Une découverte scientifique surgie du hasard
En science, certaines découvertes sont le fruit de décennies de recherche acharnée, tandis que d'autres émergent de manière totalement inattendue, au détour d'une simple manipulation d'équations. C'est précisément cette aventure extraordinaire qui est arrivée à Olivier Minazzoli, astrophysicien à l'Observatoire de la Côte d'Azur et administrateur du Bureau des affaires spatiales de Monaco. Une aventure scientifique qui pourrait bien redéfinir notre compréhension fondamentale de l'Univers.
La sérendipité au service de la physique
Il y a environ dix ans, en manipulant des équations pour reformuler une théorie existante, Olivier Minazzoli est tombé sur une structure mathématique étrange et inattendue. « C'était complètement imprévu. Nous cherchions à obtenir un résultat connu, et nous sommes tombés sur cette nouvelle théorie qui, au premier coup d'œil, semblait très bizarre », confie le chercheur franco-monégasque. Cette trouvaille, baptisée « relativité intriquée », représente le pur produit de la sérendipité scientifique.
Le rêve inachevé d'Einstein enfin réalisé
Pour comprendre la portée de cette découverte, il faut revenir en 1915, lorsque Albert Einstein publia sa théorie de la relativité générale. Cette théorie révolutionnaire révélait que la matière courbe la trame de l'espace-temps, mais elle comportait un défaut fondamental : elle autorisait l'existence d'Univers vides, c'est-à-dire d'un espace-temps sans matière.
Lors de sa première visite aux États-Unis en 1921, Einstein déclarait aux journalistes : « Auparavant, on pensait qu'un Univers pouvait exister en l'absence de matière. Ce que la relativité générale dit, c'est que s'il n'y a pas de matière, l'Univers lui-même disparaît. » Un idéal qu'il n'a pourtant jamais réussi à concrétiser mathématiquement, comme d'autres physiciens l'ont rapidement démontré.
L'intrication matière-courbure
C'est précisément ici que la relativité intriquée entre en jeu. Dans cette nouvelle formulation, matière et courbure de l'espace-temps deviennent indissociables, véritablement « intriquées » au sens étymologique du terme. « Dans la formulation même de la théorie, on ne peut pas définir l'un sans l'autre. On est obligé d'avoir les deux en même temps », explique Olivier Minazzoli. Si vous enlevez les acteurs (la matière), la scène (l'espace-temps) disparaît avec eux. « Je pense qu'Einstein aurait été très satisfait de cette théorie pour cela », sourit l'astrophysicien.
Des constantes fondamentales qui vacillent
Dans deux études récentes publiées dans Classical and Quantum Gravity et Physics Letters B, Olivier Minazzoli et son doctorant Thomas Chehab révèlent une conséquence mathématique stupéfiante de cette intrication : elle rend certaines constantes fondamentales de la physique... variables. En physique, moins on a besoin de constantes arbitraires pour expliquer le monde, mieux on se porte.
Cela concerne notamment :
- La constante de gravitation qui régit la chute des corps et l'orbite des planètes
- La constante de Planck qui définit la taille minimale des grains de matière et d'énergie
« Nos calculs montrent qu'elles ne sont pas fondamentales : ce sont des champs qui varient selon l'environnement », explique Thomas Chehab. Autrement dit, la « résolution » de l'Univers changerait selon l'endroit où l'on se trouve. Si la gravité est faible, les « pixels » cosmiques sont fins ; si elle est extrême, ils grossissent.
Pourquoi cette variation est-elle restée invisible ?
« Parce que sur Terre, et même dans tout le Système solaire, la gravité est trop faible », précise Thomas Chehab. La variation y est infime, de l'ordre d'un millième de milliardième. Ici-bas, la théorie est donc indiscernable de celle d'Einstein. Comme des poupées russes, chaque théorie englobe la précédente : Newton reste valable sur Terre, Einstein dans le Système solaire, et la relativité intriquée dans les environnements de gravité extrême.
Une théorie testable et falsifiable
Pour observer les effets de la relativité intriquée, il faut se rendre là où la gravité atteint des niveaux vertigineux. Les naines blanches, ces cadavres stellaires ultradenses, offrent une première piste prometteuse. La constante de Planck pourrait y varier de l'ordre du millionième – assez pour laisser une trace détectable dans le spectre de leur lumière.
Mais c'est dans les étoiles à neutrons, encore plus compactes, que l'effet devient massif : jusqu'à 5 % de variation au cœur de ces objets. De quoi potentiellement bouleverser la manière dont elles rayonnent leur énergie.
La beauté de la relativité intriquée réside dans sa falsifiabilité : on peut concrètement la tester. « Il n'y a aucun paramètre libre, insiste Olivier Minazzoli. On ne peut pas tricher. Si les observations ne collent pas, c'est que la théorie est fausse. » Reste maintenant à convaincre la communauté scientifique de se lancer dans cette chasse aux preuves observationnelles.
Vers une unification des théories physiques ?
Mais le jeu en vaut largement la chandelle, car la relativité intriquée pourrait ouvrir une porte encore plus vertigineuse. Depuis un siècle, les physiciens butent sur un obstacle majeur : la relativité générale d'Einstein, qui décrit l'Univers à grande échelle, et la mécanique quantique, qui régit le monde microscopique, refusent de fonctionner ensemble au-delà d'une certaine échelle.
Or, pour comprendre ce qui se passe au cœur des trous noirs ou dans les premiers instants du big bang, là où l'infiniment grand et l'infiniment petit se rencontrent, il faudrait justement que ces deux théories dialoguent. En rendant la constante de Planck variable – celle qui définit la taille des « pixels » cosmiques –, la relativité intriquée fait disparaître le mur qui sépare ces deux descriptions du monde.
« Il n'y a pas ce mur de Planck, note Olivier Minazzoli. On s'attend donc à ce que la version quantique de cette théorie soit qualitativement différente. » Il y a dix ans, Olivier Minazzoli est tombé par hasard sur une équation bizarre. Si les observations astronomiques lui donnent raison, cette découverte fortuite pourrait bien redéfinir à jamais notre compréhension fondamentale de la réalité physique.
