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Relativité intriquée

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Planetary Astronomy
Observing, imaging and studying the planets
A comprehensive book about observing, imaging, and studying planets. It has been written by seven authors, all being skillful amateur observers in their respective domains.
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Bon, je ne sais pas si c'est du solide, mais ça nous change des discussions récentes sur la cosmologie que nous avons connues ici.

Sans juger de la qualité des travaux, ce dont je suis incapable, je trouve que le ton qu'emploie leur auteur dans cette interview est rassurant. Il ne prétend pas tout fracasser, explique que sa théorie ne se bidouille pas (elle marche, ou pas) et qu'on devrait être capable de tester ses prédictions.

Cela dit, s'il a raison, c'est le Nobel direct, donc bon, wait and see.

 

Qu'en pensent les gens qui ont le niveau pour se faire une opinion?

Edited by Kirth
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Posted (edited)

J'en ai discuté avec deux amis qui bossent ou ont bossé sur le sujet (ils ont un compte AS, s'ils passent par ici je les invite à intervenir directement). Je relaie ça ici en résumé:

 

1) L'appellation nouvelle théorie c'est essentiellement du pipeau car la trame de ce papier c'est une extension minimale de la RG (théorie tenseur-scalaire), inventée par Brans et Dicke il y a 70 ans: Brans–Dicke theory - Wikipedia

 

2) Si l'on se réfère à un autre papier de l'auteur (1811.05845.pdf (arxiv.org)), il semble que certains choix théoriques soient fortement sujet à caution, en tout cas cela a fait bondir les deux personnes de référence à qui j'ai posée la question. 

 

Simon

 

 

Edited by AlSvartr
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Ah, merci Simon d'avoir creusé le sujet!

 

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Bonjour,

Merci @Ominazzoli d'intervenir personnellement sur ce forum et de nous en donner des explications, en effet cela nous change de certains hurluberlus qui ne font que du verbiage sans rien comprendre de ce qu'ils racontent.

Cette théorie est pointue, et demande également beaucoup d'effort pour en comprendre les rouages.

Cependant je comprends également les interrogations que cela suscite.

Notamment sur sa genèse  : comment on en arrive à postuler la nouvelle loi de l'action :

image.png.7f9acbbb4bfcf623fd41e5b529862827.png

Avec l'introduction de cette nouvelle constante fondamentale ksi ? quelle en a été le facteur déclenchant ? (si c'est possible de le décrire rapidement)

Cette nouvelle théorie apporte-t-elle des réponses sur la nature de la matière noire ou de l'énergie sombre ?

Et, plus prosaïquement, que résout cette théorie que ne le fait actuellement la relativité générale ? A partir d'observations en désaccord avec la théorie d'Einstein ?

Marc

Edited by marco polo
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Merci encore @Ominazzoli

Quel domaine passionnant ! et la vulgarisation est très intéressante, car sans elle une théorie perd son essence physique.

De mêmes les expériences de pensées sont représentatives du raisonnement que peut donner le théoricien afin d'en exprimer une consistance "phénoménologique".

Si j'ose résumer très grossièrement la génèse de cette nouvelle théorie, et si j'ai bien compris, vous êtes partis de deux idées fondamentales :

 - La réalité du principe de Mach (en désaccord partiel avec la RG)

 - La négation de l'existence de singularités physiques telles qu'elles apparaissent dans la RG et notamment dans les trous noirs.

Puis en "manipulant" (sans aucun sens péjoratif) les équations fondamentales de la dynamique et du mouvements de la RG, vous en avez élaboré de nouvelles qui permettent d'implémenter les deux idées précédentes au sein de la RG.

Conservez-vous un des fondements théoriques de la RG  ? à savoir un espace temps (4D) non euclidien dérivé d'un espace-temps plat pseudo-euclidien dit de Minkowski ?

Comment se définit le tenseur métrique dans votre relation de l'action ? aboutissons nous par des simplifications aux métriques connues de la RG

Si non, avez vous déjà décrit ou donné l'expression d'une métrique nouvelle, concurrente de celle de Schwarzschild ? et qui permet d'effectuer des calculs nécessaires à la visualisation/modélisation des  trous noirs ?

 

Marc

 

 

 

Edited by marco polo
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Pas de soucis @marco polo, c'est plutôt agréable de répondre aux questions qu'on me pose sur mes propres travaux! :)

 

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Si j'ose résumer très grossièrement la génèse de cette nouvelle théorie, et si j'ai bien compris, vous êtes partis de deux idées fondamentales :

 - La réalité du principe de Mach (en désaccord partiel avec la RG)

 - La négation de l'existence de singularités physiques telles qu'elles apparaissent dans la RG et notamment dans les trous noirs.

Puis en "manipulant" (sans aucun sens péjoratif) les équations fondamentales de la dynamique et du mouvements de la RG, vous en avez élaboré de nouvelles qui permettent d'implémenter les deux idées précédentes au sein de la RG.

 

Nous ne sommes pas si intelligents! xD

Non, c'est plutôt en cherchant à obtenir une théorie de la forme f(R,L_m) qui redonnait grossièrement la phénoménologie de la relativité générale grâce au découplage intrinsèque que j'ai mentionné plus haut que nous sommes tombés sur cette théorie (plutôt par hasard donc), qui se trouve satisfaire le principe de Mach (en tout cas l'une des versions définie par Einstein) et qui pourrait peut-être aussi éviter la formation des singularités. Il s'agit bien d'un cas de sérendipité plutôt que d'une recherche guidée par l'intention de résoudre les problèmes qu'elle semblerait pouvoir résoudre a posteriori! :)

 

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Conservez-vous un des fondements théoriques de la RG  ? à savoir un espace temps (4D) non euclidien dérivé d'un espace-temps plat pseudo-euclidien dit de Minkowski ?

 

A part le couplage de la matière à la courbure dans la densité Lagrangienne, tout le reste est identique à la relativité générale. Il s'agit réellement d'une autre version possible pour une théorie générale de la relativité, et c'est aussi la raison pour laquelle nous avons choisi de nommer la théorie "relativité intriquée".

 

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Comment se définit le tenseur métrique dans votre relation de l'action ? aboutissons nous par des simplifications aux métriques connues de la RG

 

En champ faible et pour des objets de faibles densités, on obtient la même métrique qu'en relativité générale.

Il pourrait y avoir de petits écarts à la métrique de la relativité générale pour les étoiles à neutrons les plus denses, qui induiraient des effets que nous comptons peut-être, à terme, contraindre avec l'observation de leurs pulsations dans l'X, notamment grâce à l'instrument NICER.

 

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Si non, avez vous déjà décrit ou donné l'expression d'une métrique nouvelle, concurrente de celle de Schwarzschild ?

 

Les trous noirs de Schwarzschild ne sont pas des solutions de la théorie, mais nous avons montré qu'ils sont vraisemblablement d'excellentes approximations dans des conditions astrophysiques (c'est-à-dire, quand les champs matériels à l’extérieur du trou noir tendent vers 0 sans pour autant être exactement égaux à 0) des trous noirs sphériques de la relativité intriquée, dont nous avons trouvé une solution exacte. (En fait, les trous noirs de Schwarzschild ne sont pas non plus des solutions de la relativité générale avec une constante cosmologique, mais de bonnes approximations aussi. Voir par exemple https://en.wikipedia.org/wiki/De_Sitter–Schwarzschild_metric).

 

Quote

et qui permet d'effectuer des calculs nécessaires à la visualisation/modélisation des  trous noirs ?

 

Pour info et parce-que la vidéo est cool, Alessandro Roussel de la chaîne YouTube SienceClic a réalisé une simulation de la lentille qu'on pourrait attendre dans des cas extrêmes en relativité intriquée (mais qui ne peuvent probablement pas se former par effondrement d'un astre, donc qui ne peuvent probablement pas exister dans la nature): 

 

 

Olivier

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j'en connais qui vont aimer ce terme de "sérendipité" à replacer à bon escient dans certaines discussions entre ultracrépidarianistes :ph34r:

En tout cas cela m'incite à me replonger dans certains fondamentaux effleurés il y a dèjà trop longtemps.

et merci également pour les différents liens.

Marc

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Tout ça est très Intéressant (euphémisme).

Je serais curieux de savoir si la théorie dont il est question  s'éloigne de la RG en ce qui concerne les ondes gravitationnelles émises lors de la coalescence d'objets compacts (étoiles à neutron, trous noir ...) ...

 

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Bravo! Passionnant, et merci de rendre accessible ce sujet.

Je me permets de repiquer le lien suivant qui est remarquable, vraiment, pour illustrer les effets de lentille d'un trou noir.

Autrement le séminaire du 18/11 à 10h en salle Artemis sera-t-il accessible à distance par le vulgum pecus?

Encore merci

 

Edited by Mercure
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Corrigez-moi si je me trompe, mais le paragraphe "C. Scalar field normalisation" de l'article https://arxiv.org/pdf/2011.14629.pdf semble indiquer que dans ce cadre théorique, il serait possible d'avoir une "constante de Newton" différente (d'où les guillemets") d'une région à l'autre. Vu que loin d'un objet compact le champ scalaire n'évolue pas , c'est l'objet compact le plus proche qui va déterminer la constante de gravitation effective dans son voisinage.

Autrement dit selon les caractéristiques du trou noir de la galaxie, on aurait une constante de gravitation plus ou moins grande ?

 

Etonnant. ça devrait avoir des conséquences observationnelles ? Mais je n'ai peut-être rien compris. 

Edited by PascalD
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@PascalD
 

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Je serais curieux de savoir si la théorie dont il est question  s'éloigne de la RG en ce qui concerne les ondes gravitationnelles émises lors de la coalescence d'objets compacts (étoiles à neutron, trous noir ...) ...

 

Sous sa forme tenseur-scalaire, et pour des trous noirs chargés, la théorie est un cas particulier de théories dites "Einstein-Maxwell-dilaton". En particulier on peut montrer qu'elle correspond à un facteur de couplage ("alpha" ou "a" en fonction des papiers) égale à 1/(2sqrt(3)).  L'émission des ondes gravitationnelle dans le cadre général de ces théories a été étudiée très récemment numériquement (https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.97.064032) et analytiquement (https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.98.104010). Les deux études indiquent qu'il semble très difficile d'avoir des déviations par rapport à la relativité générale dans ces cas. Il faudrait refaire ces études pour la valeur précise du paramètre correspondant à la relativité intriquée pour le cas où, mais il serait vraiment surprenant de ne pas obtenir les mêmes résultats je pense.

 

Ce n'est probablement pas la même chose pour les binaires d'étoiles à neutrons, mais c'est plus compliqué à étudier et ça prendra donc a priori plus de temps. Qui plus est, il risque d'y avoir une dégénérescence entre les effets liés à l'incertitude sur l'équation d'état des étoiles à neutrons et les effets qui seraient purement dus à la relativité intriquée. Donc ça ne me semble pas la meilleure voie pour tester la théorie a priori.

 

Quote

Corrigez-moi si je me trompe, mais le paragraphe "C. Scalar field normalisation" de l'article https://arxiv.org/pdf/2011.14629.pdf semble indiquer que dans ce cadre théorique, il serait possible d'avoir une "constante de Newton" différente (d'où les guillemets") d'une région à l'autre.

 

Oui c'est tout à fait possible en théorie. Mais...:

 

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Vu que loin d'un objet compact le champ scalaire n'évolue pas , c'est l'objet compact le plus proche qui va déterminer la constante de gravitation effective dans son voisinage.

 

Non, c'est la valeur asymptotique du champ scalaire, qui est fixée par l'évolution cosmologique (et ou astrophysique) de celui-ci, qui détermine la valeur de cette "constante effective". Mais d'une, le champ scalaire gèle lors de son évolution cosmologique (au moins) dès que l'on entre dans la période cosmologique dite "de matière" (grosso modo à partir de l'époque CMB), et de deux, le champ scalaire n'étant pas "sourcé" par la poussière et la radiation, sa valeur ne devrait pas bouger sur des échelles astrophysiques non plus, au moins au premier ordre. Les effets de second ordre, qui pourraient être dus aux champs magnétiques par exemple, restent à être étudiés bien-entendu et pourrait tout à fait être problématique pour la théorie. (Je ne pense pas ceci dit, mais cela reste à être étudié).

 

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@Mercure

 

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Autrement le séminaire du 18/11 à 10h en salle Artemis sera-t-il accessible à distance par le vulgum pecus?

 

J'espère bien! je vais le demander en tout cas. :)
Je vais demander aussi à voir si on peut l'enregistrer pour le mettre ensuite sur YT.

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Il y a 4 heures, Ominazzoli a dit :

et de deux, le champ scalaire n'étant pas "sourcé" par la poussière et la radiation, sa valeur ne devrait pas bouger sur des échelles astrophysiques non plus

Là je dois dire que je ne comprends pas pourquoi.

Si il était possible de développer un peu (ou d'indiquer une publication) ça serait vraiment cool. En tout cas merci d'intervenir ici.

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Bonjour,

@Ominazzoli, Olivier, si je puis me permettre, vous allez vous retrouver face à de nombreuses questions parfois candides qui risquent de vous prendre du temps :).

celles de @PascalD sont très intéressantes et notamment sur le devenir  de la constante gravitationnelle G et de sa formulation. je continue donc.

1) Je suppose que parmi vos pairs chercheurs ou théoriciens vous rencontrez des détracteurs. Quels sont leurs arguments les plus pertinents et qui vous posent actuellement les plus grands défis ?

2) Dans votre ébauche d'article wikipédia, vous citez la création de la constante cosmologique par Einstein pour  éliminer la solution d'un espace vide de matière, mais donc que même après cette modification des solutions contradictoires existaient. Après une replongée dans les énoncés et interprétations nombreuses de ce même principe de Mach, il semble qu'il y ait beaucoup de controverse sur ce principe. Faut-il obligatoirement l'utiliser pour baser toute théorie gravitationnelle ?

3) les théories sont mathématiques, et donc cela débouche sur des formulations et des équations qui peuvent admettre de nombreuses solutions. Cependant toutes les solutions mathématiques de ces équations doivent-elles obligatoirement avoir une réalité physique ? notamment celle asymptotique d'un espace vide de matière ? La présence de ces solutions "irréelles" invalident-elles, selon vous la théorie actuelle de la RG ?

4) Dans mes lectures j'avais compris que les singularités de la RG ou de la cosmologie étaient des singularités de coordonnées (sphérique dans le cas de la métrique de Schwarzschild) et qu'avec d'autres systèmes de coordonnées,  notamment à l'approche de l'horizon du TN, et en son centre, ces singularités disparaissaient. Est-ce vrai ?

Merci encore et j'essaierai d'être disponible pour votre séminaire du 18/11

Marc

Edited by marco polo
Orthographe

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il y a 5 minutes, marco polo a dit :

4) Dans mes lectures j'avais compris que les singularités de la RG ou de la cosmologie étaient des singularités de coordonnées (sphérique dans le cas de la métrique de Schwarzschild) et qu'avec d'autres systèmes de coordonnées,  notamment à l'approche de l'horizon du TN, et en son centre, ces singularités disparaissaient. Est-ce vrai ?

Penrose a eu le prix Nobel pour avoir (entre autre)  démontré le contraire: le centre d'un trou noir est nécessairement une singularité en RG classique.

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@PascalD

 

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Là je dois dire que je ne comprends pas pourquoi.

Si il était possible de développer un peu (ou d'indiquer une publication) ça serait vraiment cool. En tout cas merci d'intervenir ici.

 

Techniquement c'est assez simple. Le découplage est total quand L_m = T dans les équations de champs. C'est simplement le cas pour de la poussière et/ou de la radiation électromagnétique.

 

Pour l'évolution cosmologique: le d'Alembertien pour une espace de Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker induit un terme de friction dans les équations aux dérivées partielle pour le champ scalaire qui est dû à l'expansion de l'univers. Ce terme de friction gèle la valeur du champ là où elle se trouvait auparavant.

 

Une référence possible est la suivante: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/ac0589

 

Pour les sources locales ensuite, si G peut varier très proche des objets les plus dense, cela veut en fait simplement dire que la métrique extérieure s'écarte légèrement de la métrique de Schwarzschild quand on est proche de l'objet, mais la perturbation redevient quasiment identique à celle de Schwarzschild quand on s'écarte de seulement une centaine de km de l'étoile à neutron par exemple. Donc loin de la source, il n'y a pas de différence apparente par rapport à la RG, en terme de perturbation métrique en tout cas. Nous pensons néanmoins potentiellement pouvoir tester cet écart à la métrique de Schwarzschild avec l'instrument NICER sur l'ISS.

Une référence possible sur ce sujet est la suivante: https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.103.024034

 

Il n'y a vraisemblablement pas de différences observables pour les trous noirs astrophysiques non-plus: https://link.springer.com/article/10.1140%2Fepjc%2Fs10052-021-09441-w 
(Un autre aspect à aussi garder en tête  pour un trou noir de Schwarzschild peut-être pour votre question, est qu'il complètement définit par son rayon. Comme G est constant en RG, on parle directement en général de sa masse, mais c'est bel est bien seulement son rayon qui caractérise le trou noir de Schwarzschild).

Edited by Ominazzoli
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@marco polo

 

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1) Je suppose que parmi vos pairs chercheurs ou théoriciens vous rencontrez des détracteurs. Quels sont leurs arguments les plus pertinents et qui vous posent actuellement les plus grands défis ?

 

L'argument contradicteur ressortit le plus souvent est lié au problème de Cauchy. C'est technique donc je ne vais pas entrer dans les détails. Mais pour toute personne qui a étudié les théories f(R), ce ne semble vraiment pas être un soucis. Il faudrait le vérifier explicitement , mais ce n'est pas dans mes priorités pour le moment. Donc j'espère que d'autres que moi se pencheront sur le sujet.

 

Le plus grand défi à mon avis va être de déterminer la forme dans les équations de champs du Lagrangien pour différents types de fluides, autres que simplement de la poussière et/ou de la radiation pure. Ça va être vraiment costaud car il faut partir de la microphysique avec des lois modifiées à cause du champ scalaire, pour obtenir au final un comportement macroscopique utilisable. En fonction de la réponse à cette question, la théorie pourrait entraîner trop de variation du différentiel de fréquences entre des horloges atomiques de différentes compositions. La encore, c'est très technique. Comme cela implique un mélange de physique des particules, de physique nucléaire et atomique, et de physique gravitationnelle, je ne pense pas que la question trouvera une réponse de si tôt malheureusement.

 

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Après une replongée dans les énoncés et interprétations nombreuses de ce même principe de Mach, il semble qu'il y ait beaucoup de controverse sur ce principe. Faut-il obligatoirement l'utiliser pour baser toute théorie gravitationnelle ?

 

Absolument pas. Chacun est libre de privilégier certaines pistes plutôt que d'autres. En ce qui concerne le principe de Mach, il a eu effectivement beaucoup de controverses, mais beaucoup sur la simple définition de ce que cela pouvait vouloir dire, pour Mach, avant Mach, pour Einstein, après etc. Pour ma part, une théorie dans laquelle un espace-temps peut être dépourvu de toute matière est fondamentalement problématique. Il me faudrait beaucoup de temps pour développer donc je ne le ferai pas ici, mais 'l’impossibilité de définir la théorie sans matière est véritablement ce qui m'enthousiasme avec cette théorie.

 

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La présence de ces solutions "irréelles" invalident-elles, selon vous la théorie actuelle de la RG ?

 

C'est une question métaphysique, qui est souvent d'ailleurs au cœur des disputes à propos du principe de Mach. Pour ma part, si l'on admet que ces solutions ne sont réellement pas acceptables, alors elles posent effectivement problème (même sans être réalisées dans la nature), dans la mesure où leur existence ou pas ne dépend finalement que des conditions initiales de l'univers. Donc cela voudrait dire que la théorie peut ou ne pas être "acceptable" en fonction des conditions initiales. Cela ne me semble pas très souhaitable pour une théorie.

 

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Dans mes lectures j'avais compris que les singularités de la RG ou de la cosmologie étaient des singularités de coordonnées (sphérique dans le cas de la métrique de Schwarzschild) et qu'avec d'autres systèmes de coordonnées,  notamment à l'approche de l'horizon du TN, et en son centre, ces singularités disparaissaient. Est-ce vrai ?

 

Ce sont les infinis qui apparaissent au niveau de l'horizon qui sont des "singularités de coordonnées", qui peuvent donc être éliminés par un simple changement de système de coordonnées. Les singularités centrales sont de vrais singularités en revanche. Et comme l'a mentionné @PascalD, leur existence mathématique dans le cadre stricte de la relativité générale classique a été prouvé par Penrose (et Hawking pour la singularité du big bang). Le séminaire que j'ai partagé plus haut est justement sur ce sujet.

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Passionnant et prometteur.

J'ai notamment relevé cet extrait en fin d'article :

" on ne peut pas introduire directement la constante cosmologique d'Einstein dans la théorie car cela conduirait à des violations du principe d'équivalence que l'on n'observe pas. "

Il s'agit bien du principe d'équivalence version forte avec gravitation ?

Si j'ai bien compris, à ce stade de vos travaux, exit la constante cosmologique pour expliquer l'accélération de l'expansion de l'univers observable.

Encore merci pour votre participation à ce forum.

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