lundi 26 septembre 2011

Plus vite que la lumière ?

Vous avez peut-être entendu parler de cette expérience de physique récente au CERN qui aurait permis la découverte de particules allant plus vite que la lumière. Il s'agirait de neutrinos, particules connues depuis les années 1930.
D'après bon nombre de journalistes, Albert Einstein se retournerait dans sa tombe. Chez les physiciens, le scepticisme domine, car le résultat porte atteinte à un dogme de près de cent ans.
Pourtant, les physiciens savent qu'entre leurs deux théories phares, la Relativité Générale et la Mécanique Quantique, il y a une sorte d'incompatibilité théorique : personne ne parvient aujourd'hui à construire une théorie capable d'englober ces deux théories en un tout cohérent.
Cet échec est embarrassant, car personne n'a pu encore prouver par l'expérience que l'une des deux théories (au moins) est fausse, et les vérifications expérimentales des fondements de ces théories ont montré jusqu'à présent des accords très précis entre les théories et les expériences. La Relativité Générale est ainsi à l'origine de l'excellente précision des GPS (si, si !).
 Au passage, il y a dans l'actualité récent de la physique une remise en cause d'un des piliers de la physique quantique, le boson de Higgs, à propos duquel j'écrivais récemment. Les deux théories majeures de la Physique semblent vaciller en même temps.
Serait-on à l'aube d'une révolution scientifique ?

De deux choses l'une

Il n'y a que deux possibilités suite à cette annonce :
  • soit le résultat est faux : il y a un problème dans l'expérience, et on finira par l'identifier,
  • soit le résultat est vrai : il existe des particules plus rapides que la lumière dans le vide.
Signalons que des particules peuvent aller plus vite que la lumière dans un milieu matériel comme le prouve l'effet Tcherenkov.
L'impossibilité annoncée par la théorie de la Relativité Générale porte sur le dépassement de la vitesse de la lumière dans le vide, soit c=299 792 458 m/s (la précision est importante, car le dépassement annoncé, de l'ordre de 7 000 m/s, est très faible en valeur relative).
En fait, l'impossibilité d'aller plus vite que la lumière n'est pas si évidente que cela. En effet, les équations montrent qu'une particule au repos ne peut être accélérée au-delà de la vitesse de la lumière (dans le vide). Il faudrait lui fournir une énergie infinie pour atteindre cette vitesse, mais impossible de la dépasser. Par contre, rien n'interdit dans les équations de considérer des particules n'étant jamais au repos et toujours plus rapides que la lumière. Ces particules, appelées tachyons, sont restées jusqu'à présent des fantasmes de physicien. En fait, ces particules ne remettent pas vraiment en cause toute la Relativité Générale, mais plutôt le principe de causalité relativiste. Pour mémoire, la version classique de la causalité revient à dire que la balle d'un pistolet n'atteint pas sa cible avant qu'on appuie sur la gâchette.

Théories alternatives

Je ne tenterai pas d'expliquer ici les tenants et aboutissants de cette causalité relativiste, car c'est un sujet très pointu, mais c'est le cœur du dogme qui empêche beaucoup de physiciens de croire au résultat de l'expérience du CERN.
Ce qui m'intéresse plus, c'est de parler des théories "exotiques" qui cherchent à proposer une alternative à nos deux théories phares de la physique.
Car il faudra bien qu'on change quelque chose pour arriver à une théorie complètement satisfaisante et réconciliant la Relativité Générale et la Mécanique Quantique.

Et il y en a beaucoup ! Voici quelques exemples :
  • la relativité d'échelle de Laurent Nottale : l'idée est que le monde n'est pas "lisse" mais "rugueux", et qu'il faut tenir compte de cette rugosité pour expliquer à la fois l'aspect quantique et relativiste du monde ;
  • les particules vues comme des dislocations dans un cristal, selon Alexander Unzicker : les effets relativistes et quantiques sont inspirés de l'élasticité et de la plasticité d'un solide formé d'un réseau d'atomes ;
  • la théorie de la vitesse variable de la lumière de João Magueijo : la vitesse de la lumière ne serait plus une constante, mais une variable dépendant de l'époque et de la position dans l'espace ;
  • la théorie des particules ultramondaines de Raoul Charreton : les particules connues subiraient en réalité l'influence de particules minuscules appelées ultramondaines qui leur imposerait une sorte de mouvement brownien ;
  • les multiples théories de l'éther luminifère : de manière naïve, la lumière serait une onde se propageant dans un milieu appelé éther, comme le son est une onde se propageant au travers de l'air ; l'idée, abandonnée sous cette forme depuis l’avènement de la Relativité, a été reprise et certaines versions modernes sont quasiment équivalentes à la Relativité ;
  • ou encore, la théorie de l'absence de temps de Julian Barbour : l'idée est que le temps serait une illusion, ou plutôt une notion commode mais théoriquement secondaire, et qu'une bonne théorie universelle doit éliminer le temps comme variable élémentaire.
Je laisserai de côté les théories plus à la mode comme la théorie des cordes ou la gravité quantique à boucles, car elles sont beaucoup plus documentées sur le web.

Physique théorique et médiation technique

Certaines de ces théories sont franchement bidon, d'autres sont plus intéressantes. Mais ce qui m'interpelle dans ces exemples, c'est l'import d'idées d'autres disciplines.
Ainsi, Unzicker utilise des ingrédients de mécanique des solides, Raoul Charreton importe des concepts de la mécanique des fluides et de la physique statistique, les théories de l'éther exploitent des analogies entre lumière et acoustique...
Bref, de l'authentique médiation technique.