Antigravité - Définition

Solutions hypothétiques

Certaines histoires de science-fiction postulent l’existence d’une substance partiellement ou complètement opaque à la pesanteur. Placer cette substance en dessous d’un objet réduirait ou éliminerait son poids, plaçant l’objet en lévitation avec une dépense d’énergie relativement faible. En physique newtonienne, où la gravité est une force qui se transmet de point à point, cette approche est admissible : le champ gravitationnel serait inhibé par un bouclier de la même manière que le champ magnétique l'est par des substances diamagnétiques.

Il y a de sérieuses raisons de penser que ce genre de substance n’existe pas. Imaginons les résultats obtenus si on plaçait une substance sous la moitié d’une roue en chute libre. Un côté de la roue sous la substance n’aurait pas de poids, tandis que l’autre subirait la gravité. Ce mouvement pourrait être exploité pour produire de l’énergie à partir de rien ce qui est une violation très claire du premier principe de la thermodynamique. Plus généralement, cela découle des lois de Gauss, qui indiquent que le carré inverse d’un champ statique (tel que le champ gravitationnel terrestre) ne peut être bloqué (le magnétisme est statique, mais au cube inverse).

L'antigraviton (particule d'antimatière associée au graviton) n'est pas une particule d'antigravité — d'ailleurs l'antigraviton est le graviton (une particule non chargée et non massique est sa propre antiparticule).

Dans le contexte de la théorie de la relativité générale, le concept entier est un illogisme.

Boucliers gravitiques

En 1948, un homme d'affaire florissant Roger Babson, fondateur du Babson College, créa la Gravity Research Foundation pour étudier la façon de réduire les effets de la gravité.

Leurs efforts étaient au début un peu désordonnés, mais ils tinrent des conférences occasionnelles qui attirèrent des personnes telles que Clarence Birdseye, reconnu comme l'inventeur de la nourriture surgelée, et Igor Sikorsky, inventeur de l'hélicoptère. Avec le temps, la Fondation se détourna des tentatives de contrôler l'anti-gravité pour simplement se concentrer à mieux la comprendre. La Fondation a disparu quelques temps après la mort de Babson, en 1967. Cependant, elle continue de distribuer un prix récompensant des études, des tentatives ou des expériences, en offrant des prix jusqu'à US$ 5 000. En 2007, elle était toujours gérée depuis Wellesley, Massachusetts par George Rideout, Jr., le fils du premier directeur de la Fondation. Parmi les lauréats récents, on compte l'astrophysicien californien George F. Smoot, qui fut en 2006 lauréat du Prix Nobel de physique.

Recherches en relativité générale dans les années 50

La théorie de la relativité générale fut présentée dans les années 1910, mais son développement fut considérablement ralenti par l'inexistence des outils mathématiques idoines. Certains d'entre eux apparurent dans les années 1950, et dans les années 1960 se produisit une période florissante pour cette théorie que l'on baptisa ultérieurement l'âge d'or de la relativité générale. Bien qu'il apparût que l'anti-gravité ne respectait pas les lois de la relativité générale, de nombreuses études cherchèrent néanmoins des solutions susceptibles de produire des effets de type anti-gravitiques.

On affirme que l'US Air Force elle-même conduisit des études dans les années 1950 et 60. L'ancien Lieutenant Colonel Ansel Talbert publia dans les journaux deux séries d'articles affirmant que la plupart des firmes d'aéronautique les plus importantes avaient entamé dans les années 1950 des recherches sur le contrôle de la propulsion par l'anti-gravité. Cependant il n'y eut que peu de confirmations publiques de ces dires, et du fait qu'ils se placèrent pendant la période des tentatives d'influence de la politique par les articles de presse, il n'est pas recommandé d'accorder trop de crédit à ce genre de propos.

On sait qu'il y eut de sérieux efforts engagés par la Glenn L. Martin Company, qui créa le Research Institute for Advance Study. Les journaux les plus importants annoncèrent le contrat qui avait été signé entre Burkhard Heim et la Glenn L. Martin Company. La création de l'Institut pour la Physique des Champs, à l'University of North Carolina at Chapel Hill, en 1956, par Agnew H. Bahnson, l'administrateur de la Gravity Research Foundation constitua un autre effort du secteur privé en vue de la maîtrise de la gravitation.

Les efforts des militaires pour l'anti-gravité prirent fin avec l'amendement Mansfield de 1973, qui restreignait les dépenses du Département américain de la Défense (United States Department of Defense) aux seuls champs de recherches scientifiques ayant des applications militaires explicites. L'amendement Mansfield fut spécifiquement présenté et voté pour mettre un terme aux projets de longue durée qui présentaient peu de retombées visibles.

Masse négative

Dans le cadre de la relativité générale, la gravité est la résultante d'une déformation locale de la géométrie de l'espace-temps, causée par la présence locale de masse-énergie. Bien que les équations ne puissent normalement pas produire de géométrie négative, il est possible d'y parvenir en invoquant une masse négative. De façon intéressante, les équations n'écartent pas, en soi, l'existence d'une telle masse négative.

Aussi bien la relativité générale que la gravité selon Newton se révèlent prédire qu'une masse négative engendrerait un champ gravitationnel répulsif. En particulier, Sir Hermann Bondi proposa en 1957 une forme de masse gravitationnelle négative qui s'accorderait avec le principe d'équivalence fort de la théorie de la relativité générale et avec les lois de Newton de conservation de l'énergie et du mouvement. La démonstration de Bondi mena à des solutions de la relativité générale affranchie de toute singularité. En juillet 1988, Robert L. Forward présenta à la 24^ème Conférence des propulseurs, commune à l'AIAA, l'ASME, la SAE et l'ASEE, un exposé qui proposait un système de propulsion à base de masse gravitationnelle négative de Bondi.

Tout point-masse attire tous les autres points-masse par une force dirigée selon la droite reliant les deux points. La force est proportionnelle au produit des deux masses et inversement proportionnelle au carré de la distance entre les deux points-masse :

où :

• F₁₂ est la magnitude de la force gravitationnelle entre les deux points-masses,
• G est la constante de la gravitation,
• m₁ >0 est la masse (négative) du premier point-masse,
• m₂ >0 est la masse du second point-masse,
• r est la distance entre les deux points-masses.

La masse négative semble souffrir des mêmes difficultés que les boucliers gravitiques. Forward souligna qu'une masse négative tomberait vers la matière normale, alors que la masse normale tomberait en se séparant de la matière négative. Forward notait que deux masses similaires, l'une positive et l'autre négative, placées l'une à côté de l'autre se verraient alors accélérées selon la direction de la ligne les reliant, en s'écartant de la masse négative. Noter au passage que la masse négative acquérant une énergie cinétique négative, l'énergie totale des masses en accélération demeure à zéro.

Le Modèle Standard de la physique des particules, qui décrit toutes les formes de la matière connues à ce jour, n'autorise pas la masse négative. La matière noire cosmologique (et, possiblement, l'énergie sombre) peuvent être constituées de particules sortant du cadre du Modèle Standard et dont la nature serait encore inconnue. Cependant, leur masse est ostensible et connue, et leur existence a été mise en évidence indirectement et précisément à l'aide de leurs effets gravitationnels sur les objets alentours, avec la conséquence que cela implique que leur masse est positive.

Cinquième force

La relativité générale postule qu'à toute forme d'énergie (=masse) correspond un espace-temps, et que l'ensemble engendre une géométrie spécifique, laquelle cause la gravité. Une question longtemps posée était de savoir si les mêmes équations s'appliquaient à l'antimatière. Le problème fut considéré comme résolu en 1957, avec le développement de la symétrie CPT qui démontrait que l'antimatière suit les mêmes lois physiques que la matière normale (c'est-à-dire ordinaire), et donc qu'elle contient de l'énergie positive, et également qu'elle cause (et réagit à) la gravité comme la matière normale. Pendant la plus grande partie du dernier quart du 20^e siècle, la communauté des physiciens s'est impliquée dans une tentative de produire une théorie unifiée des champs, une théorie unique qui expliquerait les quatre forces fondamentales : la gravité, l'électromagnétisme, les forces nucléaires forte et faible. Les scientifiques ont progressé vers l'unification des trois forces quantiques, mais dans chaque tentative, la gravité est demeurée le problème. Ceci n'a cependant pas diminué le nombre des nouvelles tentatives.

Généralement, ces tentatives visaient à quantifier la gravité, en postulant l'existence d'une particule, le graviton, qui porte la gravité de même que le photon (de lumière) porte l'électromagnétisme. Cependant, toutes les tentatives dans ce sens ont échoué, menant à des situations encore plus complexes que celles auxquelles on s'était attendu. Deux d'entre elles, la supersymétrie et la supergravité en relation avec la relativité, exigeaient chacune l'existence d'une cinquième force extrêmement ténue, portée par un graviphoton, qui reliait ensemble, de façon organisée, différents aspects négligés ou non encore explorés de la théorie quantique des champs. Comme une conséquence concomitante, chacune de ces théories n'exigeait aucunement que l'antimatière fût affectée de cette cinquième force, de la même façon que l'antigravité, rejetant la répulsion d'une masse. Plusieurs expériences furent conduites dans les années 1990 pour mesurer cet effet, mais aucune ne produisit de résultat positif.

Distorsion de la relativité générale

Il existe des solutions aux équation des champs qui décrivent des distorsions (telle que la fameuse métrique d'Alcubierre ou commande de chaîne) ainsi que des trous de vers stables et traversables. Ceci, en soi, n'est pas significatif, puisque toute géométrie de l'espace-temps est une solution des équations du champ pour certaines configurations des champs des tenseurs énergie-impulsion (voir : solutions exactes en relativité générale). La relativité générale n'impose pas de contrainte à la géométrie de l'espace-temps, à moins que des contraintes extérieures s'imposent au tenseur énergie-impulsion. La géométrie de la distorsion et celle des trous de vers traversables sont bien maîtrisées dans la plupart des domaines, mais elles exigent des régions de matière exotique ; ainsi, elles s'excluent des solutions si le tenseur d'énergie-impulsion est limité aux formes connues de matière (y compris la matière noire et l'énergie sombre).

Programme de physique avancée des propulseurs

De 1996 à 2002, la NASA a financé le Programme de physique avancée des propulseurs (Breakthrough Propulsion Physics Program). Ce programme étudiait un certain nombre de conceptions de propulseurs spatiaux d'avant-garde qui ne recevaient pas de financements par les canaux normaux des universités ou les sociétés commerciales. Les concepts relatifs à l'antigravité furent examinés sous le nom de propulsion diamétrique.

Superforce (théorie du Tout)

Une nouvelle théorie unifiant les 4 forces fondamentales de la physique pourrait prétendre à la réalité de l'antigravitation.

Une théorie longtemps étudiée par le physicien Allemand Burkhard Heim mais jamais publiée unifierait la relativité générale et la mécanique quantique. Cette théorie n’a toujours pas été introduite dans la science conventionnelle mais fait actuellement l’objet d’étude aux États-Unis . Selon la théorie de Heim, la gravitation, l’électromagnétique, l'interaction forte et l'interaction faible font toutes partie d’une seule et même nature : la distorsion du continuum spatio-temporel en 6 dimensions. Dans ce cas la rotation à très grande vitesse d’un champ magnétique déformerait l’espace de façon inverse à celle d’une gravitation et aurait pour effet de diminuer la courbure spatio-temporelle de la gravitation environnante au champ tournant.

Explication :

D’une part, selon la relativité générale, la force gravitationnelle et l’accélération sont toutes deux un seul et même phénomène ne pouvant être différentiés sans référentiel. (La force centrifuge est aussi un phénomène donnant l'effet d’accélération).

D’autre part, d’après la relativité restreinte, un objet en mouvement rectiligne uniforme voit sa longueur dans la direction du mouvement se contracter, et plus sa vitesse est grande, plus sa longueur se contracte (attention, si les longueurs se contractent, un instrument de mesure ayant rétréci mesure des distances plus grandes). Bien sûr, cela devient perceptible lorsque la vitesse est suffisamment conséquente par rapport à la vitesse de la lumière. De ce fait, un objet en rotation voit alors ses longueurs circulairement dans la direction du mouvement se rétrécir et proportionnellement de plus en plus par rapport à l’éloignement du centre de rotation (puisque pour une même vitesse angulaire plus le rayon est grand, au plus la vitesse linéaire est grande).

Dans ce cas nous avons une courbure spatiale de type selle à cheval (ou courbure négative : périmètre d’un cercle est supérieur à 2πR). En résumé, la relativité générale dit aussi que la force de répulsion d’une centrifugeuse est due à ce type de courbure. Seulement la courbure ne s’applique qu'à l’objet en rotation et non au continuum spatio-temporel environnant. Pour cela l’utilisation d’un champ magnétique tournant à très grande vitesse s’impose. Mais cette solution trop simple ne suffit pas (et aurait déjà été inventée), car les forces antigravitationnelles qui en résulte sont toutes diamétralement opposées entre elles et ne peuvent donner un déplacement commun dirigé dans un même sens.

La force antigravitationnelle commune est donc nulle. Il faudrait pouvoir déformer graduellement l’espace dans une même direction. Faut-il plusieurs champs tournants les uns au-dessus des autres à des vitesses graduellement différentes ou bien un autre champ perpendiculaire à l’autre ou encore une autre solution ? Une distorsion spatiale dirigée dans un même sens et autour d’un centre n’est probablement pas simple à réaliser. Mais pour la science, difficile ne signifie pas impossible!

Nota :

Les particules de masse obtiendraient une courbure positive de type sphérique par le fait qu’elles seraient le résultat d’une sorte de vortex spatio-temporel. À l’inverse de ce qui est expliqué ci-dessus, plus on se rapproche du centre de la rotation plus la vitesse angulaire est importante. Donc le périmètre d’un cercle est inférieur à 2πR, ce qui a pour effet la gravitation. Une particule de masse (ou la matière) est une énergie cinétique en inertie dont le mouvement est celui du continuum spatio-temporel sous forme d’un pico-vortex.

La charge électrique d’une particule est soit positive soit négative selon le sens de rotation de ce vortex spatio-temporel. L’annihilation d’une particule avec son antiparticule libèrerait leur énergie propre, du fait de cette rotation, par des ondes spatio-temporelles que constitue la lumière.

Épilogue :

En somme, tout est géométrie relative du continuum multidimensionnel.

Matière, masse, gravitation, onde gravitationnelle, énergie, onde électromagnétique, champ magnétique, charge électrique, interactions nucléaires forte et faible, mouvement, vitesse, accélération ainsi que le vide sont les manifestations et effets relatifs d’une géométrie multidimensionnelle. Tout est que pure logique mathématique, c’est ce que pensait Einstein dans sa quête de la super-force (théorie unifiant les 4 forces fondamentales de la physique) où il publia la Théorie unitaire des champs.

La matière en tant que corps absolu et discontinu n’existe pas et n’est pas une constitution logique. La discontinuité implique des particules avec une limite parfaitement sphérique passant directement de l’absolu tout (matière) à l’absolu rien (vide). Si rien ne se crée et rien ne se perd alors rien ne peut être absolu tout ayant fait partie de la naissance de l’Univers. La matière est seulement le fruit d’une géométrie continue en mouvement relatif et n’a pas de limite bien précise mais a plutôt une limite floue passant progressivement de la matière au vide.

Conclusion :

La relativité générale n’interdit pas l’existence ou la réalisation de l’antigravitation.