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Cosmologie. Les masses négatives pourraient dominer dans l'univers

Le concept de masse négative est encore peu connu du public. Comme son nom l'indique, il s'oppose à celui de masse positive, ou de masse, pour reprendre le terme le plus connu. La masse  positive est une propriété fondamentale de tout corps. Elle rend compte de la quantité de matière contenue dans ce corps indépendamment de l'endroit où il se trouve, sur Terre ou dans l'espace.

Dans le Système international, son unité est le  kilogramme (kg).

Il existe fait deux types de masse, pratiquement équivalentes  :

  • la masse d'inertie qui indique la résistance  qu'un corps oppose à une modification de son mouvement  sous l'action d'une force. Si je veux pousser un objet sur une table, il résiste, abstraction faite des frottements, en fonction de son poids, c'est-à-dire de sa taille ;

  • la masse gravitationnelle, relative à la la force de gravité qui s'exerce sur ce corps dans l'espace. Ainsi un lustre suspendu à un plafond et soumis par définition à la force de gravité qui s'exerce sur lui et l'attire vers le centre de la Terre, est attiré avec d'autant plus de force que sa masse, c'est-à-dire son poids en kg, est élevée. Il faut en tenir compte pour calculer la résistance du câble auquel on le suspend.

    Dans ce cas le poids varie selon l'endroit dans lequel on place le corps Sur la Lune, un corps présentera un poids six fois moindre que sur la Terre. Le poids sera exprimé non plus en Kg, mais en  Newton (N).

Les objets pourvus d'une masse négative se comportent d'une façon opposée. Si je pousse un tel objet sur la table, il est attiré vers moi au lieu de me résister. Si je le suspend au plafond à un câble, il montera vers ce plafond au risque de s'y écraser.

On peut désormais semble-t-il produire de tels objets en physique quantique. Mais ils ne peuvent être transférés en physique ordinaire.

Cependant, depuis les années 1950, plusieurs physiciens ont considéré la possibilité de l'existence d'une matière qui en possède. Leur objectif : trouver une explication à certains phénomènes étranges observés au cœur des étoiles à neutrons, des trous de noirs et des trous de ver. Jusqu'à présent cependant, leur hypothèse faisait débat au sein de la communauté scientifique, avec ce résultat qu'elle est restée pratiquement confidentielle.

Aujourd'hui par contre, plusieurs physiciens américians  affirment avoir créé un fluide qui présente une masse négative. Ils l'expliquent dans un article sur  arXiv référencé ci-dessous 1). Jamie Farnes, de l'Université d'Oxford va plus loin. Il considère qu'existe dans notre univers un fluide universellement répandu exerçant une gravité négative. Ceci pourrait expliquer des phénomènes encore inexpliqués constatés en cosmologie, dits de la matière noire et de l'énergie noire 2).

Nous avons plusieurs fois ici discuté de ces concepts. La matière noire serait une matière encore non observée, présente notamment dans les galaxies et expliquant que les étoiles que l'on y observe s'attirent au lieu de s'échapper dans le cosmos comme elles devraient le faire vu leur faible masse. L'énergie noire serait responsable d'une expansion de l'univers qui, au lieu de décroître comme elle aurait du le faire après le Big Bang, paraît entraîner l'univers dans une expansion constamment accélérée.

Un fluide noir

Pour Jamie Farnes, ces deux phénomènes considérés comme distincts parce que répondant à deux causes différentes, découleraient d'une cause unique, la présence d'un « fluide noir » où les masses seraient négatives. Il l'expose dans un article récent référencé ci-dessous 1). Il y propose une modification à la théorie de la relativité générale d'Einstein, qui admettrait que les masses négatives, non seulement existent, mais sont créées sans interruption. Le fluide noir serait répandu dans tout l'univers. Il serait responsable de la matière noire et de l'énergie noire.

Concernant la première, il suggère que la masse positive des galaxies attirent des masses négatives provenant de ce fluide noir jusqu'en leur centre. Celles-ci exerceraient alors des forces répulsives sur les astres de la galaxies, leur permettant de tourner à une plus grande vitesse que supposée et donc permettant à la galaxie de ne pas s'effondrer. L'énergie noire traduirait le fait que le fluide noir, présent dès le début dans l'univers, agirait en permanence pour soutenir et même accélérer son expansion.

Jamie Farnes estime que nous-mêmes qui vivons vivant au sein de régions de l'univers soumis à l'effet des masses positives n'aurions pas eu jusqu'à présent la possibilité d'observer des masses négatives et leur effet répulsif. Mais les recherches qu'il conduit en laboratoire lui permettent de produire et d'observer des particules dotées d'une masse négative. D'ores et déjà, il serait possible de considérer que les bulles d'air existant dans un liquide tel que l'eau sont constituées de particules dotées de masses négatives. Sans cela, elles ne pourraient pas durer suffisamment longtemps pour être observées.

L'hypothèse permettrait de comprendre certains des phénomènes étranges observées en physique quantique, de même que justifier des hypothèses présentées par la théorie des cordes. Celles-ci considérées comme irrecevables faute de preuves expérimentales, le seraient en faisant appel à l'existence d'un fluide noir présent dans l'univers dès ses origines.

Pour rechercher des preuves expérimentales à son hypothèse du fluide noir, Jamie Farnes envisage d'utiliser avec son équipe le futur télescope géant en cours de construction, dit le Square Kilometre Array (SKA) https://fr.wikipedia.org/wiki/Square_Kilometre_Array

Celui-ci vise entre autres à mesurer la distribution des galaxies tout au long de l'histoire de l'univers. Le SKA devrait fournir des données utilisables entre 2020 et 2030. Jamie Farnes espère pouvoir y vérifier ses hypothèses concernant l'omniprésence des masses négatives au sein de l'univers.

Références

1) https://arxiv.org/abs/1612.04055

2)  December 6, 2018 by Jamie Farnes, The Conversation
https://phys.org/news/2018-12-bizarre-dark-fluid-negative-mass.html

 

08/12/2018
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