La physique est parfois plus proche de la philosophie lorsqu’il s’agit de comprendre l’Univers. Le Dr Donald Chang, physicien à l’Université des sciences et de la technologie de Hong Kong, tente d’élucider la question de savoir si l’Univers a un cadre de repos.
Une expérience proposée par le Dr Donald Chang vise à résoudre la divergence entre la relativité restreinte et le modèle standard de la cosmologie. Crédit image : NASA / ESA / Hubble Heritage Team / STScI / AURA / J. Blakeslee, NRC Herzberg, DAO / H. Ford, JHU.
Selon la théorie spéciale de la relativité d’Einstein, il ne devrait pas y avoir de cadre de repos dans notre Univers.
Une telle hypothèse, cependant, pourrait être en conflit avec le modèle standard de la cosmologie, qui considère le vide non pas comme un espace vide.
“Dans la célèbre expérience menée par Michelson et Morley à la fin du 19e siècle, il a été constaté que la propagation de la lumière est indépendante du mouvement du système de laboratoire”, explique le Dr Chang dans un article publié dans le numéro de mars 2017 de la Revue de l’Univers. European Physical Journal Plus.
“Cette découverte a été interprétée par Einstein comme une indication que les lois physiques régissant la propagation de la lumière sont équivalentes dans tous les cadres inertiels.”
” Dans un article publié en 1905, Einstein a élevé cette compréhension au rang de postulat : ” les mêmes lois de l’électrodynamique et de l’optique seront valables pour tous les cadres de référence. Ce postulat était connu comme le 1er postulat de la théorie de la relativité restreinte.”
“On peut remarquer que ce postulat de la relativité n’a été appliqué à l’origine qu’à ‘l’électrodynamique et l’optique’. Mais, par la suite, ce postulat a été généralisé à toutes les lois physiques. “
“Cela soulève donc une question sérieuse : Cette généralisation peut-elle être justifiée ? Les résultats de l’expérience de Michelson-Morley ont seulement démontré que la propagation de la lumière obéit au principe de relativité. Qu’en est-il des particules ayant une masse au repos ? Peut-on démontrer que le comportement physique des particules massives obéit également au 1er postulat de la relativité ?”
“Ce postulat de la relativité implique qu’il n’y a pas de cadre de repos dans notre Univers, sinon on pourrait déterminer quel cadre inertiel est stationnaire et quel cadre est en mouvement.”
“Cela signifie que le vide dans notre Univers doit être un espace vide et ne peut donc pas servir de système de référence.”
“Une telle exigence, cependant, sera en conflit avec la vision moderne du vide. Dans le modèle standard de la cosmologie actuelle, le vide est loin d’être vide.”
Image supérieure : schéma conceptuel du dispositif expérimental ; les électrons accélérés par un accélérateur sont analysés par deux spectromètres de masse identiques (situés à gauche et à droite). L’axe gauche-droite est orienté dans la direction est-ouest. Image du bas : un diagramme simplifié montrant l’idée de base du plan expérimental. S’il existe un cadre de repos dans notre Univers, on s’attend à ce que, pour deux électrons se déplaçant dans des directions opposées (droite et gauche), il y ait une différence dans leur masse mobile. Cette masseLa différence sera fonction de la saison et changera avec l’heure de la journée. (a) Une vue de dessus du mouvement de la Terre autour du Soleil. La vitesse globale de la Terre (vTerre) est la somme vectorielle de la vitesse de la Terre par rapport au Soleil (vTerre-Soleil) et de la vitesse du Soleil par rapport au reste de l’Univers (vSoleil). Ainsi , vTerre changera en fonction de la saison de l’année. (b) Les bras R et L de l’appareil sont orientés dans la direction Est-Ouest. En raison du mouvement de la Terre, l’orientation de l’appareil est différente par rapport à la direction Est-Ouest. vTerre selon l’heure de la journée. Ainsi, les électrons se déplaçant vers la droite et la gauche auront des vitesses différentes par rapport au cadre de repos de notre Univers. Cela signifie que la différence de leur masse en mouvement changera également en fonction des heures de la journée. Crédit image : Donald Chang, doi : 10.1140/epjp/i2017-11402-4.
Dans son article, le Dr Chang propose de mesurer précisément les masses de deux particules chargées se déplaçant dans des directions opposées.
La pensée conventionnelle suppose que le cadre inertiel s’applique également aux deux particules.
Si c’est le cas, aucune différence de masse détectable entre ces deux particules ne devrait apparaître.
Cependant, si le contraire est vrai, et qu’il existe un cadre de repos dans l’Univers, le chercheur s’attend à voir une différence de masse qui dépend de l’orientation du cadre de laboratoire.
Cette expérience, partiellement inspirée des expériences de Michelson-Morley, “peut être réalisée en utilisant les techniques expérimentales existantes”.
” Pour des raisons de simplicité, un électron peut être utilisé comme particule chargée dans l’expérience “, a déclaré le Dr Chang.
“Bien sûr, la même expérience peut être réalisée avec des protons, ce qui peut avoir l’avantage d’une plus grande précision, puisque le proton a une masse au repos plus importante.”