En septembre 2011, un rayon de neutrino a semblé parcourir la Terre 0,0025 % plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide, en voyageant entre un laboratoire du CERN à Genève, en Suisse, et le laboratoire italien Gran Sasso de l’INFN, à 730 kilomètres de là.
Certains piliers de la physique classique, jusqu’alors inébranlables, commenceraient à chanceler si cette expérience s’avérait reproductible. Les théories d’Einstein autorisent en fait l’existence de particules non décelables, qui se déplaceraient plus vite que la vitesse de la lumière. Ces particules portent le nom de tachyons. Cependant, il n’est aucunement possible de s’appuyer sur des éléments aussi théoriques que les tachyons pour transmettre des informations.
La véritable vitesse maximale, selon Einstein, se limite strictement à la vitesse de la lumière. Si ce rayon de neutrino décelable est si spectaculaire, ce n’est pas seulement parce qu’il pourrait démontrer que les neutrinos sont en fait des tachyons, mais surtout parce qu’il pourrait prouver l’existence concrète d’une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière.
Comme les observations de supernovas n’ont enregistré aucun rayon de neutrino longtemps avant l’arrivée des photons de ces catastrophes cosmiques, l’expérience du CERN nécessite une considération très critique. Des neutrinos de la supernova 1987a ont été décelés par le détecteur japonais Kamioka Nucleon Decay Experiment. Les neutrinos sont arrivés seulement trois heures environ avant que la lumière de la supernova n’atteigne la Terre, ceci étant dû au fait que la lumière reste piégée dans la supernova pendant une courte période. Ceci indiquerait plutôt que les neutrinos voyagent à la vitesse de la lumière. Si les résultats du CERN sont corrects, les neutrinos auraient dû arriver des années avant l’explosion de lumière de la supernova, et non pas des heures.
Il existe deux explications assez simples à cette apparente contradiction expérimentale de la limitation de la vitesse de la lumière dans le vide d’Einstein et de son postulat selon lequel la matière baryonique ne peut pas atteindre cette limite en raison de l’augmentation de sa masse relative et de l’énergie ainsi infinie qui serait nécessaire.
1) S’il s’avère impossible de reproduire l’expérience, cela voudra dire qu’il y a eu une erreur toujours inconnue dans la méthode d’évaluation, car les neutrinos interagissent rarement avec la matière et sont donc extrêmement difficiles à détecter.
2) Dans le cas où l’expérience serait reproductible, ou si les neutrinos voyagent exactement à la vitesse de la lumière, l’explication la plus simple serait que l’espace-temps quadridimensionnel du vide n’est pas une grille purement géométrique comme le supposait Einstein, mais plutôt un genre particulier de milieu de stockage énergétique n’ayant pas été décelé par la physique classique à ce jour. Les faits connus sur son existence indiquent que certaines particules peuvent en fait voyager plus vite que la vitesse de la lumière à travers ce milieu, provoquant généralement des phénomènes lumineux connus sous le nom de radiation Cherenkov.
Cet effet Cherenkov est comparable au bang sonique produit par un avion supersonique. Si les neutrinos voyagent exactement à la vitesse de la lumière, ou même au-delà de cette limite, ils pourraient acquérir leur masse extrêmement petite par un effet similaire, ce qui expliquerait pourquoi nous ne remarquons pas une très grande augmentation de la masse relative malgré leur vitesse relative élevée, atteignant la vitesse de la lumière ou presque, allant à l’encontre des hypothèses et équations d’Einstein en ce qui concerne les masses baryoniques.
Mais à quoi ressemblerait un genre aussi particulier de milieu spatio-temporel ? Il ne peut certainement pas s’agir du type d’éther supposé par Lorentz et d’autres scientifiques pendant toutes les années de l’approche d’espace-temps géométrique d’Einstein, puisque la vitesse de la lumière ne serait pas constante pour tout observateur.
La première solution à cette énigme devient possible en enrichissant la vision de l’espace-temps par Einstein d’aspects de mécanique quantique et d’un élément rotatif de l’effet bien connu d’une relativité de simultanéité des évènements ; une sorte de mousse d’énergie quantique apparaît ainsi dans le vide de l’espace. Einstein n’a considéré aucune quantification du temps et de la longueur dans ses théories générale et spéciale de la relativité parce qu’une telle limite à des valeurs infinitésimales n’avait pas encore été découverte ni traitée à l’époque. Les neutrinos n’étaient pas connus non plus. Les tout premiers aspects de mécanique quantique sont entrés dans la physique seulement des années plus tard sous la forme du principe d’incertitude d’Heisenberg et de l’échelle de quantification de Planck.
Depuis l’ère d’Einstein, nous savons que des évènements simultanés pour un observateur dans une fusée le long de l’axe mobile de cette dernière deviendront des évènements séquentiels pour un observateur immobile en cas de vitesse relative élevée, parce que la vitesse de la lumière reste constante pour les deux observateurs, causant ainsi ce que l’on appelle la relativité de simultanéité des évènements. Si nous limitions maintenant, par exemple, la distance entre deux éclats de lumière simultanés à une petite valeur minimale infinitésimale, un observateur immobile verrait ces évènements simultanés de manière séquentielle à une certaine vitesse de la fusée. L’observateur immobile verra à coup sûr un impact énergétique puisque selon la grille spatio-temporelle d’Einstein, une sorte d’effet de stockage d’énergie sera créée le long de son axe temporel pour le second éclat. Cette fonction bien connue de la théorie de relativité spéciale d’Einstein peut être représentée sous la forme d’un graphique en deux dimensions, où les évènements simultanés sont indiqués sur l’axe x de la longueur, et les évènements séquentiels sont représentés sur l’axe y du temps.
La transformation des évènements simultanés en évènements séquentiels, grâce aux formules éprouvées et incontestées des idées relativistes et la considération de cette simple quantification aux faibles limites de distance de l’espace et de progression du temps, génèrent des éléments rotatifs quantifiés dans la réflexion globale. Ceci conduit à une structure spatiotemporelle étendue avec des zones de stockage d’énergie obscure et de matière obscure relatives, ainsi qu’à une explication possible de l’étrange nature et comportement des neutrinos, peu importe que l’on apprenne qu’ils se déplacent exactement à la vitesse de la lumière, un peu en dessous, ou, ce qui nous surprendrait tous, un peu au-dessus.
Par Henryk Frystacki, PhD Membre de l’Académie russe des sciences techniques, Moscou ; Membre du Conseil externe de l’Institut de la gravitation et du cosmos de l’Université d’État de Pennsylvanie, États-Unis.
Merci pour cet article pédagogique et intéressant. Il jette une lumière plus franche sur les affirmations un peu rapides de la presse généraliste. Je ne comprends pas le « stockage d’énergie » cependant : s’il agit de l’énergie noire, son existence serait donc admise et/ou prouvée dans des cas de déplacements relativistes ? Remarque à l’auteur/traducteur : « special relativity » se dit « relativité restreinte » en français. Nuances culturelles dans la science universelle…