Gravité modifiée

Gravité modifiée fait référence aux théories qui modifient ou étendent le relativité générale — notre description standard de la gravité — afin d'expliquer des énigmes que la relativité générale, combinée à la matière connue, ne peut pas facilement expliquer. La relativité générale a passé avec succès tous les tests de précision depuis plus d’un siècle, sa modification ne se fait donc pas à la légère. Mais deux des plus grands mystères de la physique motivent cet effort.

Pourquoi changer une théorie à succès ?

La première motivation est l’accélération cosmique. L'expansion de l'univers s'accélère, normalement attribuée à énergie sombre. Une alternative est que la gravité elle-même se comporte différemment aux plus grandes échelles, produisant une accélération sans nouvelle composante énergétique. La deuxième motivation est la rotation des galaxies, généralement expliquée par matière noire; certaines théories modifient plutôt le fonctionnement de la gravité à faibles accélérations. Une motivation plus profonde est la recherche de gravité quantique, où les extensions des équations d'Einstein apparaissent naturellement.

Types courants de modifications

La plupart des théories de la gravité modifiée ajoutent de nouveaux ingrédients à la relativité générale de manière contrôlée. Théories scalaires-tensorielles ajoutez un champ supplémentaire à côté de la géométrie espace-temps, de sorte que la force de gravité puisse varier dans l'espace et dans le temps. f(R) gravité généralise l'équation qui lie la courbure à l'énergie. Gauss-Bonnet et les théories de dimension supérieure ajoutent des termes de courbure supplémentaires qui deviennent importants dans les champs forts ou les dimensions supplémentaires. Chacun doit se ramener à la relativité générale ordinaire dans les régimes où elle a été testée – comme le système solaire – tout en différant ailleurs.

Comment la gravité modifiée est testée

La force de la relativité générale réside dans le fait qu’elle permet de faire des prédictions précises, et toute modification doit y correspondre. Les tests incluent les orbites précises des planètes et des pulsars binaires, la courbure de la lumière par les galaxies (lentille gravitationnelle), la vitesse de ondes gravitationnelles – mesuré en 2017 pour égaler la vitesse de la lumière avec une précision extraordinaire, ce qui a exclu de nombreuses propositions d’un seul coup – et le modèle détaillé de la structure cosmique. Chaque nouvelle observation réduit le champ des alternatives viables.

Une idée fausse courante

La gravité modifiée n'est pas un rejet d'Einstein. Toute théorie sérieuse est construite pour reproduire la relativité générale là où elle a été confirmée et pour ne différer que dans des régimes non testés – le tout premier univers, les plus grandes échelles cosmiques ou les champs gravitationnels les plus puissants. Le but n’est pas de renverser Einstein mais de découvrir où, le cas échéant, sa théorie s’épuise.