Pourquoi je choisis la matière noire plutôt que l’énergie noire – pour l’instant du moins

La matière noire est mon objectif ces jours-ci, mais les problèmes insolubles de l’énergie noire et de l’accélération cosmique sont toujours dans mon esprit, dit Chanda Prescod-Weinstein

Par Chanda Prescod-Weinstein

Une partie de ce qui rend ma vie intellectuelle intéressante est que je fais de la recherche non seulement en physique et en astronomie, mais aussi en sciences sociales. Du côté des études sociales, je m’intéresse particulièrement à la façon dont la race et le sexe façonnent le fonctionnement de la physique, et en y pensant, je me heurte souvent à la question du langage : comment influence-t-il la façon dont les gens de différentes communautés se rapportent à la science ? ? Croyez-le ou non, c’est ce qui m’est venu à l’esprit lorsqu’un lecteur m’a écrit pour me demander pourquoi je travaillais sur la matière noire au lieu de l’énergie noire.

Scientifiquement, c’est une question juste, mais je me suis demandé si la juxtaposition n’existait que dans l’esprit du lecteur parce que les deux contiennent le mot “sombre”. À certains égards, c’est à peu près la seule chose qu’ils ont en commun : l’utilisation du mot « sombre » pour dire « nous, en tant que scientifiques, ne pouvons pas le voir et ne savons pas ce qui se passe ».

Pour rappel, les cosmologistes pensent maintenant qu’environ 95 % du contenu énergétique de l’univers est composé d’énergie noire et de matière noire. L’énergie noire est un terme qui décrit une réponse probable à une question ouverte en cosmologie observationnelle : pourquoi l’expansion de l’univers s’accélère-t-elle ? Oui, pour une raison quelconque, l’espace-temps n’est pas seulement en expansion, mais cette expansion s’accélère. C’est complètement sauvage ! Jusqu’à présent, notre explication la plus simple est qu’il existe une énergie associée à l’espace vide qui accélère cette expansion. C’est ce qu’on appelle l’énergie noire.

Pendant ce temps, la matière noire se comporte très différemment de l’énergie noire : elle gravite exactement comme nous nous attendons à ce que la matière gravite. Mais, comme l’énergie noire, nous ne l’avons jamais vue ni interagi avec elle. Nous savons que ce doit être un type de particule différent de tous ceux que nous avons vus en laboratoire, et en ce moment nous essayons de comprendre exactement ce que c’est.

Le côté études sociales de mon cerveau s’intéresse à la façon dont ces noms fonctionnent, la façon dont les scientifiques se sont d’abord accrochés au nom de matière noire, puis l’ont évidemment adapté lorsque le problème de l’accélération cosmique est apparu. Cette curiosité va peut-être en parallèle avec celle de la personne qui m’a demandé pourquoi je passe autant de temps sur l’un et pas sur l’autre. Comme je l’ai dit, c’est une bonne question scientifique.

“Pour une raison quelconque, l’espace-temps n’est pas seulement en expansion, mais cette expansion s’accélère. C’est complètement sauvage !”

Je ne suis pas sûr d’avoir une bonne réponse scientifique. J’en ai un personnel, cependant. J’ai grandi avec le problème de l’accélération cosmique. Adolescente, je découpais une figure dans un Scientifique Américain article sur la nouvelle découverte que l’expansion de l’espace-temps s’accélère, et je l’ai collé à ma candidature au California Institute of Technology. J’ai écrit en dessous : “Je veux résoudre ce problème.” Au cours des 11 années suivantes, c’est exactement ce que j’ai essayé de faire. Au cours de ma première année de doctorat, je veillais tard le soir, avec l’impression que si je lisais suffisamment d’articles et réfléchissais suffisamment, la solution viendrait à moi.

J’ai finalement obtenu mon doctorat, après avoir soutenu « L’accélération cosmique comme phénoménologie de la gravité quantique » comme ma thèse. Je croyais – et je crois toujours – que l’accélération cosmique est notre premier indice expérimental sur la façon de résoudre le grand problème de la gravité quantique, la question de savoir comment fusionner la mécanique quantique avec la gravitation. Cette perspective n’est pas encore particulièrement à la mode, mais je m’y accroche.

C’est probablement aussi la raison pour laquelle j’en suis venu à voir l’énergie noire comme une sorte de problème insoluble que je dois personnellement travailler à résoudre. D’une part, j’ai un pressentiment (qui pourrait être faux) sur la façon dont cela s’intègre avec d’autres questions que nous avons. De l’autre, il y a des physiciens qui croient que le reste d’entre nous y réfléchissons trop. Selon eux, il s’agit simplement d’une énergie constante connue sous le nom de constante cosmologique, et la valeur de la constante cosmologique est un accident.

Cela nous prépare à une confrontation philosophique que je trouve très angoissante. Si la constante cosmologique avait une autre valeur, l’univers aurait évolué différemment, et nous n’en serions peut-être pas là. Les variations sur ce thème sont souvent connues sous le nom de principe anthropique. Je déteste ça, parce que ça ressemble moins à une explication qu’à une résignation.

Finalement, j’ai arrêté de travailler pour essayer de résoudre le problème de l’accélération cosmique parce que je n’avais pas d’idées meilleures que les fans d’anthropiques, et les anthropiques me rendaient triste. Entre-temps, j’ai développé une expertise en matière noire et ma contribution m’a permis de puiser dans des idées de physique atomique que j’ai toujours trouvées fascinantes.

La matière noire est une question cosmologique ouverte majeure et, du moins pour le moment, il est plus amusant de travailler dessus. Il est également possible que mon subconscient travaille sur une bonne explication de l’énergie noire – alors peut-être que quand ce sera fait, je serai de retour.