Combien de dimensions ? Un regard sur l’espace cosmique

La détection continue des ondes gravitationnelles a constitué une percée remarquable, pour de nombreuses raisons, parmi lesquelles la possibilité d'écarter ou de tester différentes théories décrivant la gravité. Certaines de ces nouvelles théories nécessitent l'existence de dimensions supplémentaires par rapport aux dimensions standards 3D+1 de la relativité générale (RG), où 3D représente les trois dimensions spatiales et 1 la dimension temporelle. Plus de ces 4 dimensions sont essentiellement nécessaires pour donner une voie alternative à l'hypothèse de la matière et de l'énergie noires, car la gravité s'échapperait dans ces dimensions supplémentaires, diminuant l'amplitude du signal d'onde gravitationnelle mesurée. Cela entraînerait une erreur dans la distance déduite de la source d'ondes gravitationnelles prédite par la relativité générale. Si cette hypothèse était avérée, elle pourrait expliquer la matière et l'énergie noires encore indétectables, au prix d'une remise en question de la théorie de la relativité générale, puisque l'existence de la matière et de l'énergie noires résulte de l'hypothèse de la validité de la relativité générale à toutes les échelles et distances.

La collision de deux étoiles à neutrons détectée en 2019 a fourni des informations supplémentaires, en raison des ondes électromagnétiques qui accompagnent le signal gravitationnel.  C'est le cas de l'événement GW170817 détecté par LIGO le 17 août 2017, qui a produit des ondes gravitationnelles, des rayons gamma, des rayons X, des ondes radio, de la lumière optique et infrarouge. Un tel événement a permis de poser la question suivante : "les ondes gravitationnelles de grande longueur d'onde et les photons de courte fréquence existent-ils dans le même nombre de dimensions de l'espace-temps ?"[1]

Des chercheurs de l'université de Chicago ont testé pour la première fois des théories de la gravité modifiée en comparant les différences de temps de propagation entre les  ondes gravitationnelles et les ondes électromagnétiques dans l'espace-temps.  Selon la relativité générale, l'amplitude des ondes gravitationnelles diminue inversement à la distance de luminosité (en gros; la distance aux étoiles). Des écarts par rapport à cette relation pourraient attester de l'existence de dimensions compactes supplémentaires. Si la gravité s'épanche dans ces autres dimensions en cours de route, le signal mesuré serait plus faible que prévu, tandis que les ondes électromagnétiques ne seraient pas affectées. En comparant la distance de luminosité de GW170817 (obtenue selon la Relativité Générale et la distance mesurée par les ondes électromagnétiques de sa galaxie hôte, NGC 4993, les auteurs ont trouvé que la théorie de la fuite gravitationnelle ne tenait pas. En d'autres termes, les chercheurs impliqués dans cette étude n'ont trouvé aucune preuve de dimensions spatiales supplémentaires. GW170817 est entièrement compatible avec la relativité générale.

“Il semble pour l'instant que l'univers possède les mêmes dimensions familières - trois dans l'espace et une dans le temps - même à des échelles de cent millions d'années-lumière.”

_{La perspective de RSF}

Le débat sur le nombre de dimensions est l'une des controverses de la physique, tout comme celle de la densité d'énergie du vide quantique et cosmologique, qui a reçu le nom de Catastrophe du Vide, et la controverse sur l'unification des échelles dans la matière.

La divergence entre le nombre de dimensions prédit par le modèle standard de la physique des particules (11D, dont la plupart restent supposément compactes et ne se manifesteraient donc pas à notre échelle), c'est-à-dire à l'échelle quantique, et les dimensions prédites par la vision cosmologique plate, semble insoluble, puisqu'il n'existe aucune théorie qui puisse expliquer comment les relier.

Heureusement, dans le modèle holographique généralisé, ce n'est pas un problème car tout est exprimé en volume, à commencer par les unités sphériques de Planck (PSU). C'est précisément cette définition qui considère le volume dès les premiers principes du modèle holographique généralisé qui a permis à cette théorie de fonctionner correctement.

Les observations astronomiques de cette étude sont en accord avec le même nombre de dimensions spatiales que nécessite le modèle holographique généralisé !    

En savoir plus :

https://phys.org/news/2018-09-gravitational-dose-reality-extra-dimensions.html#jCp

Références

[1] Kris Pardo et al JCAP07(2018)048

     

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