Un MOND sans matière noire

[jojo17]

Bonjour,
Pourriez-vous, s'il vous plait, résumer ici les avancés de MOND et TEVEs?
D'abord, pour éclaicir ce dont il est question, comment Milgrom en arrive-t-il à une constante fondamentale de la physique, qui serait une limite au-delà de laquelle les lois de la gravitation se modifient (ie ne sont plus en 1/r²)?
Quelles sont les natures des champs apportés par TEVEs? Quelles différences (ou quels rapports) y a-t-il entre eux, et la quintescence, qui à pour but d'expliquer l'accélération de l'expansion? pour être plus clair dans ma question, les 2 nouveaux champs de TEVEs peuvent-t-ils servir à expliquer à la fois la "matière manquante", et l'accélération de l'expansion?

Sinon, quel(s) concurrent(s) à MOND?

Merci et bonne journée.
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[invitea29d1598]

salut,

l'approche de Milgrom est assez empirique. Autrement dit, il a trouvé une équation qui semble marcher dans certains cas, mais pas en se reposant sur une "explication physique fondamentale". En fait, il en a proposé plusieurs, mais aucune qui ne repose pour le moment sur quelque chose de propre et de bien formulé.

Quant à TeVeS,si y'a un T, un V et un S, c'est parce que dedans interviennent un champ Tensoriel (comme la métrique de la RG), un champ Vectoriel et un champ Scalaire. Dans la quintessence, tu te contentes de rajouter un champ scalaire et en plus tu ne l'interprêtes pas comme "une partie du champ gravitationnel". Je n'ai pas eu de nouvelles fraiches, mais les derniers échos sur TeVeS étaient pas optimistes du tout : la théorie semble fondamentalement instable : elle ne pourrait pas prédire l'existence de configurations stables de l'Univers ce qui pose un peu problème...

si tu veux plus d'échos sur l'un ou l'autre, je peux tenter de prendre des news auprès d'un copain qui bosse sur Mond...

[jojo17]

Salut,
Et merci pour ta réponse Rincevent! Je m'appuie en fait pour mes questions sur le dernier numéro de la recherche (si tu l'as lu...).
Effectivement, si ton copain pouvait te dire comment MOND s'en sort avec le reste de la masse manquante qu'il lui manque à expliquer. Par exemple est-ce que le neutrinos est LA particule qui expliquerait ce défaut de masse restant?
Qu'est-ce que ce "baryon noir" dont il est question dans l'article? Une alternative aux neutrinos apparemment, mais qu'en sait-on de plus?

Merci encore et bonne journée

[invitea29d1598]

salut,

voici une longue réponse détaillée qui, j'imagine, te laissera de quoi réfléchir

Pour repondre dans l'ordre, la première chose qu'il faut réaliser est que MOND, comme tu lui as dit, n'est pas une theorie mais une relation empirique liant le champ gravitationnel Newtonien (ou Einsteinien en champ faible) engendré par la matière ordinaire au champ gravitationnel total dans les galaxies. Cette relation contient une constante d'acceleration a0 en dessous de laquelle l'acceleration gravitationnelle totale se comporte comme sqrt(gn*a0) ou gn est l'acceleration gravitationelle Newtonienne. En laissant a0 comme parametre libre dans les fits, on se rend compte qu'on peut reproduire l'ensemble des courbes de rotation des galaxies avec la meme valeur de a0 (une valeur, en unités c=1, de l'ordre de la racine carrée de la constante cosmologique). C'est donc une "constante de la nature" obtenue de manière entièrement empirique (et la coincidence avec la constante cosmologique n'a pas d'explication physique satisfaisante).

Le fait que toutes les courbes de rotation semblent obéir a la meme relation est en soi extremement surprenant puisqu'on s'attendrait a ce que le rapport entre le champ gravitationnel total et le champ Newtonien engendré par les baryons depende, en tout point de chaque courbe de rotation, du rapport entre matière noire et matière visible a l'interieur de ce point, rapport qui est supposé varier en fonction de l'histoire individuelle de chaque galaxie. C'est pour cela que la relation MOND *pourrait* indiquer que l'on a affaire a une modification de la dynamique Newtonienne au niveau de la dynamique des galaxies. Mais, tandis que le fait que la relation de Milgrom reproduise les courbes de rotation des galaxies spirales est un fait observationnel admis par tous, son interprétation en tant que modification de la dynamique Newtonienne n'est qu'une hypothèse. En effet, la physique complexe de la matière ordinaire (hydrodynamique, formation stellaire, feedback des supernovae, etc) dans le processus de formation des galaxies est encore très mal connue aujourd'hui, et prise en compte de facon rudimentaire dans les simulations.

On pourrait tout a fait imaginer qu'une fois cette physique prise en compte de manière rigoureuse, la relation de Milgrom ressortirait comme une sorte de loi émergente, valable dans les galaxies supportées par la rotation. Mais c'est (tres) loin d'etre garanti. Il n'en reste donc pas moins qu'il est interessant d'envisager la possibilité que cela vienne plutot d'une modif de la gravitation, surtout au vu de la coincidence entre a0^2 et Lambda. Mais aucune theorie relativiste vraiment convaincante n'a été proposée jusqu'ici: celles de Bekenstein ou de Ferreira et Starkman sont basées sur l'introduction d'un champ de vecteur de norme unité qui a des problèmes de stabilité. On peut relaxer cette imposition d'une norme unité, ce qui permet de s'affranchir des problemes de stabilité mais ne reproduit plus exactement MOND en champ faible. De meme, Luc Blanchet a proposé une théorie ou MOND apparait de manière effective suite a l'introduction d'un fluide de "matière noire dipolaire" dans les equations de la RG (il ne modifie pas la RG en tant que telle). C'est une approche super-interessante. Mais, a priori, pour que sa theorie marche, ou en tout cas qu'elle reproduise MOND, il faut que ce fluide ait une vitesse strictement nulle, ou en tout cas une acceleration strictement nulle dans le champ de gravitation d'une galaxie: de cette maniere le champ de force interne au fluide, causée par son moment dipolaire, balance exactement la gravitation de manière a pouvoir intervertir une force pour l'autre dans l'equation en champ faible et a retrouver MOND tel quel. Reste a voir si une telle configuration du fluide est stable. De nouveau, si elle ne l'est pas, cela ne veut pas dire que la theorie est inconsistante mais elle ne reproduit plus exactement MOND.

Dans tous les cas, et magré ces problèmes, on peut regarder ce que donne la formule de MOND dans d'autres sytèmes que les galaxies, par exemple les amas de galaxies. Et là, la formule liant le champ gravitationnel Newtonien engendré par la matière ordinaire au champ gravitationnel total ne marche plus. La raison est la suivante: on a besoin de matière noire au coeur des amas de galaxies, mais l'accélération gravitationnelle y est plusieurs fois supérieure à la constante a0, donc MOND ne change rien à cet endroit-là et on a toujours besoin de matière noire. On peut dès lors se demander ce qui manque a MOND pour reproduire ces objets-là également. Réponse, de la matière noire, sous une forme ou une autre. On pourrait dire que ca va a l'encontre de la philosophie initiale de MOND, mais il ne faut pas oublier que l'idée de modifier la gravitation vient du succès de la relation de Milgrom pour les galaxies spirales, et que là, jusqu'aujourd'hui, cela reste de loin la solution la plus simple. Une solution envisagée pour les amas est que, dans les théories relativistes et pour des systèmes pas tout a fait à l'équilibre comme les amas, les degrés de liberté supplémentaires offerts par le champ de vecteur permettent d'avoir un effet "matière noire" en plus de l'effet "modification de la gravitation". La matière noire serait donc faite de "champs noirs". C'est la solution envisagée dans http://arxiv.org/abs/0911.1212 et dans http://arxiv.org/abs/0806.4319.

Une autre solution est d'avoir de la matière noire "chaude" qui ne s'agglomere pas a l'echelle des galaxies mais bien a l'echelle des amas. Malheureusement, on s'est rendu compte recemment que les neutrinos ordinaires n'etaient pas suffisants, mais pourquoi pas des neutrinos "steriles" ou toute autre forme de matiere noire chaude avec de particules de masse de l'odre de 10eV: http://arxiv.org/abs/0906.3322 . Enfin, la solution envisagée par Milgrom lui-meme est que, si il manque de la matiere dans les amas, c'est tout simplement de la matière ordinaire sous forme de "baryons noirs". En effet, si on compare la quantité de baryons prédits par la Big bang Nucleosynthesis et ceux qu'on observe dans l'Univers (en additionnant tout ce qu'on voit dans les galaxies, les amas, et le milieu intergalactique), au moins 50% des baryons sont toujours invisibles. L'idée de Milgrom est qu'ils sont tapis au coeur des amas sous forme de nuage de gaz moléculaire extrêmement froids: http://arxiv.org/abs/0712.4203 . Reste a svoir si ces nuages sont stables, comment ils se formeraient, et parallèlement pourquoi ils ne seraient présents que dans les amas de galaxies mais pas dans les galaxies elles-memes. Enfin, si c'est la theorie de Luc Blanchet qui est l'explication a MOND, il est tout a fait possible que la composante monopolaire de son fluide de matière noire ne s'agglomère pas à l'echelle galactique mais bien dans les amas, ce qui pourrait expliquer la différence entre ces systèmes. Il faudra voir ce que prédit sa théorie dans des simulations. Voila voila, j'espere que ca repond en gros aux interrogations de jojo17.

[A voir en vidéo sur Futura]

[jojo17]

Salut,
Super Rincevent, et merci de lui avoir posé les questions, je lirai ça à tête reposé et te promet plein d'autres questions.
A Bientôt.

[jojo17]

salut,
Comme promis, quelques petites questions en passant...
La constante de Milgrom a-t-elle bien le dimension d'une accélération (m/s²)?
En général, quelles différences entre modification de la dynamique newtonienne et modification de la RG?
La théorie de luc Blanchet n'implique-t-elle pas que le fluide de matière noire dipolaire soit constitué de masse "positive" et "négative" (cf La Recherche), et alors comment rester en accord avec la RG si on a une masse "négative"?
Est-ce que le fait que ce fluide de matière noire dipolaire doit avoir une accélération nulle dans le champ de gravitation de la galaxie implique que ce fluide doit-être "neutre" gravitationnellement parlant?
....encore pleins d'autres comme ça, mais je crois que c'est bon là.

Merci et...bonne nuit?

[invitea29d1598]

s'lut

Comme promis, quelques petites questions en passant...

quelques tites réponses en passant

La constante de Milgrom a-t-elle bien le dimension d'une accélération (m/s²)?

oui

En général, quelles différences entre modification de la dynamique newtonienne et modification de la RG?

je ne suis pas certain de ce que tu veux dire par "quelles différences", mais faut voir que la RG :

- redonne la physique newtonienne comme un cas particulier

- est une théorie géométrique qui fait grande utilisation du principe d'équivalence, lequel est bien soutenu par les observations

- n'admet pas l'existence d'un temps absolu mais incorpore un principe de relativité "généralisé"

pour résumer, il est de manière générale "beaucoup plus simple" de modifier la dynamique newtonienne sans "provoquer de problèmes fondamentaux" que de faire la même chose avec la RG

La théorie de luc Blanchet n'implique-t-elle pas que le fluide de matière noire dipolaire soit constitué de masse "positive" et "négative" (cf La Recherche), et alors comment rester en accord avec la RG si on a une masse "négative"?

le modèle introduit des dipôles sans qu'il y ait de masse négative mais sans répondre à la question de la nature fondamentale de ces dipôles. Même si pour le moment ça revient un peu à cacher le cadavre sous le tapis, on peut comprendre avec l'électromagnétisme que la piste vaut peut-être la peine d'être creusée si elle redonne des choses en accord avec les observations : en électromagnétisme traditionnel tu as des dipôles magnétiques mais pas de monopoles magnétiques.

Est-ce que le fait que ce fluide de matière noire dipolaire doit avoir une accélération nulle dans le champ de gravitation de la galaxie implique que ce fluide doit-être "neutre" gravitationnellement parlant?

si par "neutre" tu veux dire ne pas avoir de masse, non, ce n'est pas le cas. Mais pour répondre à ce qui est du détail du pourquoi de l'accélération nulle, faudrait que j'aille voir les articles de près car je les ai jamais lus en détails je te tiens au courant dès que j'ai eu le temps...

[jojo17]

Salut,

si par "neutre" tu veux dire ne pas avoir de masse, non, ce n'est pas le cas. Mais pour répondre à ce qui est du détail du pourquoi de l'accélération nulle, faudrait que j'aille voir les articles de près car je les ai jamais lus en détails je te tiens au courant dès que j'ai eu le temps...

Oui (pour la masse, et merci de prendre du temps pour me répndre ), mais j'y pense, même un fluide sans masse doit avoir une quantité de mouvement non nulle (comme le "flux" électromagnétique), non? Peut-on avoir en RG quelques chose "d'immobile"? Immobile par rapport à quoi

je ne suis pas certain de ce que tu veux dire par "quelles différences", mais faut voir que la RG :

- redonne la physique newtonienne comme un cas particulier

- est une théorie géométrique qui fait grande utilisation du principe d'équivalence, lequel est bien soutenu par les observations

- n'admet pas l'existence d'un temps absolu mais incorpore un principe de relativité "généralisé"

pour résumer, il est de manière générale "beaucoup plus simple" de modifier la dynamique newtonienne sans "provoquer de problèmes fondamentaux" que de faire la même chose avec la RG

Mais si on modifie la dynamique newtonienne, faut-il qu'elle respecte son rôle de limite de la RG? Si oui, la RG ne fixe t-elle pas un "cadre", comme un garde fou à une quelconque modification de la dynamique newtonienne?
Peut-on se servir de la "loi empirique" de milgrom en l'exprimant comme une modification de la dynamique newtonienne, puis comparer avec la dynamique non modifiée, et observer les différences lorsqu'on les applique comme approximation (et comme limite en champs infinis) de la RG? Puis se servir des résultats comme "source d'inspiration" pour entreprendre une modification de la RG? C'est beau de rêver, non?

le modèle introduit des dipôles sans qu'il y ait de masse négative mais sans répondre à la question de la nature fondamentale de ces dipôles. Même si pour le moment ça revient un peu à cacher le cadavre sous le tapis, on peut comprendre avec l'électromagnétisme que la piste vaut peut-être la peine d'être creusée si elle redonne des choses en accord avec les observations : en électromagnétisme traditionnel tu as des dipôles magnétiques mais pas de monopoles magnétiques.

Cela fonctionne-t-il sur le même principe que la charge électrostatique?

Merci et bonne...journée?

[invitea29d1598]

salut,

Oui (pour la masse, et merci de prendre du temps pour me répndre ), mais j'y pense, même un fluide sans masse doit avoir une quantité de mouvement non nulle (comme le "flux" électromagnétique), non?

un fluide sans masse ne peut être immobile par rapport à aucun observateur effectivement

Peut-on avoir en RG quelques chose "d'immobile"? Immobile par rapport à quoi

par rapport à un observateur donné

mais ce que fait blanchet, c'est pas de supposer qu'on a quelque chose d'élémentaire dont la masse est nulle... j'ai pas encore eu le temps de regarder ses articles en détails pour répondre à tes questions précédentes, mais il prend plutôt ça comme un "modèle effectif" de fluide qui serait surtout caractérisé par un "dipôle de masse"

Mais si on modifie la dynamique newtonienne, faut-il qu'elle respecte son rôle de limite de la RG?

oui puisque celle-ci marche bien apparemment aux grandes échelles

Si oui, la RG ne fixe t-elle pas un "cadre", comme un garde fou à une quelconque modification de la dynamique newtonienne?

si, et c'est pour ça que des gens comme Bekenstein cherchent à modifier la RG aussi (par exemple avec TeVeS) : le but c'est d'avoir une théorie relativiste qui ait pour limite "newtonienne" MOND

Peut-on se servir de la "loi empirique" de milgrom en l'exprimant comme une modification de la dynamique newtonienne, puis comparer avec la dynamique non modifiée, et observer les différences lorsqu'on les applique comme approximation (et comme limite en champs infinis) de la RG? Puis se servir des résultats comme "source d'inspiration" pour entreprendre une modification de la RG? C'est beau de rêver, non?

bah en fait c'est un peu comme ça que tu fais quand tu essaies de pondre une nouvelle théorie : tu cherches de l'inspiration dans ce que tu as... mais ça marche pas toujours

Cela fonctionne-t-il sur le même principe que la charge électrostatique?

oui, grossièrement, à part que l'idée c'est de pas fonder tout ça sur une masse négative... alors que les charges négatives ça pose pas problème...

Merci et bonne...journée?

bonne nuit pour le moment

[jojo17]

Salut,

salut,
mais ce que fait blanchet, c'est pas de supposer qu'on a quelque chose d'élémentaire dont la masse est nulle... j'ai pas encore eu le temps de regarder ses articles en détails pour répondre à tes questions précédentes, mais il prend plutôt ça comme un "modèle effectif" de fluide qui serait surtout caractérisé par un "dipôle de masse"

oui, grossièrement, à part que l'idée c'est de pas fonder tout ça sur une masse négative... alors que les charges négatives ça pose pas problème...

Est-ce que tu veux dire que blanchet doit s'affranchir du problème de "l'effectivité" de son modèle? Parce que comme je le comprend, c'est cela qui pose problème? Comment obtenir un fluide qui à les propriétés gravitationnelles qui vont bien, de sorte qu'il puisse prendre des valeurs de charge, négatives (afin d'obtenir MOND), sans que pour autant la caractéristique de "dipôle" de ce fluide ne soit fondée sur une notion de mono-pôle, notamment négatif?
L'effectivité du modèle peut-elle servir à penser que le comportement du fluide de Blanchet et de "nature émergente", un peu à la façon de l'explication du second principe de la thermodynamique, et sa "nature" statistique?
La "théorie" de Blanchet tiendrait-elle la route si son modèle n'était pas "effectif". Parce que sinon, comment s'affranchir de cette difficulté :

à part que l'idée c'est de pas fonder tout ça sur une masse négative... alors que les charges négatives ça pose pas problème...

Merci, et...à bientôt.