La science est l'histoire de proposer des théories, puis de faire de notre mieux pour les réfuter. Cela est particulièrement vrai pour les théories à grande échelle cosmologique, bien que les réflexions puissent être particulièrement difficiles.
L'un des exemples les plus célèbres d'une théorie difficile à réfuter est celle de l'énergie noire et de la matière noire. Dans de grandes parties de l'espace, nous constatons des preuves sans équivoque que quelque chose gâche la relativité générale. Mais à l'échelle de notre propre système solaire, il n'y a aucune preuve de celle-ci, du moins pour autant que nous puissions voir.
Un nouveau journal publié sur le arxiv Un serveur préalable de Slava Turyshev, un physicien du laboratoire de propulsion de Jet de la NASA, discute d'une façon dont les scientifiques pourraient être en mesure de faire face à cet écart – en étant très, très sélectif avec la façon dont nous testons des preuves de matière sombre et d'énergie dans notre système solaire.
Le problème fondamental que le document essaie de résoudre est la « grande déconnexion » entre la physique que nous voyons en cosmologie et ce que nous voyons dans notre propre système solaire. Dans les régions avec peu ou pas de densité de matière (c'est-à-dire pas de force gravitationnelle), les effets de l'énergie sombre et de la gravité modifiée qui n'obéissent pas à la théorie de la relativité générale d'Einstein sont les plus évidents. Cependant, dans les zones où il y a beaucoup de matière, et donc beaucoup de gravité, cette divergence disparaît complètement, du moins aux instruments que nous utilisons actuellement pour l'observer.
Les planètes orbitent comme prévu. La courbe de l'espace-temps autour du soleil à partir des signaux radio des sondes que nous envoyons est juste en ligne avec les prédictions. Toutes les sondes que nous avons envoyées dans tout le système solaire agissaient comme si la relativité générale et la gravité régulières agissent sur eux. Il n'y a aucune preuve de quelque chose de différent du tout.
Mais à des échelles plus grandes, comme celle entre les galaxies, les preuves sont difficiles à manquer. L'univers lui-même semble se développer, et bien qu'il y ait un débat sur la rapidité avec laquelle il est, nous n'avons actuellement aucun autre moyen de le décrire autre que de dire que quelque chose gâche notre compréhension de la relativité ou de la gravité elle-même.
Les physiciens pensent que cela pourrait avoir quelque chose à voir avec un processus de « dépistage », où tout ce qui provoque cet écart modifie ses propriétés physiques lorsqu'elle est dans les domaines de la densité croissante. Il existe deux catégories principales de modèles de « dépistage ». L'un est connu comme un modèle « caméléon », où une cinquième force théorique de la nature (autre que la gravité, l'électromagnétisme et les deux forces nucléaires) modifie son effet, qu'il y ait ou non de grandes quantités d'autres questions.
Dans les zones de grande densité, elle est très forte et provoque l'effet que nous attribuons actuellement à l'énergie sombre. Mais dans des zones très denses, il est extraordinairement faible, à un point où il est essentiellement indétectable pour les instruments modernes, bien qu'il soit toujours là. Dans des environnements très denses, comme le soleil, il pourrait être perceptible que dans une « coquille mince » autour de l'objet, mais au moins en théorie, il y serait toujours détectable.
Un modèle alternatif pour cette divergence est le modèle de dépistage Vainshtein. Dans ce cas, au lieu que la force elle-même change ses propriétés, elle est essentiellement paralysée par la gravité entourant des objets massifs, ce qui le rend faible mais ne change pas vraiment ses propres propriétés physiques. Dans ce modèle, il y a une idée appelée un rayon de vainshtein, où la cinquième force revient à la normale en dehors de l'influence d'un objet massif.
Cependant, pour notre soleil, son rayon Vainshtein est estimé à 400 années-lumière, une zone qui comprend de nombreuses autres étoiles, donc en fait, la cinquième force serait entièrement supprimée jusqu'à ce que vous atteigniez une certaine distance au-delà du bord de la galaxie.
Chacun de ces modèles aurait des «indices» dans les ensembles de données collectés par de grandes missions cosmologiques comme Euclide et l'instrument spectroscopique d'énergie sombre (DESI). Cependant, comme ils ne regardent que des espaces lointains et un grand nombre de galaxies, ils ne seraient pas en mesure de prouver comment la cinquième force changerait lorsqu'il n'interagit qu'avec des objets dans le système solaire. Cela nécessiterait une mission spécifique dans le système solaire, et plus important encore, une théorie falsifiable qui fait une prédiction sur ce que cette mission devrait voir.
Selon le Dr Turyshev, sans le soutien théorique d'une théorie falsifiable, il est inutile de continuer à mener des expériences dans notre propre système solaire – nous avons déjà prouvé que nos meilleurs efforts ne sont pas en mesure de détecter quoi que ce soit dans le domaine de la relativité générale. Mais, si les théoriciens peuvent extrapoler des hypothèses testables à partir des données recueillies par les grandes enquêtes cosmologiques qui peuvent être testées dans le système solaire, nous devons alors concevoir une mission pour le faire.
Certes, il pourrait être un certain temps avant que nous puissions développer des instruments suffisamment sensibles pour réfuter la théorie. Donc, si nous ne sommes pas encore en mesure, nous devons nous concentrer sur des missions pour développer progressivement ces instruments. Mais s'il existe une hypothèse testable basée sur des « indices » des enquêtes cosmologiques qui peuvent être falsifiées par une expérience que nous pouvons réellement construire, alors nous devons le faire – et potentiellement changer fondamentalement notre compréhension du fonctionnement de l'univers.
