18 février 2023.

Pourquoi la cosmologie, l'astrophysique et la physique théorique sont bloquées depuis 50 ans.


a 



 

      Le "modèle standard actuel" ne fonctionne que grâce à deux ingrédients : la matière sombre et l'énergie noire. La matière sombre, de masse positive, a pour fonction d'assurer le confinement des galaxies et des amas de galaxies, d'expliquer la forme plate de leurs courbes de rotation, de manière totalement ad hoc. En effet, comment détermine-t-on sa distribution dans l'espace ? En faisant en sorte que celle-ci redonne ces courbes de rotation, tout simplement. On a dépensé des millions, partout, pour tenter de la capturer, dans des mines, des tunnels, dans l'espace. Des milliers d'articles ont été publiés, dans ces revues au top niveau, qui sont autant de spéculations sur sa nature. En vain. On a essayé de capturer le candidat considéré comme le plus probable, le neutralino, dans un kilo de xénon, puis dix puis cent, puis une tonne, plusieurs tonnes.

Pas plus de neutralino que de beurre en broche.


   On a attribué à l'énergie noire une valeur d'énergie positive et une pression négative, ce qui peut semble paradoxal étant donné qu'une pression (scalaire) est avant tout une densité volumique d'énergie. Le loi d'expansion de l'univers se déduit d'une solution de l'équation de champ d'Einstein. La "source" de cette dynamique se trouve dans le second membre. C'est une densité volumique d'énergie rho c^2. On trouve donc deux termes. Il y a d'abord celui traduisant l'action de la masse, conformément à la célèbre relation d'Einstein E = mc^2. L'autre terme est la pression. Tout ceci est homogène, se mesure en joules par mètre cube.

     De quoi ce second terme rend-t-il compte ? Dans la phase matière c'est de la  densité volumique d'énergie cinétique des masses composant l'univers, selon l'équation d'état :

pressio de matière

     Dans l'ère radiative, outre la densité volumique d'énergie  des photons : h nu, multiplié par le nombre de photons par mètre cube,  on a  la pression de radiation, correspondant à la relation ci-après, équivalant à "une équation d'état du gaz de photons"  :

pression de radiation

    Conformément à l'équation d'Einstein, base de la Relativité Générale :


    Une pression positive est  synonyme de décélération du mouvement d'expansion

 
   A l'inverse, pour qu'on puisse rendre compte d'un mouvement d'accélération de l'expansion cosmique il faut avoir quelque chose qui soit associé à une pression négative.

     Si on considère que cette pression liée à l'énergie noire est une densité volumique d'énergie celà amènerait à conclure à l'existence d'états d'énergie négative (confers les travaux de Nathalie Debergh) .

     Mais on les évacue, par un tour de prestidigitation, en dotant ce nouveau composant, de nature inconnue, d'une "équation d'état" :

pression énergie noire

     Le choix w = -1 (que rien ne justifie) permet d'obtenir une densité volumique équivalente, en kilos par mètre cube, positive. Ceci permet alors  de compléter le camembert décrivant le contenu de l'univers en masses observées, en masse non-observée, positives, celle de la matière noire, auxquelles puis  en "équivalent-matière", traduisant ( en kilos par mètre cube)  un mystérieux pouvoir répulsif du vide, associé  la constante cosmologique Lambda.

camembert mainstream   

     Dans le: le modèle Janus, on interprète ce qui provoque l'accélération de l'expansion cosmique comme la somme deux deux termes :

           - La densité d'énergie (négative) associée à la masse, selon E = m c^2, avec E et m négatifs.

           - Une pression négative, considérée comme densité d'énergie négative associée à l'énergie cinétique, négative, de ces mêmes particules.


q

  
camembert
          Janus
 
       Il existe alors une différence fondamentale entre ces deux interprétations. Comme la constante cosmologique est, comme son nom l'indique, invariante au cours du temps, elle correspond à un mystérieux pouvoir répulsif du vide qui se trouve alors associé à une densité d'énergie constante, insensible au mouvement d'expansion et à la baisse de la densité, liée à l'expansion. Si a est le "facteur d'échelle" , évoquant la "taille de l'univers", toute densité de quelque chose variera ainsi a priori en 1/a^3. 


     Le corollaire est que l'univers, ainsi propulsé par la pression négative, constante, associée  à l'hypothétique  "énergie du vide",  s'étend alors selon une loi exponentielle en fonction du temps.


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     Dans le modèle Janus dans l'ère matière, la dynamique de l'expansion est imputée au contenu majoritaire en masse négative : Cette masse négative endosse alors les deux rôles : celui joué par la matière sombre et celui joué par l'énergie noire. Cette densité d'énergie décroît alors en 1/(a^3). Le futur de l'univers est alors différent. Privé de ce moteur au fil du temps, son expansion devient alors quasi linéaire, tend vers une asymptote. 


     Ces deux façons de voir les choses mériteraient d'être mises en perspectives. Nous avions composé un article, très structuré, d'abord envoyé à Physical Review D en novembre 2022. Rejet immédiat, sans soumission à referee, avec la seule mention "non suitable" ("ne convient pas"). Seconde soumission, à Astrophysical Journal. Même chose, le 12 février 2023,  avec également un refus de soumission à un referee. Vous lirez les contenus de ces messages réponses précédant l'article.

Version française

Version anglaise.

     En fait, les revues refusent systématiquement de soumettre nos articles à des referees, depuis cinq ans. Il y a donc eu une dizaine de rejets.


     Cela marque un dysfonctionnement foncier du système des publications scientifiques. Pourtant celles-ci restent ouvertes à la spéculation. On peut citer deux examples. Pour Physical Review D citons un article où cette figure de la cosmologie française qu'est Aurélien Barrau (notez la richesse remarquable de sa page sur Wikipedia) fait figure de cosignataire


Sur Physical Review D, 2019

Sur arXiv

     Que propose les auteurs de et article ? Un modèle où la matière sombre pourrait constituer la "relique" de collisions entre "mini-trous-noirs", se situant "à l'époque de Planck", c'est à dire dans l'état de l'univers le plus reculé (inaccessible à la moindre observation ). Des "mini-trous-noirs" hypothétiques. Traduisons le titre :

     La matière sombre en tant que relique de l'époque Planckienne, sans trop d'hypothèses exotiques (...).

     Tests suggérés, vis à vis de possibles données observationnelles : néant. Une illustration parfaite de la phrase du mathématicien Jean-Marie Souriau :


q


- Un physique sans expérience et une mathématique sans rigueur.


      A propos de l'énergie noire, la communauté scientifique est en émoi depuis la parution dans Astrophysical Journal et Astrophysical Letters de deux articles
.

Le premier. Le second. Un blogueur scientifique donne ici son commentaire.

Pour simplifier, dans la page du blogueur, écoutez son commentaire vocal.

      
      De quoi s'agit-il ?



       On a vu que le propre de cette énergie noire était de se présenter comme un composant de densité volumique constante, insensible au phénomène de l'expansion cosmique. Considérons alors des objets qui pourraient traduire un tel contenu. Pour que cette densité d'énergie se maintienne il faudrait que, par un mécanisme physique inconnu, l'énergie noire qu'ils contiennent croisse au fonction du temps selon a^3

     L'article mentionné fait état d'une étude des masses des "trous noirs géants" situés au centre de galaxies elliptiques. Celle-ci conclut que ces masses croissent en a^3. Par quel mécanisme ? L'histoire ne le dit pas. A priori cela ne semble pas devoir être par "accrétion", en avalant des étoiles se situant alentour. Cela ne pourrait justifier un tel phénomène dans la mesure où les populations des étoiles de ces galaxies elliptiques restent, elles, constantes.  Que voilà un phénomène qui fleure bon l'énergie noire!  Mais, me direz-vous, la masse de ces trous noirs géants est positive. Si leur masse croît, il s'agit ... d'une croissance en masse positive,non ?

      Vous n'avez rien compris. Utilisez vos neurones et revoyez l'équation d'état liée à cette énergie noire. L'accroissement d'énergie positive au cœur des trous noirs géants entraîne, de ce fait un accroissement de pression négative. Vous avez compris ? Qui dit masse positive dit énergie noire positive mais ... pression négative.
On dispose d'ores et déjà de modèles de trous noirs "sans singularité" qui font recours à tout cela.

Vous savez maintenant où se trouve l'énergie noire : au coeur des trous noirs géants.


Tout ceci étant grosse astuce et force magie (R.Kipling, "Histoires comme ça").


     En science on se doit de ne rien rejeter a priori, surtout quand l'idée s'appuie sur quelque chose de factuel : la croissance de la masse des objets hypermassifs situés au centre des galaxies elliptiques. Un fait observationnel dont les théoriciens, de toute façon, devront tenir compte. Ce phénomène de croissance de la masse des trous noirs géants apporte la lumière sur leur nature profonde. Déjà, les théoriciens peinaient à modéliser leur formation par accrétion, fusion de trous noirs stellaires. Là, laissons tomber le phénomène d'accrétion, dépassé. Le problème se trouve de facto virtuellement résolu. Le mécanisme qui les fait apparaître, tels des lapins sortant du chapeau du prestidigitateur, est le même que celui qui assure leur croissance.

Il s'agit tout simplement d'un phénomène inconnu.  

    Revenons au second refus de soumission à un referee de notre article. La réponse de Physical Review D est, celle-là, sans appel. Par contre l'éditeur d'Astrophysical Journal indique que coller avec les données de l'accélération de l'expansion cosmique ne suffit pas pour servir de base à un modèle. Il faudrait que celui-ci explique d'autres choses.  Dont acte. Je me suis donc mis à une nouvelle rédaction en modifiant le titre de l'article soumis, qui deviendrait alors :


The Janus Cosmological Model. Part I : alternative interpretation of the acceleration of the cosmic expansion.


     Que je ferai alors suivre d'une second papier :


The Janus Cosmological Model. Part II : other successful comparisons to observational data.
 


  
     Les deux papiers seront alors soumis en même temps. On vous tiendra au courant.


Obtiendrons-nous que ces articles soient enfin soumis à des referees ? Je n'en sais rien.


     Quoi d'autre ?

      L'enregistrement de la conférence que j'ai donnée à Paris le 14 janvier  2023 est en ligne. De même que les 60 minutes de questions/réponses qui ont suivi. Une diffusion qui a pris un certain retard, quand nous avons reçu des messages de participants qui s'inquiétaient de voir leurs noms et situations professionelles mis au grand jour. A juste titre. Une masse de souvenirs a alors refait surface, que j'évoque dans cette courte vidéo :

Précautions Salutaires.

      Il a donc fallu remplacer les plans montrant les intervenants par des plans montrant le conférencier, remplacer les noms de unité d'appartenance par des "bips", flouter des images de ma salle, des visages. Des mesures qui pourraient traduire une tendance à voir le mal partout. En fait, si on veut penser librement, en dehors de toutes contrainte émanant d'une "inquisition scientifique", il faut s'engager dans une forme de clandestinité. Je repense à un geste de Guillaume de Baskerville, rôle tenu par Sean Connery dans une scène d'Au Nom de la Rose, quand le supérieur de l'Abbaye, alias Michael Londsdale,  entre dans sa cellule de moine. Guillaume a alors un geste rapide où il recouvre subrepticement l'astrolabe posée sur son lit.

       A cette époque, la moindre investigation scientifique dérangeait, en risquant de contredire des éléments des dogmes de l'église et pouvait vous conduire au bûcher. Aujourd'hui c'est la même chose, sauf qu'on ne brûlent plus les hérétiques. Les "docteurs de la Loi", les "tenants de l'orthodoxie" sont les "stars" des disciplines concernées et fixent les conduites à tenir, sous peine d'hérésie. . Les trous noirs existent. Le rayonnement de Hawking existe. La matière sombre et l'énergie noire font partie de la réalité physique. Si on ne brûle plus les contestataires, après les avoir torturés, on le réduit au silence, autrement.

        Qui tient ces "revues de premier plan" ? Bien évidemment les tenants de l'orthodoxie du moment. A ce jeu du bénéfice retiré par la publication dans ces revue de prestige, eux et leurs élèves, leurs copains, sont les premiers servis. Leurs carrières puisent leur source dans ces citations dans des revues à fort facteur d'impact ("impact factor"). Tout autre canal est immédiatement relégué au rang des "predatory journals" (souvent à juste titre, il faut bien le dire). Le système est merveilleusement huilé : " Tu cosignes mes papiers, je cosigne les tiens. Je cite tes articles, tu cites les miens. Le robot de Google Scholar fait le reste. Des notoriétés parfaitement artificielles montent comme des œufs en neige, des soufflés. Des gens qui ne laisseront pas l'ombre d'une trace dans l'histoire des sciences acquièrent ainsi des notoriétés planétaires. Un exempe :  

         Dans Google Scholar composez "Juan Maldacena". Vous verrez monter aussitôt des papiers comme "Cool horizons for entangled black holes" (1475 citations) ou "Towards inflation in string theory"
(1474 citations), "A bound on chaos" (1899 citations).   Des conjectures théoriques dénuées de la moindre confrontation observationnelle qui lui ont valu un poste de permanent à l'Institut des Sciences Avancées de Princeton, auquel appartinrent Albert Einstein et Kurt Gödel jusqu'à leur disparition. Des travaux qui évoquent à nouveau la phrase de Souriau, citée plus haut. Mais ces gens font autorité.

Au royaume des aveugles, les borgnes sont rois.

        Depuis 50 ans les théoriciens ne trouvent rien, n'expliquent rien, ne conçoivent rien qui soit par la suite observé ou mis en évidence par des expériences. Un exemple frappant est la théorie des cordes. Devant sont insuccès à prédire ou à expliquer quoi que ce soit des gens comme l'Américain Brian Greene, auteur du best seller planétaire "The Smart Universe", avec sa traduction maladroite : "L'univers élégant", sorti en 1999, qui  avait même à l'époque reçu le prix Aventis, récompensant le meilleur ouvrage de vulgarisation scientifique en science, en 2000, avait même jusqu'à été jusqu'à prétendre "que si cette théorie était aussi stérile c'est parce qu'elle se référait à des choses qui n'émergeraient quand dans plusieurs générations".

      Une évocation qui fait penser à la fable de Charles Christian Andersen, où des tailleurs-escrocs habillent un roi d'habits si beaux que seuls des gens de qualité peuvent les voir. Et en fait, le roi est nu.

 
       Le système d'examen des travaux scientifiques par des experts, dont l'indépendance de jugement est en principe garantie par la préservation de leur anonymat, se retrouve verrouillé dans la mesure où les revues sont tenues par les tenants de l'orthodoxie, qui a réussi à s'imposer en tant que critère de qualité des travaux.

       Il y a quarante ans existait une fenêtre, celle des publications aux Comptes Rendus de l'Académie des Sciences de Paris. La décision de publier était alors laissée à la discrétion des académiciens. Grâce au faut que le mathématicien André Lichnérowicz ait présenté des notes, j'avais pu initier le début d'une théorie conduisant à un modèle de galaxie, en tant que solution exacte d'un couple constitué par l'équation de Vlasov et de l'équation de Poisson.

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     Voici l'une de ces notes. Elle contient la première, et la première et la seule solution non-triviale de l'équation de Vlasov, chère à Cédric Villani. Mais soudain ce canal de publication a disparu, l'Académie des Sciences ayant installé un système contrôle par des referees anonymes. Ce pouvoir de décision se trouva immédiatement enlevé à l'un des mathématiciens les plus brillants de sa génération par de jeunes loups dont aucun ne laissera de trace sur cette route de la science.

Alors, qu'ai-je fait ? J'ai abandonné des direction de recherche, tout simplement.

 Faites le compte : c'était il y a 51 ans . Pas mal ....


     Il y a quelques années, après des mois d'attente, j'ai pu avoir un rendez-vous avec Cedric Villani, alors directeur de l'Institut Henri Poincaré, pas encore entré en politique. Il est arrivé une heure en retard, m'a écouté distraitement puis s'est éclipsé promptement. 

       Le modèle Janus dérange énormément,  suscite l'agressivité de cette plaie d'Internet, de ceux qu'on appelle des "Trolls". Mais ce ne sont pas seulement ces personnages qui trouvent, en inscrivant leurs commmentaires ( plus de mille en cinq jours !), la possibilité d'expriler leurs  se névroses, leurs frustrations, leur jalousie, sous le couvert de l'anonymat.  Il semble que parmi ceux-ci on trouve des "Epistémo-Trolls" qui expriment alors leur peur de voir le modèle Janus réussir à s'imposer, en formlant des insultes faisant figure d'exorcismes :

- Petit est un charlatan, un mythomane et un escroc !

      Le combat va continuer, pénible, difficile. Mais ce qui est nouveau c'est la masse de gens de tous horizons, mathématiciens, chercheurs ingénieurs issus des grandes écoles, agrégés de mathématique ou de physique, enseignants de tous niveaux, qui se joignent en toute discrétion au groupe de gens qui, soucieux d'éthique et de vérité, souhaitent trouver, loin de tout ce "bruit", dans le calme et la clandestinité, la possibilité de pouvoir enfin penser librement