La relativité générale d’Albert Einstein, en place depuis plus d’un siècle, continue de résister aux tests scientifiques. Des phénomènes tels que les ondes gravitationnelles, les trous noirs photographiés et le fonctionnement du GPS sont tous fondés sur ses équations, ce qui en fait la théorie la plus précise de la gravité. Cependant, un groupe de physiciens travaille depuis plusieurs années sur une alternative potentielle.
Cette alternative, nommée dynamique des formes, propose une vision radicalement différente. Contrairement à Einstein, qui associe la gravité à la courbure de l’espace-temps, cette théorie soutient que l’espace-temps n’est pas une entité réelle, mais une construction mathématique. Ses partisans affirment que ce qui existe réellement sont les relations géométriques entre les objets de l’univers, telles que leurs tailles relatives et leurs proportions.
Bien que l’idée de base ne soit pas nouvelle, ayant été avancée par le physicien britanique Julian Barbour à la fin des années 1990, elle est restée en marge de la physique théorique pendant longtemps. Récemment, un groupe de chercheurs a réussi à matérialiser la théorie de manière rigoureuse sur le plan mathématique, en la liant à des résultats expérimentaux.
L’équation qui ne prend pas en compte le temps
Au cœur des développements contemporains de la dynamique des formes, les chercheurs Sean Gryb de l’Université de Groningue et Flavio Mercati de l’Institut Perimeter au Canada ont réussi à démontrer que leur formulation reprend toutes les prédictions de la relativité générale dans les scénarios confirmés. Mieux encore, leur approche propose des résultats différents dans les situations extrêmes où la théorie d’Einstein ne tient pas, comme les singularités des trous noirs ou l’instant du Big Bang.
Ce développement repose sur la dualité entre cadres théoriques, une clé technique. Gryb et Mercati ont prouvé qu’une correspondance mathématique existe entre les équations de la relativité générale et celles de la dynamique des formes, chaque solution d’une théorie ayant son équivalent dans l’autre.
Parallèlement, des chercheurs de la Université Technique de Vienne, dont Abhay Ashtekar et Muxin Han, ont proposé la quation q-desic, une nouvelle formulation qui élimine la variable temporelle de la gravité quantique. Cette recherche, comme rapporté par ScienceDaily, suggère que les singularités gravitationnelles pourraient être résolues en abandonnant l’idée du temps comme variable indépendante.
Des sceptiques critiques
Toutefois, tous les physiciens ne sont pas convaincus par cette nouvelle approche. Astrid Eichhorn de l’Université du Sud du Danemark a fait valoir que la dynamique des formes n’offre pas encore de résultats distincts de ceux de la relativité générale dans des situations vérifiables expérimentalement. En d’autres termes, si les deux théories donnent des résultats identiques dans les cas mesurables, le choix entre elles devient une question philosophique plutôt que scientifique.
De son côté, Paul Steinhardt, physicien théorique à Princeton, souligne qu’une reformulation de la gravité doit prouver son efficacité dans le domaine de la cosmologie observatoire, en expliquant des phénomènes tels que l’accélération de l’expansion de l’univers ou la matière sombre mieux que les modèles en place. À ce jour, la dynamique des formes n’a pas encore atteint ce niveau.
Néanmoins, ses partisans soutiennent que l’histoire de la physique regorge de reformulations ayant longtemps demandé à démontrer leur utilité. Par exemple, la mécanique lagrangienne ne prédisait rien que Newton n’ait pu chiffrer, mais elle est aujourd’hui fondamentale pour la physique des particules moderna. La dynamique des formes espère suivre un chemin similaire, débutant comme une curiosité théorique pour devenir éventuellement une méthode efficace que la formulation d’Einstein ne peut offrir.
Ce débat souligne une quête plus vaste dans la physique fondamentale, qui cherche à unifier la gravité et la mécanique quantique. Si la dynamique des formes parvient à surpasser la notion d’espace-temps d’Einstein, elle pourrait ouvrir la voie à cette unification tant convoitée. Autrement, elle incitera la communauté scientifique à reconsidérer la signification du terme « temps ».