C'est gênant, mais les astrophysiciens sont les premiers à l'admettre. Notre meilleur modèle théorique ne peut expliquer que 5% de l'univers. Les 95% restants sont composés presque entièrement d'invisible, matière inconnue appelée énergie noire et matière noire. Ainsi, même s'il y a un milliard de milliards d'étoiles dans l'univers observable, ils sont en fait extrêmement rares.

Les deux mystérieuses substances sombres ne peuvent être déduites que des effets gravitationnels. La matière noire peut être une matière invisible, mais il exerce une force gravitationnelle sur la matière environnante que nous pouvons mesurer. L'énergie noire est une force répulsive qui fait que l'univers s'étend à un rythme accéléré. Les deux ont toujours été traités comme des phénomènes distincts. Mais ma nouvelle étude, Publié dans Astronomie et astrophysique , suggère qu'ils peuvent tous les deux faire partie du même concept étrange - un seul, « fluide noir » unifié de masses négatives.

Les masses négatives sont une forme hypothétique de matière qui aurait un type de gravité négative – repoussant tous les autres matériaux qui les entourent. Contrairement à la matière de masse positive familière, si une masse négative a été poussée, il accélérerait vers vous plutôt que loin de vous.

Les masses négatives ne sont pas une idée nouvelle en cosmologie. Tout comme la matière normale, les particules de masse négative deviendraient plus dispersées à mesure que l'univers s'étendrait, ce qui signifie que leur force répulsive s'affaiblirait avec le temps. Cependant, des études ont montré que la force motrice de l'expansion accélérée de l'univers est implacablement constante. Cette incohérence a déjà conduit les chercheurs à abandonner cette idée. Si un fluide sombre existe, il ne doit pas s'éclaircir avec le temps.

Dans la nouvelle étude, Je propose une modification de la théorie de la relativité générale d'Einstein pour permettre non seulement aux masses négatives d'exister, mais à créer en continu. La "création de matière" était déjà incluse dans une théorie alternative au Big Bang, connu sous le nom de modèle d'état stable. L'hypothèse principale était que la matière (de masse positive) était continuellement créée pour reconstituer la matière à mesure que l'univers s'étendait. Nous savons maintenant à partir de preuves d'observation que cela est incorrect. Cependant, cela ne veut pas dire que la matière de masse négative ne peut pas être créée en continu. Je montre que ce fluide sombre supposé n'est jamais trop éparpillé. Au lieu de cela, il se comporte exactement comme l'énergie noire.

J'ai également développé un modèle informatique en 3D de cet univers hypothétique pour voir s'il pouvait également expliquer la nature physique de la matière noire. La matière noire a été introduite pour expliquer le fait que les galaxies tournent beaucoup plus vite que nos modèles ne le prédisent. Cela implique qu'une matière invisible supplémentaire doit être présente pour les empêcher de se séparer.

Mon modèle montre que la force répulsive environnante du fluide sombre peut également maintenir une galaxie ensemble. La gravité de la galaxie de masse positive attire des masses négatives de toutes les directions, et à mesure que le fluide de masse négative se rapproche de la galaxie, il exerce à son tour une force répulsive plus forte sur la galaxie qui lui permet de tourner à des vitesses plus élevées sans s'envoler. Il semble donc qu'un simple signe moins puisse résoudre l'un des problèmes les plus anciens de la physique.

L'univers est-il vraiment si étrange ?

On peut dire que cela semble un peu tiré par les cheveux. Mais alors que les masses négatives sont bizarres, ils sont considérablement moins étranges que vous ne le pensez immédiatement. Pour commencer, ces effets peuvent seulement nous sembler particuliers et inconnus, car nous résidons dans une région dominée par la masse positive.

Que ce soit physiquement réel ou non, les masses négatives ont déjà un rôle théorique dans un grand nombre de domaines. Les bulles d'air dans l'eau peuvent être modélisées comme ayant une masse négative. Des recherches récentes en laboratoire ont également généré des particules qui se comportent exactement comme elles le feraient si elles avaient une masse négative.

Et les physiciens sont déjà à l'aise avec le concept de densité d'énergie négative. Selon la mécanique quantique, l'espace vide est constitué d'un champ d'énergie de fond fluctuant qui peut être négative à certains endroits - donnant lieu à des ondes et des particules virtuelles qui apparaissent et disparaissent. Cela peut même créer une force minuscule qui peut être mesurée en laboratoire.

La nouvelle étude pourrait aider à résoudre de nombreux problèmes de la physique moderne. Théorie des cordes, qui est notre meilleur espoir d'unifier la physique du monde quantique avec la théorie du cosmos d'Einstein, est actuellement considérée comme incompatible avec les preuves d'observation. Cependant, la théorie des cordes suggère que l'énergie dans l'espace vide doit être négative, ce qui corrobore les attentes théoriques pour un fluide noir de masse négative.

De plus, l'équipe derrière la découverte révolutionnaire d'un univers en accélération a étonnamment détecté des preuves d'une cosmologie de masse négative, mais a pris la précaution raisonnable d'interpréter ces découvertes controversées comme « non physiques ».

La théorie pourrait également résoudre le problème de la mesure de l'expansion de l'univers. Ceci est expliqué par la loi de Hubble-Lemaître, l'observation que des galaxies plus éloignées s'éloignent à un rythme plus rapide. La relation entre la vitesse et la distance d'une galaxie est définie par la "constante de Hubble", mais les mesures de celui-ci ont continué à varier. Cela a conduit à une crise de la cosmologie. Heureusement, une cosmologie de masse négative prédit mathématiquement que la "constante" de Hubble devrait varier dans le temps. Clairement, il est prouvé que cette nouvelle théorie étrange et non conventionnelle mérite notre attention scientifique.

Où aller en partant d'ici

Le créateur du domaine de la cosmologie, Albert Einstein, ont – avec d'autres scientifiques dont Stephen Hawking – considéré les masses négatives. En réalité, en 1918, Einstein a même écrit que sa théorie de la relativité générale pourrait devoir être modifiée pour les inclure.

Malgré ces efforts, une cosmologie de masse négative pourrait être fausse. La théorie semble apporter des réponses à tant de questions actuellement ouvertes que les scientifiques seront – à juste titre – plutôt méfiants. Cependant, ce sont souvent les idées originales qui apportent des réponses à des problèmes de longue date. Les preuves solides qui s'accumulent se sont maintenant développées au point que nous devons considérer cette possibilité inhabituelle.

Le plus grand télescope jamais construit - le Square Kilometer Array (SKA) - mesurera la distribution des galaxies tout au long de l'histoire de l'univers. Je prévois d'utiliser le SKA pour comparer ses observations aux prédictions théoriques à la fois pour une cosmologie de masse négative et la cosmologie standard - aidant à prouver finalement si des masses négatives existent dans notre réalité.

Ce qui est clair, c'est que cette nouvelle théorie génère une multitude de nouvelles questions. Comme pour toutes les découvertes scientifiques, l'aventure ne s'arrête pas là. En réalité, la quête pour comprendre la vraie nature de cette belle, unifié, et – peut-être polarisé – l'univers ne fait que commencer.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.