(Phys.org)—Les physiciens ont proposé que les violations de la conservation de l'énergie dans l'univers primitif, comme prédit par certaines théories modifiées de la mécanique quantique et de la gravité quantique, peut expliquer le problème de constante cosmologique, ce qui est parfois appelé « la pire prédiction théorique de l'histoire de la physique ».

Les physiciens, Thibaut Josset et Alejandro Perez à l'Université d'Aix-Marseille, La France, et Daniel Sudarsky à l'Université nationale autonome du Mexique, ont publié un article sur leur proposition dans un numéro récent Lettres d'examen physique .

"La principale réalisation de l'ouvrage a été la relation inattendue entre deux problèmes apparemment très distincts, à savoir l'expansion accélérée de l'univers et la physique microscopique, " Josset a dit Phys.org . "Cela offre un regard neuf sur le problème constant cosmologique, qui est encore loin d'être résolu."

Einstein a initialement proposé le concept de constante cosmologique en 1917 pour modifier sa théorie de la relativité générale afin d'empêcher l'univers de s'étendre, puisqu'à l'époque l'univers était considéré comme statique.

Maintenant que les observations modernes montrent que l'univers s'étend à un rythme accéléré, la constante cosmologique d'aujourd'hui peut être considérée comme la forme la plus simple d'énergie noire, offrant un moyen de rendre compte des observations actuelles.

Cependant, il y a un énorme écart - jusqu'à 120 ordres de grandeur - entre la grande valeur théorique prédite de la constante cosmologique et la petite valeur observée. Pour expliquer ce désaccord, certaines recherches ont suggéré que la constante cosmologique pourrait être une constante de la nature entièrement nouvelle qui doit être mesurée plus précisément, tandis qu'une autre possibilité est que le mécanisme sous-jacent supposé par la théorie est incorrect. La nouvelle étude s'inscrit dans la deuxième ligne de pensée, suggérant que les scientifiques ne comprennent toujours pas pleinement les causes profondes de la constante cosmologique.

L'idée de base du nouvel article est que les violations de la conservation de l'énergie dans l'univers primitif auraient pu être si petites qu'elles auraient des effets négligeables à l'échelle locale et resteraient inaccessibles aux expériences modernes, pourtant, en même temps, ces violations auraient pu apporter des contributions significatives à la valeur actuelle de la constante cosmologique.

A la plupart des gens, l'idée que la conservation de l'énergie est violée va à l'encontre de tout ce qu'ils ont appris sur les lois les plus fondamentales de la physique. Mais à l'échelle cosmologique, la conservation de l'énergie n'est pas une loi aussi inébranlable qu'à plus petite échelle. Dans cette étude, les physiciens ont spécifiquement étudié deux théories dans lesquelles des violations de la conservation de l'énergie surviennent naturellement.

Le premier scénario de violations implique des modifications à la théorie quantique qui ont déjà été proposées pour étudier des phénomènes tels que la création et l'évaporation de trous noirs, et qui apparaissent également dans les interprétations de la mécanique quantique dans lesquelles la fonction d'onde subit un effondrement spontané. Dans ces cas, l'énergie est créée dans une quantité qui est proportionnelle à la masse de l'objet qui s'effondre.

Des violations de la conservation de l'énergie surviennent également dans certaines approches de la gravité quantique dans lesquelles l'espace-temps est considéré comme granulaire en raison de la limite fondamentale de longueur (la longueur de Planck, qui est de l'ordre de 10 ^-35 m). Cette discrétion de l'espace-temps aurait pu conduire à une augmentation ou à une diminution de l'énergie qui pourrait avoir commencé à contribuer à la constante cosmologique commençant lorsque les photons se sont découplés des électrons dans l'univers primitif, pendant la période dite de recombinaison.

Comme l'expliquent les chercheurs, leur proposition repose sur une modification de la relativité générale appelée gravité unimodulaire, proposé pour la première fois par Einstein en 1919.

"L'énergie des composants de la matière peut être cédée au champ gravitationnel, et cette "perte d'énergie" se comportera comme une constante cosmologique - elle ne sera pas diluée par l'expansion ultérieure de l'univers, " a déclaré Josset. " Par conséquent, une petite perte ou création d'énergie dans un passé lointain peut avoir des conséquences importantes aujourd'hui à grande échelle. "

Quelle que soit la source de la violation de la conservation de l'énergie, le résultat important est que l'énergie créée ou perdue a de plus en plus affecté la constante cosmologique au fil du temps, tandis que les effets sur la matière ont diminué au fil du temps en raison de l'expansion de l'univers.

Une autre façon de le dire, comme l'expliquent les physiciens dans leur article, est que la constante cosmologique peut être considérée comme un enregistrement de la non-conservation de l'énergie au cours de l'histoire de l'univers.

Actuellement, il n'y a aucun moyen de dire si les violations de la conservation de l'énergie étudiées ici ont vraiment affecté la constante cosmologique, mais les physiciens prévoient d'étudier plus avant la possibilité à l'avenir.

"Notre proposition est très générale et toute violation de la conservation de l'énergie devrait contribuer à une constante cosmologique efficace, " a déclaré Josset. " Cela pourrait permettre de définir de nouvelles contraintes sur les modèles phénoménologiques au-delà de la mécanique quantique standard.

"D'autre part, la preuve directe que l'énergie noire provient de la non-conservation de l'énergie semble largement hors de portée, car nous avons accès à la valeur de lambda [la constante cosmologique] aujourd'hui et aux contraintes sur son évolution à une époque tardive seulement."

© 2017 Phys.org