La théorie de la gravité d'Einstein, la relativité générale, a été un pilier de la physique pendant plus d'un siècle. Pourtant, elle présente des limites théoriques qui suggèrent qu'elle ne peut pas être la théorie ultime de la gravité. Les singularités de l'espace-temps à l'intérieur des trous noirs et le Big Bang lui-même mettent en évidence ces lacunes.
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La relativité générale n'a été testée que dans des conditions de faible gravité. Selon les physiciens théoriciens, des écarts par rapport à cette théorie doivent inévitablement se produire.
Déviations et mécanique quantique
Georges Lemaître a d'abord proposé que notre Univers ait commencé avec un Big Bang, une idée largement acceptée aujourd'hui. Les singularités se cachent également à l'intérieur des trous noirs, où l'espace et le temps cessent d'avoir un sens. Ces phénomènes indiquent que la théorie d'Einstein est incomplète. La mécanique quantique, qui s'applique à des échelles très petites, devrait théoriquement résoudre ces singularités.
Le modèle standard de la cosmologie, connu sous le nom de modèle ΛCDM, est également incomplet. Il postule l'existence d'une énergie sombre pour expliquer l'accélération de l'expansion cosmique. Cependant, la nature de cette énergie sombre reste un mystère. De plus, des tensions observationnelles existent, notamment des mesures incompatibles de la constante de Hubble, qui détermine l'âge et l'échelle de distance de l'Univers.
Alternatives à la théorie d'Einstein
Des théories alternatives à la relativité générale ont été proposées, remontant aux premières investigations d'Arthur Eddington en 1923. Une classe populaire d'alternatives est la gravité scalaire-tensorielle. Ces théories peuvent se comporter comme la relativité générale dans des environnements à haute densité, tout en s'en écartant dans des environnements à faible densité.
Le spectre des alternatives à la gravité d'Einstein s'est considérablement élargi. Les détections récentes d'ondes gravitationnelles ont fourni un moyen de restreindre les modifications physiques de la gravité d'Einstein autorisées. Cependant, beaucoup de travail reste à faire, avec l'espoir que les avancées futures en astronomie multi-messager conduiront à la découverte de modifications de la relativité générale.