L'un des principes fondamentaux de la physique est le suivant : les quantités fondamentales, comme la vitesse de la lumière ou la masse de l'électron, en passant par la constante de Newton, sont supposées n'avoir pas bougé avec le temps, et être les mêmes partout dans l'espace.
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C'est en observant le rayonnement d'un quasar, objet parmi les plus vieux de notre Univers, qu'une variation infime au cours du temps du ration masse du proton / masse de l'électron a pu être mesurée. Photo © Nasa |
Dans le cas contraire, la physique aurait un pouvoir prédictif beaucoup plus limité : des constantes fondamentales qui varient dans le temps violent par exemple le principe d'équivalence au cur de la relativité d'Einstein. Est-ce à dire pour instant que l'invariabilité est inscrite dans le marbre ?
Mesurer des ratios sans dimension
Encore faudrait-il observer des variations, ce qui n'est pas une mince affaire. Car si l'on y réfléchit, les outils dont nous nous servons pour mesurer les constantes physiques sont eux-mêmes régis par la physique, ce qui tendrait à démontrer que toute détection d'un changement est impossible. Sauf bien sûr si l'on s'intéresse à des ratios "sans dimension", c'est à dire indépendants de l'unité que l'on choisit.
C'est le cas par exemple du ratio masse du proton sur masse du l'électron. Il vaut 1836 (et quelques) et est l'une des constantes fondamentales de la nature. Or il se trouve que des équipes de chercheurs menées par Patrick Petitjean à Paris, Alexandre Ivanchik à Saint Petersbourg, et Wim Ubachs à Amsterdam, ont rassemblé des données (en l'occurence les raies d'absorption, dans le spectre de deux quasars, de l'hydrogène moléculaire, par comparaison avec des mesures effectuées en laboratoire) montrant une variation du ratio de masse proton/électron.
Cette variation est incroyablement faible (0,002% sur 12 derniers milliards d'années) mais pourrait avoir d'importantes répercussions sur notre modèle d'Univers. Celui-ci émerge de conditions initiales si finement "réglées" qu'une modification même infime de l'une d'entre elles conduirait à un résultat radicalement différent.
Variation des constantes et théorie du tout
Une autre constante, la constante de structure fine, qui caractérise la façon dont la lumière et les électrons interagissent, a fait l'objet d'observations astrophysiques (discutées) autorisant à penser qu'elle aussi a varié avec le temps. De quoi (et nous revenons ainsi à notre sujet de départ) donner du grain à moudre aux scientifiques qui s'intéressent à la "grande unification".
Pourquoi ? Parce qu'une variation des constantes fondamentales de la nature s'inscrit harmonieusement dans le paysage d'une théorie comme celle des cordes. Rappelons-nous que dans ce cadre, la physique se déploie dans bien plus que trois dimensions d'espace : si donc tout ou partie des dimensions supplémentaires ont évolué avec le temps, il en va de même des constantes fondamentales...
