait désormais à la lumière de se courber, mais n'expliquait toujours pas une partie de l'univers observable, ni dans quelle proportion la lumière devait se courber. Si l'on observe par exemple la rotation des étoiles en périphérie d'une galaxie, les astres se déplacent trop rapidement pour être retenus par la gravité et devraient être "éjectés". Or ce n'est pas le cas. Cela a débouché sur deux théories concurrentes. La première - celle de la matière noire - est en gain de vitesse et postule l'existence d'une substance et d'une force invisibles qui constitueraient la majorité de l'univers. La matière noire assurerait la cohésion du tout et compenserait la vitesse élevée des étoiles. La seconde théorie, moins bien connue, suggère que notre appréhension de la gravité est tout simplement incorrecte. Alors que nous pensons que la gravité est une constante, cette théorie suggère que la gravité peut s'accroître, permettant à des objets de se déplacer plus vite qu'ils ne le devraient. Cette seconde théorie fournit de bons modèles pour les visions gravitationnelles et relativistes de l'univers. La "théorie simple" développée par MM. Zhao et Famaey s'appuie sur cette seconde hypothèse, élaborée à l'origine par Moti Milgrom puis, plus tard, par Jacob Bekenstein. MM. Zhao et Famaey ont développé une formule qui permet à la gravité de varier sur diverses distances. Pour l'heure, la formule concorde avec les observations menées sur les galaxies, chose bien moins aisée dans l'étude de la matière noire. M. Zhao explique en quoi les calculs de Newton ne marchent pas si l'on utilise les mesures aujourd'hui disponibles: "Il n'est pas évident de savoir comment une pomme chuterait dans la galaxie. La théorie de Newton tomberait pour une grande part à l'eau [...]. Il y a toujours eu une bonne chance que les astronomes réécrivent la loi de la gravité [...]. Elle s'accorde jusqu'à présent aux données concernant les galaxies, et si ce qu'elle prédit continue de se vérifier pour le système solaire et la cosmologie, cela pourrait résoudre l'énigme de la matière noire. Nous pourrions être en mesure de répondre à des questions courantes comme savoir si la théorie gravitationnelle d'Einstein est correcte et si la dite 'matière noire existe bel et bien." "Une théorie non newtonienne de la gravité est désormais entièrement spécifiée, toutes échelles confondues, par une fonction continue et lisse. Elle est prête à être infirmée par des confrères scientifiques. Il est temps de garder l'esprit ouvert pour d'autres champs prévus dans notre formule, tout en continuant notre quête de particules de matière noire", a déclaré M. Zhao. Les deux chercheurs n'estiment cependant pas plus l'un que l'autre que la question de la gravité soit nécessairement résolue, et ils sont convaincus de la nécessité de poursuivre la quête de réponses plus complètes. M. Famaey de commenter: "Il est possible que ni la théorie gravitationnelle modifiée, ni la théorie de la matière noire, telles qu'elles sont formulées aujourd'hui, ne résolvent la dynamique galactique ou la cosmologie. En principe, la vérité pourrait se situer entre les deux, mais il est fort plausible que quelque chose de fondamental nous échappe concernant la gravité, et qu'une approche théorique radicalement nouvelle soit nécessaire pour résoudre tous ces problèmes. Notre formule est néanmoins si séduisante de simplicité qu'il est tentant de la considérer comme faisant partie d'une théorie fondamentale encore inconnue à ce jour. Toutes les données concernant les galaxies semblent s'expliquer sans efforts." Les recherches ont été publiées dans la revue Astrophysical Journal Letters du 10 février, et seront présentées lors d'un atelier international qui se tiendra du 20 au 22 avril à l'Observatoire royal d'Edimbourg.