Modèle cosmologique bi-métrique

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Les modèles bimétriques étendent la relativité générale pour expliquer en détail la nature de la matière noire et de l'énergie noire.

La gravité bimétrique ou bigravité fait référence à deux ensembles différents de modèles cosmologiques. Le premier ensemble repose sur des théories mathématiques modifiées de la loi de la gravitation dans lesquelles deux tenseurs métriques sont utilisés au lieu d'un seul[1]. La seconde métrique peut être introduite dans les calculs pour les états élevés de densité d'énergie, avec l'implication que la vitesse de la lumière pourrait être dépendante de la densité d'énergie, ce qui permet aux modèles de recourir à une vitesse variable de la lumière. Dans ces cas la seconde métrique se réfère à des gravitons, particules hypothétiques dotées d’une masse, et même dans certaines études d’un « spectre de masse ». Il s'agit alors d'extensions de la théorie de la gravité massive (en).

Au contraire, les théories de la gravité bimétrique du second ensemble ne reposent pas sur des gravitons massifs et ne modifient pas les lois de Newton, mais elles décrivent à la place l'univers comme une variété ayant deux métriques riemanniennes couplées où la matière peuplant les deux secteurs interagit par la gravitation, y compris entre les deux versants d'univers. La gravité répulsive ou antigravitation apparaît si la topologie et l'approximation newtonienne (en) considérées introduisent des masses négatives et des états d'énergie négative (en) dans la cosmologie en tant qu'alternative à la matière noire et à l'énergie noire. Quelques-uns de ces modèles cosmologiques utilisent également une vitesse variable de la lumière dans l'état de densité d'énergie élevée de l'ère radiative, remettant en cause l'hypothèse de l'inflation cosmique[2],[3],[4],[5].

Pour répondre aux limites constatées (cf ci-après) de la théorie standard de la gravitation utilisée pour tenter de décrire l'univers au sein d'un modèle cosmologique, les cosmologistes développent depuis plusieurs décennies des théories alternatives (en) au modèle cosmologique dit "standard"[6],[7],[8],[9]. Le modèle standard des particules souffre lui aussi de limites[10].

Parmi les scientifiques qui ont travaillé sur certaines théories de la gravité bimétrique, on trouve notamment Nathan Rosen[11],[12],[13] à partir de 1940, Andreï Sakharov à partir de 1967, Jean-Pierre Petit depuis 1977, Mordehai Milgrom avec la variante bimétrique de la théorie MOND[14], Gabriel Chardin, Abdus Salam (prix Nobel de physique en 1979), A.D. Linde, I.T. Drummond[15], H. Bondi, J. Moffat, Frédéric Henry-Couannier, Thibault Damour[16], Luc Blanchet[17],[18] ou encore Sabine Hossenfelder (en).

Il existe ainsi une diversité de propositions de modèles bimétriques qui ont le plus souvent peu d'aspects en commun, et qui sont plus ou moins avancés dans leur capacité à expliquer les observations. Hossenfelder en a recensé 18 qui partagent des considérations de symétrie similaires au sien[3]. Cette variété recèle également une large palette de degré d'avancement entre les modèles.

Sommaire

À la recherche du bon modèle cosmologique[modifier | modifier le code]

Les problèmes du modèle cosmologique standard ΛCDM[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Modèle ΛCDM.

La violation de la parité matière-antimatière[modifier | modifier le code]

L'énigme de l'antimatière – « pourquoi n'y a-t-il que peu d'antimatière dans l'univers ? » (asymétrie baryonique de l'univers), ou en d'autres termes « pourquoi est-ce la matière qui l'a emporté sur l'antimatière ? » (baryogénèse) – a également débouché pour quelques scientifiques sur l'hypothèse d'une forme d'univers parallèle (par exemple les feuillets en symétrie CPT décrits par Andreï Sakharov et Jean-Pierre Petit). Dans le cadre d'une théorie des champs quantique, cette asymétrie requiert que les trois conditions de Sakharov soient réalisées : une brisure de la symétrie CP, une non-conservation du nombre baryonique, et un processus hors-équilibre thermique mettant en jeu ces deux phénomènes. Le modèle standard des particules conserve ce nombre baryonique, et il est généralement considéré que la violation de CP présente dans le modèle standard n'est pas suffisante pour expliquer l'excès de matière, nécessitant ainsi de la physique au-delà du modèle standard.

La matière noire comme solution proposée à la masse manquante de l'univers[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Matière noire froide.

Le modèle cosmologique standard a besoin de postuler l'existence de matière noire pour expliquer les vitesses des étoiles au sein les galaxies, les vitesses des galaxies au sein des amas, les vitesses des amas au sein des super-amas, ainsi que les effets de lentille gravitationnelle forte autour des super-amas. Toutes ces observations sont compatibles avec un modèle de fluide à pression nulle pour la matière noire[19]. Le premier problème vient de ce que la matière noire représente de 10 à 30 fois plus de masse que la matière visible. Le deuxième problème vient de ce que le tenseur énergie-impulsion de la matière noire pourrait tout ou en partie être déplacé du membre de droite au membre de gauche de l'équation d'Einstein, résultant en une théorie de la gravité modifiée, comme la théorie MOND par exemple, au lieu de garder intacte la relativité générale et de changer le contenu en matière. Cependant, l'observation de l'amas de la Balle, et d'autres amas similaires, tend à accréditer l'hypothèse de la matière noire au détriment d'une modification de la gravité par la théorie MOND classique.

Un problème clef est que, pour pouvoir s'insérer dans une extension du modèle standard des particules, la matière noire devrait être constituée de particules. Le candidat préféré depuis les années 1990 est le plus léger des neutralinos, prédit par la supersymétrie[20]. Mais aucune des expériences dédiées à la détection de ces particules (XENON (en), LUX (en) pour les plus importantes) n'en a découvert. De plus le LHC a échoué à mettre en évidence le moindre indice de supersymétrie. Les recherches s'orientent maintenant vers le domaine vierge des particules candidates pour la matière noire d'une masse inférieure à 1 GeV, et il faudra attendre une décennie pour être fixé[20]. À l'heure d'aujourd'hui, cette absence de particule candidate pour la matière noire est donc un problème ouvert.

L'expansion accélérée de l'univers[modifier | modifier le code]

Il est avéré depuis 1998 que l'expansion de l'Univers va en s'accélérant, plus précisément que le paramètre de décélération

est négatif. Dans le cadre de la métrique de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker, qui est solution de l'équation d'Einstein pour un univers homogène et isotrope, cette observation est le signe caractéristique que la constante cosmologique est non-nulle. Il se trouve qu'elle représente même environ 70% de la densité d'énergie totale, ΩΛ ≈ 0,7. La constante cosmologique est un paramètre libre de la relativité générale: comme l'a montré Élie Cartan, les équations les plus générales qui dépendent linéairement des seules dérivées secondes de la métrique sont les équations d'Einstein avec une constante cosmologique[21] (le fait que cette dernière ne fit pas partie de la première version de la théorie publiée par Einstein n'est qu'un accident historique). Si la relativité générale était la théorie ultime de la gravité, les recherches se devraient de s'arrêter là mais la nécessité de la gravité quantique pour aller au delà du mur de Planck suggère fortement que ce n'est pas le cas, et par voie de conséquence, expliquer la valeur de la constante cosmologique par des modèles au delà de la relativité générale est un champs actif de recherche.[réf. souhaitée]

Deux points posent alors question. Tout d'abord, si l'on tente de modéliser la constante cosmologique comme une énergie du vide, les tentatives de calcul en théorie quantique des champs par les méthodes usuelles donnent un résultat différent par 120 ordres de magnitude[22]. Ensuite, la constante cosmologique représentait une fraction égale à 10-95 de celle de la matière au temps de Planck[23], ce qui pose un problème dit d'ajustement fin si cette constante devait être un phénomène émergeant d'une théorie plus fondamentale. La résolution de ces questions est un sujet actif de recherche. Certains modèles essaient par exemple de trouver une explication unifiée pour la matière noire et la constante cosmologique, comme le modèle du fluide sombre, alors que d'autres essaient de modéliser cette dernière seulement en introduisant un champs scalaire dont l'équation d'état résulte en une constante cosmologique variant avec le temps, ce qui peut permettre de résoudre le problème d'ajustement fin à l'échelle de Planck : voir le modèle de la Quintessence. Les modèles cosmologiques bimétriques constituent une autre proposition de solution.

La formation des galaxies[modifier | modifier le code]

Fourchette de Hubble : diagramme morphologique des galaxies

L'étude de la formation et de l'évolution des galaxies s'intéresse aux processus ayant abouti à la formation d'un univers hétérogène à partir d'une prémisse homogène, à la formation des premières galaxies, à la façon dont les galaxies changent avec le temps, et aux processus qui ont conduit à la grande variété des structures observées parmi les galaxies proches. C'est l'un des domaines de recherche les plus actifs en astrophysique.

Malgré les nombreuses réussites des théories proposées, elles ne suffisent pas à expliquer la variété des structures que nous observons parmi les galaxies[24]. Celles-ci apparaissent avec une grande variété de formes, depuis les galaxies elliptiques arrondies et sans particularité, jusqu'aux galaxies spirales dont la forme aplatie rappelle celles de crêpes, et dont la stabilité des bras spiraux lors de la rotation n'était pas expliquée. Ce problème est celui de la courbe de rotation des galaxies.

La singularité des trous noirs[modifier | modifier le code]

Articles détaillés : Singularité gravitationnelle et Trou noir.

Au centre d’un trou noir se situe une région dans laquelle le champ gravitationnel et les distorsions de l’espace (on parle plutôt de courbure de l’espace) deviennent infinis. Cette région s’appelle une singularité gravitationnelle. La description de cette région est des plus délicate dans le cadre de la relativité générale puisque celle-ci ne peut décrire des régions où la courbure tend vers l'infini.

De plus, la relativité générale est une théorie qui ne peut pas incorporer en général des effets gravitationnels d’origine quantique. Or quand la courbure tend vers l’infini, on peut montrer que celle-ci est nécessairement sujette à des effets de nature quantique. Par conséquent, seule une théorie de la gravitation incorporant tous les effets quantiques (on parle alors de gravitation quantique) est en mesure de décrire correctement les singularités gravitationnelles.

La description d’une singularité gravitationnelle est donc pour l’heure problématique[25]. Néanmoins, tant que celle-ci est située à l’intérieur d’un trou noir, elle ne peut influencer l'espace situé hors de l'horizon des événements, de la même façon que de la matière située à l’intérieur d’un trou noir ne peut en ressortir. Ainsi, aussi mystérieuses que soient les singularités gravitationnelles, notre incapacité à les décrire, signe de l’existence de limitations de la relativité générale à décrire tous les phénomènes gravitationnels, n’empêche pas la description des trous noirs pour la partie visible, située de notre côté de l'horizon gravitationnel.

Évolution historique des théories bimétriques[modifier | modifier le code]

Dans le premier ensemble de théories mentionné en introduction, si les deux métriques sont dynamiques et interagissent, une première possibilité implique deux modes de graviton, l'un avec masse et l'autre sans masse; de telles théories bimétriques sont alors très proches de la gravité massive (en)[26][évasif]. Plusieurs théories bimétriques avec des gravitons massifs existent, telles que celles attribuées à Nathan Rosen (1909–1995)[27],[28],[29] ou Mordehai Milgrom avec la théorie bimétrique MOND[30], qui est une généralisation relativiste de la théorie MOND. Plus récemment, des développements de la gravité massive ont aussi conduits à des nouvelles variantes dans le domaine de la gravité bimétrique[31]. Cependant aucune d'entre elles n'a pu rendre compte des observations physiques plus précisément ou de manière plus cohérente que la théorie de la relativité générale. On a montré que la théorie de Rosen était incompatible avec les observations du pulsar binaire Hulse–Taylor[28]. Quelques-unes de ces théories conduisent à une accélération de l'expansion cosmique à des ères tardives et sont de ce fait des alternatives à l'énergie noire[32],[33].

Andreï Sakharov [34] fut un des précurseurs des modèles bimétriques et on peut considérer qu'il ouvrit la voie pour les travaux ultérieurs dans ce domaine. La théorie de Born-Infeld (1934) pourrait être considérée selon Moffat[réf. nécessaire] comme une toute première forme de modèle bimétrique, bien qu'elle ne s'applique pas à la gravité[35].

À la suite du paradoxe de la violation de symétrie CP, Andreï Sakharov émit en 1967 l'hypothèse de l'existence d'un deuxième univers, parallèle, où de manière symétrique l'antimatière prédominerait sur la matière. La partition de l'univers fondamental en deux univers parallèles appelés « feuillets[36]» dans lesquels prédominerait la matière pour l'un et l'antimatière pour l'autre pourrait ainsi réconcilier modèle cosmologique et observations. Cet univers jumeau serait en symétrie CPT par rapport au nôtre :

Ces propriétés font que la matière habituelle y serait remplacée par une antimatière telle que définie initialement par Stueckelberg (l'idée des antiparticules qui "reculent dans le temps" est reprise par Feynman dans ses diagrammes)[37]. Cette hypothèse hors du modèle standard actuel n'a débouché pour l'instant que sur peu de travaux scientifiques[évasif][réf. nécessaire].

En décembre 2018, Latham Boyle, Kieran Finn et Neil Turok ont fait publier un modèle cosmologique fondé sur l'existence d'un univers miroir du nôtre, peuplé d'antimatière et "remontant le temps", exactement comme celui de Sakharov qui n'est pas cité par ces auteurs. Il est donc en symétrie CPT. C'est une explication soulignée comme "évidente" de la présence de matière et l'absence d'antimatière dans notre univers connu. Les aspects topologiques et les équations de champ issues du modèle ne sont pas développés. Les auteurs introduisent une nouvelle espèce hypothétique de neutrino de très grande masse (plus de 500 millions de fois plus lourd que le proton, soit 4,8×10^8  GeV/c²) comme explication candidate à la nature de la matière noire[38],[39],[40],[41].

Le modèle cosmologique Janus[modifier | modifier le code]

Le modèle cosmologique bimétrique Janus (JCM), précédemment appelé théorie de l'univers gémellaire, ou modèle d'univers multi-feuillets ou théorie des univers jumeaux, a commencé à être développé par Jean-Pierre Petit en 1977[réf. nécessaire].

C'est un modèle cosmologique représentant l'univers connu comme le miroir d'un « univers-ombre », formant deux versants ou feuillets qui interagissent uniquement grâce à la gravitation[réf. nécessaire]. Ce modèle énantiomorphique est une extension débutée par Petit du modèle introduit par Sakharov[réf. nécessaire].

Actuellement (2018) le modèle Janus explique davantage de phénomènes observés que le Modèle ΛCDM standard[réf. nécessaire]. De plus le modèle Janus ne recourt à aucun paramètre libre[réf. nécessaire] alors que le modèle ΛCDM en utilise six[42].

Le modèle Janus remet en cause de nombreux postulats du modèle standard, comme la constance absolue de la vitesse de la lumière à toute époque de l'univers, ou l'existence de la matière noire et de l'énergie noire dans l'univers observable pour lesquels il propose des alternatives. Le modèle Janus est basé sur le groupe de Poincaré complet, sur une extension de la relativité générale et sur la mécanique quantique. Étant donné qu'il remet en cause de nombreux fondements de la physique théorique actuelle (par l'existence de masses et d'énergie négatives) et du modèle cosmologique standard actuel, le modèle Janus est peu étudié par la majorité des scientifiques, bien qu'il ait fait l'objet d'articles dans des revues scientifiques à comité de lecture[43][interprétation personnelle].

À partir de 1977, Jean-Pierre Petit a commencé à construire une théorie bimétrique atypique de la gravité qu'il a finalement appelé le modèle cosmologique Janus en référence au dieu aux 2 visages qui « regarde simultanément vers le futur et vers le passé » [44],[45].

Le modèle Janus explique divers faits observés pour lesquels le modèle ΛCDM n'apporte pas de réponse. L'interaction gravitationnelle des masses positives et des masses négatives est un candidat alternatif pour l'explication de la nature de la matière noire, de l'énergie noire, sans [[Inflation cosmique|inflation cosmique primordiale[réf. nécessaire]]].

Le modèle Janus n'est pas une "théorie du tout"[pertinence contestée][réf. nécessaire].

Bien que le modèle Janus soit valide[Information douteuse] [?] et soit publié[46],[43] dans des revues à comité de lecture (en), ce modèle cosmologique non-standard n'a pas soulevé beaucoup d'intérêt dans la communauté scientifique depuis ses premières publications, à l'exception des mathématiciens et des géomètres (en) qui semblent plus intéressés que les cosmologistes par ses subtilités topologiques[47],[48],[49],[50],[51].

En physique des particules, la théorie présente des similarités avec la matière en miroir des secteurs cachés proposés en réponse à la violation de la symétrie CP[52],[53],[54]. En relativité générale, des études indépendantes qui ont suivies sur la gravité bimétrique avec des masses positives et négatives ont conduit aux mêmes conclusions concernant les lois de la gravitation[2],[3],[4].

Le modèle Janus n'utilise qu'une seule masse : la masse relativiste m = E/c2 (qui n'est qu'une forme de l'énergie exprimée dans des unités différentes, valable y compris pour les particules dites de masse nulle comme le photon), tout simplement affectée d'un signe plus ou moins. Tous les mouvements sont ensuite déduits des géodésiques sécrétés par les équations de champ. C'est la raison pour laquelle le modèle Janus ne fait pas de distinguo entre masse inerte, masse grave, masse inertielle, masse au repos, masse gravitationnelle, invariante, passive ou active.

Image 2D didactique du modèle des univers jumeaux de Sakharov.

Le modèle Janus a les mêmes fondations que le modèle cosmologique préalablement publié par Andreï Sakharov à partir de 1967[34],[55]. En 1967, Sakharov a abordé l'asymétrie baryonique de l'univers considérant pour la première fois des phénomènes liés à la symétrie CPT se produisant avant le Big Bang (c'est-à-dire avec une coordonnée t négative):

« We can visualize that neutral spinless maximons (or photons) are produced at t < 0 from contracting matter having an excess of antiquarks, that they pass "one through the other" at the instant t = 0 when the density is infinite, and decay with an excess of quarks when t > 0, realizing total CPT symmetry of the universe. All the phenomena at t < 0 are assumed in this hypothesis to be CPT reflections of the phenomena at t> 0. »[56]

Sakharov fut le premier scientifique à introduire des univers complémentaires qu'il appelle des "feuillets". Il décrit une symétrie CPT complète puisque le second feuillet est peuplé par la "matière ombre" invisible qui est de l'antimatière (symétrie C) à cause d'une violation de la symétrie CP opposée dans ce feuillet, et les deux feuillets sont en miroir à la fois par rapport à l'espace (symétrie P) et par rapport au temps (symétrie T) à partir de la même singularité gravitationnelle initiale. Pour satisfaire aux conditions qu'il a lui-même découvertes, Sakharov considère dans tous ses modèles cosmologiques des interactions nouvelles entre les particules, interactions qui brisent la conservation du nombre baryonique et du nombre leptonique. Par exemple, il étudie un courant quark-muon[57] ou l'hypothèse plus spécifique de boson leptoquark (en)[58]. Il a continué à développer ce modèle cosmologique pendant vingt ans [57],[59],[60],[58],[61],[62],[63]. Le modèle Janus ne propose pas de nouvelles interactions sur ce sujet de la violation du nombre baryonique, en ne considérant que les interactions du modèle standard de particules et les symétries, ainsi qu'un possible changement de topologie de l'univers dans l'ère primordiale (formation du second feuillet)[64]. En 2014, D'Agostini et Petit écrivaient[65] :

« Species with positive and negative mass behave differently, the whole being fully asymmetric. Sakharov was the first to imagine an asymmetry in the characteristic times of production of baryons from quarks, and of antibaryons from antiquarks in our Universe. He suggested that the two twin Universes owned opposite arrows of time (notice that according to dynamical group theory time inversion goes with mass inversion). He suggested that different rates of production of baryons and antibaryons could explain the absence of cosmological antibaryons in our orthochron Universe of positive masses and energies, while “primeval baryons” would be absent in the twin Universe. This would go with a remnant of free antiquarks in our fold and a remnant of quarks with negative energy in the twin [Universe]. »

Image 2D didactique du modèle Janus.

En 1977, les premières études sont publiées portant sur deux univers en miroir avec des flèches du temps opposées[66],[67]. Les études de Sakharov ont été traduites en français et rassemblées dans un livre publié en 1984, 17 ans après la parution de la première publication en russe[56],[68]. À la différence de Sakharov, le modèle Janus permet aux deux feuillets d'univers d'interagir directement en tous points, uniquement par la gravitation.

En 1994, le modèle est développé à l'aide d'une description bimétrique de l'univers[69]. Cependant cette bimétrie n'est pas similaire aux travaux indépendants réalisés sur la gravité bimétrique typique où la seconde métrique réfère à des gravitons avec une masse non nulle. Dans le modèle Janus, la bigravité, atypique, est une extension de la relativité générale décrivant l'univers en tant qu'une variété riemannienne associée à deux métriques conjugées générant leurs propres géodésiques.

Les équations du modèle[modifier | modifier le code]

Dans les années 2000, les métriques ont été précisées comme solutions de deux équations de champ d'Einstein couplées[70]:

χ est la constante d'Einstein[71]. Il faut noter que la constante utilisée χ, est la même pour les deux équations.

Le système de deux équations de champ couplées se réduit à l'équation de champ d'Einstein dans le cas d'une portion de l'espace-temps où la matière de masse positive domine et pratiquement aucune masse négative n'est présente, comme dans le système solaire. De manière similaire à cette approximation einsteinienne, l'approximation newtonienne permet de retrouver la loi de la gravitation universelle de Newton ainsi que la formule pour les potentiels gravitationnels à partir de l'équation de champ considérant l'approximation des champs faibles et des vélocités faibles par rapport à la vitesse de la lumière. Les équations de champ couplées n'ont pas besoin de recourir à la constante cosmologique Λ comme paramètre libre additionnel.

L'univers bimétrique selon le modèle Janus[modifier | modifier le code]

La théorie Janus décrit deux versants d'univers, ou deux feuillets d'univers accolés en tous points, dans une symétrie CPT interagissant par la gravité, tous les deux provenant de la même singularité initiale.

Les 4 types de matière existants dans les secteurs positifs et négatifs selons le modèle Janus.
En bleu, la masse attractive positive forme un puits gravitationnel dans l'espace-temps. En rouge, une masse répulsive négative forme une colline gravitationnelle. Ce modèle implique que les masses négatives sont observables au moyen des autres interactions fondamentales, alors qu'elles n'ont jamais été observées.
En bleu, la masse attractive positive forme un puits gravitationnel dans l'espace-temps. En rouge, une masse négative forme un puits gravitationnel attractif sur l'autre "côté" selon le modèle Janus, d'où l'apparition d'une colline gravitationnelle répulsive de notre "côté" de l'espace-temps. Ce modèle implique que les masses négatives ne sont pas observables sauf par leurs effets gravitationnels, qui sont effectivement observés.

Dans le modèle Janus, quatre types de matière coexistent :

  1. la matière de masse positive (matière baryonique). La matière baryonique désigne toute la matière composée de particules élémentaires appelées baryons. En pratique, cela correspond aux protons, aux neutrons, leurs constituants (bosons, quarks), auxquels on adjoint implicitement les leptons (comme les électrons et les neutrinos) et qui composent les atomes et les molécules et toutes les structures directement apparentes dans l'univers observable (étoiles, galaxies, amas de galaxies, etc.).
  2. l'antimatière de masse positive (Symétrie C par rapport au premier type). C'est l'antimatière selon la définition de Dirac, qui est peu abondante par rapport au premier type[72]. La symétrie C inverse non seulement le signe de la charge électrique[73] mais aussi les autres charges quantiques qi dont le nombre baryonique, mais pas le spin [74]. La ζ-Symétrie est la traduction en géométrie symplectique de cette symétrie C entre la matière et l'anti-matière de Dirac. La ζ-Symétrie, dans l’espace d’évolution à 5 dimensions utilisé dans le modèle Janus, entraîne la symétrie C (appelée q-symétrie par Petit) dans l’espace du moment.
    Avec les photons d'énergies positives, ces deux premiers types sont les constituants de l'univers connu jusqu'à présent : c'est le premier feuillet de l'univers (ou secteur positif).
  3. la matière de masse négative (Symétrie CPT par rapport au premier type, avec un opérateur T antilinéaire et anti-unitaire), qui est peu abondante par rapport au quatrième type. La symétrie CPT inverse de manière simultanée les charges quantiques, la parité (l'image spatiale vue dans un miroir) et le temps.
  4. l'antimatière de masse négative (PT-symétrie par rapport au premier type, avec un opérateur T linéaire et unitaire). En géométrie symplectique, Jean-Pierre Petit note que cette PT-symétrie est aussi une ζ-symétrie et une q-symétrie lesquelles vont automatiquement ensemble, donc les charges quantiques sont la aussi inversées.

Le quatrième type, l'antimatière dite « de Feynman »[75], est l'antimatière primordiale.

Avec les photons d'énergies négatives, ces deux derniers types sont les constituants du deuxième feuillet de l'univers.

Cette antimatière de l'« univers-ombre » se concentre selon d'immenses conglomérats, rayonnant dans l'infrarouge et le rouge très sombre, structurés comme d'énormes protoétoiles sphéroïdales, mais dont le temps de refroidissement excède l'âge de l'Univers[76]. La vitesse d’agitation thermique de ces gigantesques protoétoiles crée une force centrifuge si importante qu'elle les empêche de se contracter davantage afin de provoquer une réaction de fusion. Par conséquent, ce feuillet d'univers ne comporte ni étoile, ni planète, ni vie ; uniquement de l’anti-hydrogène et de l’anti-hélium de masses négatives apparus après l'ère radiative primordiale.

Puisque la matière de masse positive émet des photons d'énergie positive voyageant le long de géodésiques nulles de la métrique , et que la matière de masse négative émet des photons d'énergie négative voyageant le long de géodésiques nulles de la métrique , la matière exotique de l'univers-ombre ne peut pas être détectée par des instruments d'optique, mais seulement par les effets de son interaction gravitationnelle avec la matière baryonique dans notre feulllet d'univers.

L'approximation Newtonienne du système de deux équations de champ couplées explique les interactions gravitationnelles suivantes:

  • les particules avec des énergies de même signe s'attirent mutuellement selon la loi de Newton (une masse positive attire une masse positive et une masse négative attire une masse négative)
  • les particules avec des énergies de signe opposé se repoussent mutuellement selon la loi "anti" Newton (une masse positive et une masse négative se repoussent mutuellement)
En jaune, l'"absurde" mouvement runaway de masses positives et négatives décrit par Bondi et Bonnor.
En vert, les mouvements gravitationnels dans le modèle Janus qui diffèrent de ceux élaborés par Bondi et Bonnor, résolvant le paradoxe runaway.

Ces lois sont différentes des lois énoncées par Hermann Bondi en 1957 et William Bonnor en 1989[77],[78], et résolvent le paradoxe runaway[70], qui a fait penser aux scientifiques du XXe siècle que les masses négatives ne pouvaient pas exister physiquement :

« I regard the runaway (or self-accelerating) motion […] so preposterous that I prefer to rule it out by supposing that inertial mass is all positive or all negative. »[78]

Il est notable qu'en 2018, le CNRS ne considère plus désormais le mouvement runaway comme une absurdité, une contradiction avec les principes de la physique, mais simplement (à défaut d'explications) comme un mouvement "étrange"[79].

À cause de considérations topologiques, la matière présente dans chaque feuillet d'univers apparaît pour l'autre comme ayant une masse opposée et une flèche du temps opposée, bien que le temps propre reste positif pour chacune[80].

Cosmologie avec variation des constantes[modifier | modifier le code]

En 1988, Petit a introduit le premier l'idée de la variation de la vitesse de la lumière en cosmologie[81],[82],[83],[84], conjointement avec des variations de toutes les constantes physiques combinées aux changements des facteurs d'échelle de l'espace et du temps, de façon que toutes les équations de la physique et les rapports entre ces constantes demeurent inchangés lors de l'évolution de l'univers. Les équations de champ d'Einstein restent invariantes grâce à des variations conjointes adéquates de c et de G dans la constante d'Einstein. L'exigence des invariances des équations de Schrödinger et Maxwell fournit le cadre des lois de variations conjointes des constantes dans la théorie de jauge. La constante de structure fine devient une constante absolue. Des travaux plus récents ont restreint la variation des constantes à l'ère radiative relativiste de l'univers primordial, où l'espace-temps est identifié à l'espace-entropie avec une métrique plate[85],[86],[87],[88],[64].

Géométrisation du modèle Janus[modifier | modifier le code]

En 1995, Jean-Pierre Petit a combiné son modèle bimétrique avec sa théorie VSL (vitesse de la lumière non constante) au sein de la première publication résumant la cosmologie des univers jumeaux[89].

Les hypothèses principales qui posent que les particules d'énergie négative existent et résultent d'une symétrie par rapport au temps, que les deux particules de masses opposées se repoussent mutuellement, et que les constantes physiques peuvent varier, sont en opposition avec les modèles standards de la physique des particules et de la cosmologie. Dans la théorie quantique des champs, l'opérateur T agissant sur les espaces de Hilbert est complexe, et peut être soit linéaire et unitaire, soit antilinéaire et antiunitaire ; mais il est arbitrairement choisi antilinéaire et antiunitaire de façon à prévenir l'inversion de l'énergie, puisque l'état du vide quantique de l'énergie du point zéro doit avoir l'état fondamental d'énergie la plus basse possible et ne peut pas prendre des valeurs négatives[90]. Mais quand cet axiome a été formulé, l'accélération de l'expansion de l'univers, qui implique une pression négative, n'était pas encore connue. Puisque la pression est une densité d'énergie par volume, Petit estime que ce problème devrait être reconsidéré.

Cependant, en théorie des groupes, l'opérateur T est réel et peut inverser l'énergie. La dynamique des particules élémentaires relativistes est décrite par le groupe de Poincaré. Jusqu'à présent les physiciens utilisent le groupe de Poincaré restreint, avec seulement des mouvements en avant dans le temps ("orthochrones"). Comme démontré par Jean-Marie Souriau en utilisant le groupe de Poincaré complet, incluant les mouvements en arrière dans le temps ("antichrones"), le renversement de la flèche du temps est équivalent à l'inversion du signe de la masse de la particule[91].

Au cours des années 2000, Petit a intégré la physique mathématique de Souriau et a ainsi pleinement géométrisé son modèle avec la théorie des groupes dynamiques [92],[93],[48],[94].

En 2014 et 2015 il a fait publier un ensemble de quatre études détaillant les plus récents développements du modèle Janus. La première étude propose une solution exacte aux équations de champs couplées dans le cadre de l'ère dominée par la matière qui résout le paradoxe runaway d'une masse négative et remet en cause le besoin de recourir à l'énergie noire pour rendre compte de l'accélération de l'expansion de l'univers[70].

Dans une deuxième étude ceci est étendu à deux métriques avec leur propre vitesse de la lumière[76], suivie par l'étude publiée de la mécanique lagrangienne du modèle[95]. Cependant, il faut noter qu'un débat est en cours depuis décembre 2018 entre Damour et Petit sur la validité de cette démonstration (voir section "Critiques scientifiques du modèle Janus").

Une quatrième étude est dévolue à la suppression de la singularité centrale dans la solution de Schwarzschild, ce qui remet en question le modèle classique du trou noir[96].

Une comparaison du modèle Janus avec les dernières données observationnelles a été publiée en 2018[97].

Petit a fait publier avec la mathématicienne Debergh et D’Agostini une étude en 2018 faisant le lien entre les masses et énergies négatives du modèle Janus et l'équation de Dirac de la mécanique quantique[98],[99].

Les ponts entre les feuillets d'univers (« Trous noirs »)[modifier | modifier le code]

Dans le modèle standard, lorsqu'une étoile à neutrons dépasse la limite de stabilité, les neutrons au contact qui la composent « se brisent » et l'étoile à neutrons s'effondre à cause de la trop forte gravité due à sa masse. L'effondrement gravitationnel conduit au trou noir, dont le centre est décrit dans le modèle standard comme une singularité mathématique et physique où température, densité et courbure de l'espace-temps deviendraient infinies.

Dans le modèle bimétrique Janus, lorsqu'une étoile à neutrons dépasse la limite de stabilité (densité de matière), les neutrons au contact qui la composent « se brisent », et alors l'étoile "perce" l'espace-temps formant de manière imagée comme un pont reliant les deux feuillets d'univers. Une partie de la masse positive au cœur de l'étoile devient négative lors de ce processus et se retrouve de ce fait dans "l'univers-ombre" où elle est gravitationnellement repoussée par la masse positive. Ce processus dure intrinsèquement très peu de temps (dans le temps propre de l'étoile à neutrons), et il permet à l'étoile à neutrons de repasser en dessous du seuil critique de densité de masse positive. Il n'y a plus de singularité. Elle peut alors continuer à attirer de la matière de masse positive par gravitation jusqu'à la prochaine fois où le seuil critique de densité est atteint, le cycle se répétant. On a ainsi l'impression d'un trou noir qui avale de la matière en permanence[100],[101]

Jean-Pierre Petit a communiqué une démonstration mathématique de l'absence de singularité, qui selon lui invalide la théorie du trou noir telle qu'elle était comprise depuis 1916 : il existait une erreur sur l'interprétation d'une démonstration de Schwarzschild par Hilbert, restée inaperçue jusqu'à sa découverte en 1989 par Abrams[102],[103],[104],[105],[106],[107] et toujours pas prise en compte à ce jour dans le modèle classique du trou noir[108],[109]

Il a également expliqué à l'aide du modèle Janus les phénomènes qui se déroulent au sein d'une étoile à neutron au seuil critique de densité[96],[110],[111]


Peu de temps avant sa mort, Stephen Hawking a émis des hypothèses concordantes avec l'absence de singularité au sein du trou noir, lequel est ainsi envisagé comme un passage vers un autre univers[112].

Le 10 décembre 2018, Abhay Ashtekar, Javier Olmedo, et Parampreet Singh font publier un article scientifique démontrant par la théorie de la gravitation à boucles l'absence de singularité centrale au sein du trou noir, sans préciser géométriquement le devenir de la matière en ce point alors que le modèle Janus propose une explication [113],[114],[115],

La formation des grandes structures dans l'univers selon le modèle Janus[modifier | modifier le code]

Les fluctuations de densité dans l'univers[modifier | modifier le code]

Article connexe : Fond diffus cosmologique.

En octobre 2018, un article propose d'expliquer au moyen du modèle Janus l'origine des fluctuations du fond diffus cosmologique[116].

La formation et la stabilité des galaxies et des structures à grande échelle[modifier | modifier le code]

Le modèle Janus expliquerait la forme et la stabilité des galaxies en spirales grâce à la masse négative en interaction avec la galaxie qui la confinerait et serait répulsive pour cette dernière.

Dans le premier modèle non-relativiste newtonien développé par Petit, les galaxies étaient enfouies dans un halo de masses négatives invisibles qui les repoussent, et elles peuvent être modélisées comme étant la solution exacte de deux équations de Vlasov, couplées par l'équation de Poisson[117],[118]. Dans le modèle Janus actuel, la modélisation de ces masses négatives est géométrisée ; de plus la nature et l'origine de ces masses négatives sont définies[119],[120].

Les structures à grande échelle de l'univers observable (structures en filaments séparés par de grands vides apparents, Great Repeller) sont expliquées par la répulsion gravitationnelle entre les masses positives et négatives[121],[122],[123].

Le passé et le devenir de l'univers bi-feuillets selon le modèle Janus[modifier | modifier le code]

Le scénario cosmologique du passé et du devenir de l'univers bi-feuillets a été développé dans un article diffusé en mai 2008 et lors de plusieurs conférences [124],[125],[126].

Validité et pertinence du modèle Janus[modifier | modifier le code]

[non neutre]

La cosmologie moderne au regard de la philosophie des sciences[modifier | modifier le code]

Une étude d'Ellis a été publiée en 2014 détaillant les problèmes de la cosmologie moderne en regard de la philosophie des sciences[127].

Une étude a été publiée en février 2017 avançant que le modèle ΛCDM est construit sur une base de stratagèmes conventionnalistes, le rendant impossible à réfuter selon le sens défini par Karl Popper[128]. Le modèle ΛCDM est par définition un modèle ad-hoc. Le modèle Janus ne souffre pas de ce problème puisqu'il n'utilise aucun des six paramètres libres du modèle ΛCDM[42],[129].

L'ensemble des éléments rassemblés ci-après montre que le modèle Janus est à bien des égards la solution la plus simple, ce qui est le critère du rasoir d'Ockham.[non neutre]

Les différences du modèle Janus avec le modèle cosmologique standard ΛCDM[modifier | modifier le code]

Cette section résume les observations qui viennent étayer la théorie Janus.

Le modèle Janus explique l'expansion accélérée de l'univers[76]. Le modèle ΛCDM ne l'explique pas : il introduit l'énergie noire (sans expliquer son origine) pour en tenir compte.

Le modèle Janus explique l'origine des fluctuations du CMB[116]. Le modèle ΛCDM n'en fournit aucune explication. Dans cette même publication d'octobre 2018, Petit ajoute que Janus explique l'homogénéité de l'univers primordial[5], sans recourir à l'hypothèse de l'inflation cosmique qui reste jusqu'ici un problème sans solution théorique complète dans le modèle cosmologique standard ΛCDM.

Le modèle Janus tient compte de l'absence de singularité centrale au sein du trou noir, et c'est le premier modèle qui a précisé géométriquement le devenir de la matière en ce point. La théorie candidate de la gravitation à boucles l'a suivi [113],[114],[115], mais pas le Modèle ΛCDM.

Le modèle Janus permet de proposer une approche pour le phénomène des quasars[130].

Dans une publication scientifique parue dans la revue Astrophysics and Space Science (en) en juin 2018, Petit et D'Agostini énoncent les différences de portée explicative entre le Modèle ΛCDM et le modèle Janus. Citation :

« 

  1. Le modèle Janus explique l'absence d'observations d'une antimatière primordiale, ce que ne fait pas le modèle ΛCDM.
  2. Le modèle Janus donne une description précise des composants invisibles de l'univers, ce que ne fait pas le modèle ΛCDM.
  3. En outre le modèle Janus prédit que l'antimatière qui sera créée en laboratoire, dans l'expérience Gbar [131], se comportera comme la matière ordinaire dans le champ gravitationnel terrestre.
  4. À cause de cette répulsion mutuelle entre les masses positives et les masses négatives, ces dernières sont pratiquement absentes dans le système solaire. Ainsi le modèle Janus est-il conforme à toutes les classiques vérifications observationnelles de la Relativité Générale.
  5. Le modèle Janus suggère un schéma clair pour la formation de la structure à grande échelle de l'Univers, ce que le modèle ΛCDM peine à faire.
  6. Le modèle Janus explique le caractère répulsif du Great Repeller. Ainsi les vitesses de fuite des galaxies sont dues à la présence d'un conglomérat de masse négative, localisé au centre d'un grand vide. Les modèles de la pensée dominante suggèrent qu'un tel effet répulsif pourrait être dû à une lacune dans le champ de la matière sombre de masse positive. Mais l'instabilité gravitationnelle conduit à la formation de grumeaux dans la masse positive et ne fournit aucun scénario pouvant conduire à la formation de lacunes. En conséquence le modèle ΛCDM ne fournit aucune explication pour cette observation.
  7. Le modèle Janus explique le confinement des galaxies ainsi que la forme plate de leurs courbes de rotation, comme récemment montré par Jamie Farnes. Il n'est donc plus nécessaire d'invoquer la présence d'un halo de matière sombre comme le fait le modèle ΛCDM.
  8. Le modèle Janus explique les forts effets de lentille gravitationnelle observés au voisinage des galaxies et des amas de galaxies, qui sont dus à la masse négative qui les environne.
  9. Le modèle Janus fournit une explication de la faiblesse de la magnitude des très jeunes et très distantes galaxies. Quand la lumière traverse les conglomérats de masse négative situés au centre des grands vides l'effet de lentille gravitationnelle réduit leur luminosité.
  10. Le modèle Janus explique la forme des galaxies spirales, en l'attribuant à une friction dynamique avec leur environnement de masse négative. Le modèle ΛCDM dominant n'a aucun modèle pour expliquer l'existence de telles structures.

En conclusion le modèle Janus n'est pas qu'une simple spéculation dans le domaine de la physique mathématique. Il a été confronté avec succès aux observations. Contrairement au modèle dominant d'aujourd'hui (le modèle ΛCDM), le modèle Janus ne traîne pas avec lui ces deux mystères que sont la matière sombre et l'énergie noire. » [97],[132]

Les effets de lentille positive et négative proviennent de différentes courbures de l'espace selon le modèle Janus.
La courbure positive dans le secteur positif causée par une masse positive implique une courbure négative conjuguée induite dans le secteur négatif, selon le modèle Janus. Respectivement, la courbure positive dans le secteur négatif causée par une masse négative implique une courbure négative conjuguée induite et un effet de lentille négative observable dans le secteur positif.

En rapport avec le point 1, il est important de remarquer que le concept même d'antimatière primordiale comme définie plus haut n'existe pas dans le cadre de la cosmologie standard.

À propos du point 2, le modèle Janus ne fait intervenir aucune particule exotique hypothétique ni matière miroir. Il explique pourquoi la seule interaction entre la matière gémellaire et la matière observable est la gravitation.

Il est important de remarquer que le point 3 est aussi prédit par la cosmologie standard du fait du principe d'équivalence. Il a été démontré que les récentes expériences d'Eötvös combinées avec la théorie de l'électrodynamique quantique sont déjà incompatibles avec un résultat positif de l'expérience Gbar en cours[133]. Ce point n'est donc pas une spécificité du modèle Janus.

Controverse sur le Dipole Repeller[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Répulseur du dipôle.

Résumé des apports du modèle Janus[modifier | modifier le code]

Le modèle Janus permet d'expliquer à la fois, comme tout modèle cosmologique réaliste :

  1. Ce qui relève de la cosmologie primordiale :
    • comment pendant le Big Bang l'univers a pu se trouver dans l'état très homogène que l'on observe par le fond diffus cosmologique : à cause de la variation conjointe des constantes physiques ;
    • pourquoi à cette époque de petites irrégularités existaient déjà : à cause des effets quantiques et violations de symétries ;
    • comment les différentes formes de matière ont pu être issues du Big Bang : dans notre versant d'univers tel que le présente le modèle standard, et dans l'autre versant selon les propriétés et la densité des masses négatives qui s'y trouvent ;
    • quelle est la forme de l'univers (géométries des courbures locale et globale)[134],[126],[124].
  2. Ce qui relève plus de la cosmologie observationnelle :
    • la répartition actuelle des galaxies, amas et superamas de galaxies révélée par les catalogues de galaxies : comme dans le modèle standard, et en expliquant en plus la structure de l'univers à très grande échelle ;
    • les propriétés physiques de ceux-ci (taille, masse, température, stabilité etc) : Janus explique la formation et la stabilité des galaxies, mais aussi les effets observés de lentille gravitationnelle négative[135] du fait des conglomérats de masses négatives ;
    • l'évolution de leur répartition que l'on observe en comparant la répartition actuelle de ces objets à celle qu'ils avaient par le passé en observant les époques plus anciennes de l'histoire de l'univers : comme dans le modèle standard, et en expliquant en plus le Dipole Repeller.

Synthèse de l'approche du modèle Janus[modifier | modifier le code]

  • L'univers n'aurait pas connu d'inflation cosmique ;
  • La matière noire et l'énergie noire n'existent pas (comme composantes de notre versant d'univers) ;
  • La structure de l'univers est lacunaire ; Ces lacunes sont un des aspects de ce qu'il est convenu d'appeler le cosmic web[136],[137] : «Il représente l'organisation spatiale fondamentale de la matière à des échelles allant de quelques megaparsecs à quelques centaines. Les galaxies, le gaz intergalactique et la matière noire s'arrange en une structure fine d'amas denses et compacts, de filaments étirés, et de murs ténus entourant des lacunes presque vides.»[138]. À des observations de plus en plus détaillées de la structure du cosmic web [139] ont répondu des simulations de plus en plus précises cherchant à reproduire cette structure, comme les simulations numériques Illustris[140] et TNG[141] utilisant la MHD pour modéliser le couplage entre le gas et les structures de matière noire. Elles réussissent dans une certaine mesure à reproduire une distribution de masse à grande échelle, incluant halos, filaments et lacunes[142]. Cependant, sans compter la question de la nature réelle de la matière noire, plusieurs limitations du modèle de simulation d'Illustris sont rencontrées[143].
  • L'univers est isotrope dans chaque versant d'univers ;
  • L'univers est spatialement homogène dans chaque métrique (versant d'univers) ;
  • L'univers n'est pas un seul continuum espace-temps si l'on considère (à tort) les deux versants d'univers comme strictement séparés ; cependant par l'antigravitation ces deux versants interagissent de façon continue. De plus l'inversion naturelle, ou artificielle, du signe de la masse permettrait de changer de versant d'univers ;
  • Les constantes de la physique ne seraient pas des constantes absolues. Elles auraient varié conjointement pendant l'ère radiative.

Autres critères de réfutabilité du modèle Janus[modifier | modifier le code]

Preuve par observation directe[modifier | modifier le code]

Une expérience concluante de "dématérialisation" soudaine en laboratoire d'une petite quantité de matière par inversion du signe de sa masse (et sans dégagement d'énergie selon E = mc2) serait une preuve directe de l'existence du feuillet négatif de l'univers. Même l'inversion du signe de la masse d'une quantité infime pourrait générer des ondes gravitationnelles détectables par LIGO.

Prédiction sur l'accélération de l'expansion cosmique[modifier | modifier le code]

Le modèle ΛCDM prédit une accélération exponentielle de l'expansion cosmique.

Le modèle Janus prédit une atténuation de cette accélération avec le temps qui s'écoule, en tendant vers une fonction linéaire du temps[144].

Perturbations du décalage vers le rouge[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Décalage vers le rouge.

Un moyen pour prouver l’existence d'un autre univers serait de mesurer une variation de la constante de Hubble. Sur une longueur suffisante, celle-ci aurait une forme sinusoïdale oscillant autour de la valeur moyenne donnée par le modèle standard.[réf. nécessaire] Pour mesurer cette variation, deux méthodes peuvent être utilisées :

  • Comparer la distance des galaxies éloignées obtenue grâce au redshift et une autre constante, par exemple grâce aux étoiles céphéides. Cette méthode est actuellement très difficile à appliquer aux objets très lointains[réf. nécessaire] ;
  • Comparer le redshift entre des couples de galaxies partiellement masquées l'une par l'autre, ce qui soulignerait leur différence d'éloignement. Observer un décalage vers le rouge contraire à celui prédit par le modèle standard serait révélateur. Certaines galaxies de l'atlas d'Halton Arp peuvent être interprétées dans ce sens[145],[146].

L'anomalie Pioneer[modifier | modifier le code]

Vue d'artiste d'une sonde Pioneer hors du système solaire.
Article détaillé : Anomalie Pioneer.

Petit a émis l'hypothèse en 2008[147] et en 2014[65] que le ralentissement des sondes Pioneer X et XI, longtemps inexpliqué, pouvait qualitativement être provoqué par l'effet répulsif de la quantité de masse négative qui s'accroît peu à peu en s'éloignant du Soleil. De plus, cela tendrait à invalider l'existence de la matière noire.

Cette anomalie semble depuis avoir trouvé une autre explication ne mettant en jeu que des phénomènes physiques classiques.

Existe-t-il des observations que le modèle ΛCDM explique et que le modèle Janus n'explique pas à ce jour ?[modifier | modifier le code]

Le modèle ΛCDM a connu plusieurs succès prédictifs :

  • l'existence du phénomène des oscillations acoustiques des baryons, découvertes en 2005
  • le calcul statistique à propos des lentilles gravitationnelles faibles, qui a été observé pour la première fois en 2000
  • dans la collecte des données réalisée en 2015 par le satellite Planck, on observe 7 pics dans le spectre de puissance de la température du fond diffus cosmologique en fonction de l'échelle angulaire (spectre TT), 6 pics dans le spectre croisé température-polarisation (TE), et 5 pics dans le spectre de polarisation (EE). L'ensemble des six paramètres libres et liés du modèle ΛCDM peut être déduit du spectre TT seul. Les spectres TE et EE peuvent être ensuite déduits avec une précision de quelques pour-cents.  

À ce jour, il n'existe pas d'études publiées connues faisant l'objet de tels calculs avec le modèle Janus. Concernant les effets de lentilles gravitationnelles faibles, D'Agostini et Petit ont expliqué en 2014 l'intérêt d'une telle étude et la façon de la conduire dans le cas des lentilles négatives :

« Classically, the observed distortion of the images of galaxies (weak lensing effect) is used to determine the three-dimensional distribution of some hypothetical CDM. Conversely, when decoding the data, if one assumes that the observed distortion is radial, instead tangential, it could provide three-dimensional negative matter distribution. If this last is found as a regular set of clumps, located at the center of the observed big voids that would be in favor of the presence of such negative mass clumps in our universe'[148] »

Critiques scientifiques du modèle Janus[modifier | modifier le code]

Le modèle Janus n'est pas resté ignoré des autres chercheurs français et étrangers. Il a fait l'objet de plusieurs critiques, parmi lesquelles:

De la part de J.S. Farnes[modifier | modifier le code]

Cette section n’est pas rédigée dans un style encyclopédique. Améliorez sa rédaction !

Dans l'article de J.S. Farnes accepté le 20 octobre 2018[149], on lit :

« The introduction of bimetric models has allowed for extensions of general relativity with two different metrics (e.g. Hossenfelder 2008). One application of these models has been to explore cosmological theories with negative masses as a form of dark energy (Petit & d’Agostini 2014), however such theories have remained incompatible with observations[150]. »

Les articles de Petit et D'Agostini de novembre 2014[151] et juin 2018[97] portant sur les observations expliquées par le modèle Janus ne sont pas cités et sont restés ignorés du comité de lecture de l'article de Farnes, également. Petit a répondu précisément à ces critiques de Farnes dans la vidéo Janus 26[144].

De la part de Damour, Deruelle et Blanchet[modifier | modifier le code]

L'académicien Thibault Damour - positionné comme chef de file de la cosmologie en France - en collaboration avec Nathalie Deruelle et Luc Blanchet, a publié sur le site web de l'IHES une critique scientifique du modèle JANUS[152]. Ils y présentent plusieurs raisonnements qui prétendent démontrer selon eux de graves problèmes de cohérence des équations de champs utilisées. Ils précisent ce faisant une critique de Janus publiée en 2017 par Henry-Couannier sur le respect par Janus des identités de Bianchi [153]. Ils focalisent l'analyse sur le mouvement de la matière à masse positive en l'absence de matière de masse négative. Ils démontrent que les équations couplées du modèle JANUS impliquent que la matière de masse positive obéit à deux équations de mouvement différentes et a priori incompatibles. Pour illustrer ce point, ils prennent l'exemple d'une étoile statique et montrent dans l'approximation newtonienne qu'une des équations a comme solution une pression qui décroit du centre vers la périphérie, tandis que l'autre équation a comme solution une pression qui croît du centre vers la périphérie. Ils concluent en écrivant que «ces deux équations contradictoires sont des conséquences nécessaires des équations de champ définissant le “modèle Janus”», équations qui sont celles données dans la section sur les équations du modèle.

Petit a répondu à ces critiques quelques semaines plus tard dans la vidéo Janus 27[154],[155] et dans un article accepté[Information douteuse] [?] pour publication dans la revue Progress in Physics.[156] Petit prétend dans ces documents démontrer comment le modèle Janus peut dériver d'une action. Il présente une nouvelle dérivation lagrangienne du modèle Janus et son respect des identités de Bianchi.

Perspectives d'application du modèle Janus[modifier | modifier le code]

En astronautique : la non-impossibilité des voyages interstellaires plus rapides que la lumière[modifier | modifier le code]

La première étude théorique de mécanique quantique sur ce sujet remonte à 2007[157]. Ce sujet a été abordé dans le cadre du modèle Janus en 2014[65].

Le modèle Janus permet de considérer scientifiquement la possibilité de voyages interstellaires à des vitesses apparentes plus rapide que la lumière en recourant à une énergie limitée. Le mécanisme ferait intervenir une version artificielle du processus d'inversion de masse qui se produit naturellement au sein d'un trou noir dans le modèle Janus[96]. Le véhicule transféré pourrait voyager le long des géodésiques de la métrique où la vitesse de la lumière est plus élevée, et les distances plus courtes. Les particules inversées du vaisseau et ses passagers se matérialiseraient en possédant une vitesse relativiste dans le nouveau référentiel du fait de la contraction de Lorentz, de manière que l'énergie soit conservée, et sans avoir besoin d'accélérer. Après l'inversion de masse, un vaisseau irait si vite qu'il ne pourrait ralentir, mais arrivé à sa destination calculée, une nouvelle inversion de masse lui redonnerait la valeur précédente de ses paramètres cinétiques, sans subir de décélération[76].

Une étude en ce sens a été présentée en 2018 dans une conférence scientifique[158].

Les mêmes principes et le même vaisseau pourraient être utilisés pour des déplacements d'un point quelconque à l'autre de la Terre, en une fraction de seconde. L'énergie dépensée serait la même pour un déplacement de 20 m ou de 20000 km. Jean-Pierre Petit a expliqué qu'un tel vaisseau pourrait également rester immobile en l'air et silencieux, en lévitation, comme s'il n'était apparemment plus soumis à la gravitation terrestre.

Jean-Pierre Petit a estimé qu'une telle technologie pourrait être opérationnelle dans un siècle ou deux[réf. nécessaire].

Autres applications[modifier | modifier le code]

Si on se limite au seul passage "aller simple" sans envisager de retour dans notre versant d'univers, Ces principes pourraient être utilisés pour se débarrasser instantanément, de manière propre et à moindre coût de tous les types de déchets, notamment les éléments radioactifs à très longues périodes de demi-vie générés dans les centrales atomiques.[réf. nécessaire]

Diffusion du modèle Janus[modifier | modifier le code]

L'apport de la géométrie de Jean-Marie Souriau a été déterminante pour l'élaboration du modèle Janus. La diffusion de Janus est donc aussi une diffusion des travaux de Souriau[159].

  • Nexus a publié l'article "Ovni : changement de figure avec Janus" [161] à l'occasion de la parution d'un entretien dans leur magazine (no 109, mars-avril 2017, p. 94) avec les auteurs du livre "OVNI: l'extraordinaire découverte" paru aux éditions Guy Trédaniel en février 2017 et dont la moitié du contenu est consacrée au modèle Janus[162]. Le journal Le Soir[163], les sites Aeromorning.com[164], notre-siècle.com[165], ainsi que L'Union (9/04/2017)[166] ont fait de même.

Autres modèles bimétriques[modifier | modifier le code]

Le modèle bimétrique Dark Gravity[modifier | modifier le code]

Le modèle bimétrique Dark Gravity est proposé par Frédéric Henry-Couannier[167].

Le point de départ est une action.

.

est le scalaire de Ricci, L la densité de Lagrangien de la matière, dV un élément de volume. Les caractères normaux représentent la première métrique, les tildes la deuxième. Les deux métriques g et sont liées par une relation (qui fait intervenir la métrique de Minkowski). Ainsi, une variation de g entraîne une variation de , produisant une équation.

On cherche g et vérifiant δS = 0.

En relativité générale, l'action ne comporte pas la deuxième intégrale (avec les tildes). Ce terme supplémentaire modifie la dynamique du système, et engendre une nouvelle phénoménologie[168],[169]

F. Henry-Couannier a ensuite continué à développer sur cette base son propre modèle d'extension bimétrique de la relativité générale baptisé Dark Gravity[170],[171]

Théorie bimétrique avec échange de symétrie[modifier | modifier le code]

Proposée par Sabine Hossenfelder, elle dérive d'une action[3].

Cet article recense également d'autres versions de modèles bimétriques qui partagent des considérations de symétrie similaires.

Bibliographie scientifique[modifier | modifier le code]

  • Le modèle Janus repose sur la bibliographie des travaux en cosmologie et astrophysique de A.D. Sakharov, dont :
    • (en) Andreï Sakharov, CP violation and baryonic asymmetry of the Universe. ZhETF Pis'ma 5, 32-35, 1967, Traduction JETP Lett. 5 : 24-27 (1967)
    • (en) Andreï Sakharov, A multisheet Cosmological Model, Preprint of the Institute for Applied Mathematics of the USSR Academy of Sciences, 7, (1970)
    • (en) Andreï Sakharov, Topological structure of elementary particles and CPT asymmetry, "Problems in Theoretical Physics", ouvrage en mémoire à I.E.Tamm, Nauka, Moscou, (1972), p. 243-247
    • (en) A.D.Sakharov , The baryonic asymmetry of the Universe, ZhETF Pis’ma 76 : 1172 (1979) ; Traduction JETP 49 : 594 (1979)
    • (en) Andreï Sakharov, Cosmological Model of the Universe with a time-vector inversion. ZhETF 79, 689-693 (1980), Traduction Sov. Phys. JETP 52 : 349-351, (1980) ;
    • (en) A.D.Sakharov, Collected scientific works, (1982) ; traduction en 1984 en français: Œuvres Scientifiques - préface du Professeur Louis Michel de l'Académie des Sciences, éditions Anthropos.
  • Extrait de la bibliographie académique sur le modèle Janus[172] :
    • 5-6 décembre 2012 : plusieurs séminaires à l'Institut de Mathématiques de l'université de Toulouse Mirail. Thème : "Développement du modèle cosmologique à constantes variables"[173]
    • (en) Jean-Pierre Petit, G. D’Agostini, Negative mass hypothesis and the nature of dark energy. Astrophysics and Space Science (2014) 354 : 611-615 ; DOI 10.1007/s10509-014-2106-5
    • (en) Jean-Pierre Petit, G. D’Agostini, Cosmological bimetric model with interacting positive and negative masses and two different speeds of light in agreement with the observed acceleration of the Universe. Modern Physics Letters A. Vol. 29, No. 34, 1450182, Nov. 2014 ; DOI: 10.1142/S021773231450182X
    • (en) Jean-Pierre Petit, G. D’Agostini, Constraints on Janus Cosmological model from recent observations of supernovae type Ia, Astrophysics And Space Science, Vol. 363, Issue 7, article id. 139, 7 pp., accepted 3 June, 2018, DOI: 10.1007 / s10509-018-3365-3
    • (en) Jean-Pierre Petit, N. Debergh, G. D’Agostini, Negative Energy states and Interstellar travel, Oct. 2018, conference paper presented at the 2018 Estes Park, Advanced Propulsion Workshop, Colorado, September 14, 2018
    • (en) Jean-Pierre Petit, The JANUS Cosmological Model and the Fluctuations of the CMB, Progress in Physics, vol.14, issue 4, octobre 2018, p. 226–229
    • (en) N. Debergh, Jean-Pierre Petit, G. D’Agostini, On evidence for negative energies and masses in the Dirac equation through a unitary time-reversal operator ; accepted Nov. 2018, Journal of Physics Communications, vol.2, 11

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. Nathan Rosen, « General Relativity and Flat Space. I », Phys. Rev., vol. 57, no 2,‎ , p. 147–150 (DOI 10.1103/PhysRev.57.147, Bibcode 1940PhRv...57..147R)
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  55. Il faut noter que ce modèle n'a aucun rapport avec les "points Janus" du cosmologiste J. Barbour (https://arxiv.org/abs/1604.03956), ni avec le modèle cosmologique Janus proposé en 1967 par un autre russe, Vladimir A. Lefebvre : (ru+en) "Conflicting Structures", 1967, Vysshaya Shkola pour la première édition en russe ; 2015 pour la première traduction en anglais, Chap. VIII, (ISBN 9780578157696), (https://books.google.fr/books?id=qrl3DQAAQBAJ&pg=PA119&lpg=PA119&dq=janus+cosmology&source=bl&ots=f973u6NjKD&sig=Ki0rswuRNcSKMAcyWfczwMcR4WM&hl=fr&sa=X&ved=2ahUKEwje8tr8yZrfAhULvxoKHeb0B7w4FBDoATAAegQIChAB#v=onepage&q=janus%20cosmology&f=false). Henri-Couannier utilise aussi la dénomination Janus dans son propre modèle cosmologique Dark Gravity, mais son modèle est différent du modèle de Petit (utilisation supplémentaire d'une métrique de fond de Minkowski).
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  72. L'antimatière existe de façon naturelle dans notre feuillet d'univers uniquement sous la forme d'antiprotons présents en très petite quantité dans les rayons cosmiques et sous la forme de positrons (l'antiparticule des électrons) produits lors de certaines décompositions radioactives.
  73. On peut néanmoins remarquer que la mesure de la charge électrique de l'électron n'est pas strictement égale à la valeur opposée mesurée pour le positron.
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  75. Richard Feynman a suggéré que l'électron, se mouvant en arrière dans le temps et observé par un miroir (symétrie P) se comporterait comme un positron.
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