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Le Paradoxe runaway

Au cours des années 2000, des observations ont montré que l'expansion de l'univers s'accélérait, contrairement à ce que l'on pensait auparavant. Cette découverte a été récompensée par un prix Nobel en 2011 ([1],[2],[3]). Les chercheurs ont cherché à déterminer la cause de cette accélération et ont finalement réintroduit la constante cosmologique dans l'équation d'Einstein de la relativité générale pour expliquer cette accélération selon cette expression :

Avant que Torricelli ne découvre la pression atmosphérique, on croyait que le vide était responsable de la montée du mercure dans les baromètres, mais cela n'était pas une explication scientifique. Plus tard, Torricelli a établi que la pression atmosphérique était la force qui poussait la colonne de mercure vers le haut, résultant des collisions des molécules d'air avec la surface du mercure. De même, l'introduction de la constante cosmologique dans l'équation ne peut être considérée comme une explication satisfaisante car prétendre qu'elle représente un pouvoir répulsif du vide n'est pas une base physique claire.


Néanmoins, les cosmologistes actuels ont établi un nouveau modèle cosmologique appelé ΛCDM qui inclut cette nouvelle composante inconnue de l'univers appelée "énergie noire" et possède une valeur négative. Cette énergie noire a une importance considérable dans la dynamique et le fonctionnement de l'univers car elle constitue la majorité de sa composition. Les scientifiques sont actuellement à la recherche d'un composant de l'univers qui pourrait expliquer ce phénomène.

Il a été proposé différentes explications pour l'énergie noire, mais aucune n'a été crédible. Notre étude propose une nouvelle explication qui implique l'introduction de masses négatives dans un nouveau modèle. Cette idée avait déjà été proposée par le cosmologiste Hermann Bondi en 1957, mais il a conclu que les lois régissant les interactions entre les masses positives et négatives ne sont pas satisfaisantes sur le plan physique, car elles contreviennent aux principes d'action-réaction et d'équivalence. En d'autres termes, cette explication n'est pas acceptée par la communauté scientifique car elle ne respecte pas les principes fondamentaux de la physique.


La relativité générale constitue une avancée majeure dans notre compréhension de l'univers depuis 1917. Elle repose sur le fait que l'univers est une variété à savoir une hypersurface à quatre dimensions, définie en tout point et à toute époque par son champ métrique gμν. À partir de cette métrique, on peut calculer deux ensembles de géodésiques :

  • Les géodésiques de longueur non-nulle sont parcourues par des particules de matière,

  • Les géodésiques de longueur nulle parcourues par des photons.

Si on connaît la source du champ et les valeurs en tout point des composantes du tenseur du second membre Tμν, on peut calculer la métrique solution gμν.


Si l'on considère les géodésiques de longueur non-nulle pour un champ donné Tμν, il n'existe qu'une seule famille de géodésiques le long desquelles circuleront les particules-témoins, qu'elles aient des masses positives ou négatives.


Pour résoudre ce problème avec précision, on utilise les deux solutions métriques proposées par Schwarzschild en 1916. La première solution métrique décrit l'intérieur d'une masse M, considérée comme une sphère remplie d'un fluide incompressible de masse volumique constante ρo :





Cette première solution se raccorde à une seconde se référant au vide qui entoure cette masse :





On peut alors calculer les géodésiques de longueur non nulle par cette expression :

Selon le modèle de la relativité générale, lorsque la masse M est positive, les géodésiques sont de type ellipse, parabole ou hyperbole, ce qui traduit une attraction. Ainsi, les masses positives attirent à la fois leurs semblables et les masses négatives.


En revanche, si le champ gravitationnel est créé par une masse M négative, on peut obtenir les géodésiques en effectuant un changement de signe dans les deux métriques solution. Les grandeurs M et ρo sont alors simplement des constantes d'intégration :





On peut alors en déduire les géodésiques selon l'expression suivante :

Lorsque le champ est créé par une masse négative, toutes les courbes de type parabole et ellipse disparaissent, ne laissant que des géodésiques du type hyperbole. Cela suggère une répulsion plutôt qu'une attraction entre les masses négatives et les masses positives :

Lorsque deux masses de signes opposés sont mises en présence, la masse positive est repoussée par la masse négative, créant un phénomène appelé "runaway" où les deux masses subissent une accélération uniforme sans échange d'énergie. Cela va à l'encontre du principe d'action-réaction et du principe d'équivalence.

Les atrophysiciens ont alors renoncé à intégrer la présence de masses négatives dans la relativité générale considérant ce principe comme absurde :

Néanmoins, le modèle cosmologique Janus est le seul modèle actuellement crédible permettant de résoudre ce paradoxe en introduisant des masses négatives dans un système d'équations bimétriques couplées basé sur l'équation de champ d'Einstein


Références :


Bondi, H. (July 1957). "Negative Mass in General Relativity"". Reviews of Modern Physics. 29 (3): 423. doi:10.1103/RevModPhys.29.423.

Bondi, H.; Bergmann, P.; Gold, T.; Pirani, F. (January 1957). "Negative mass in general relativity" in The Role of Gravitation in Physics: Report from the 1957 Chapel Hill Conference, Editions Open Access Epubli 2011. ISBN:978-3869319636.

Bonnor, W. B. (November 1989). "Negative mass in general relativity". General Relativity and Gravitation. 21 (11): 1143–1157. doi:10.1007/BF00763458.








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