saturne capricorne et pluton pour les trous  …   et matière à réflexion

 

 

https://fr.wikipedia.org/wiki/Masse_n%C3%A9gative

 

 

Ne doit pas être confondu avec antimatière.

En physique théorique, la masse négative est un concept hypothétique postulant l’existence de masse de « charge » négative, tout comme il existe des charges électriques positives et négatives. Cette masse négative aurait des propriétés gravitationnelle et inertielle différentes, mais possiblement symétriques, de la masse « normale » qui est conventionnellement positive.

Des scientifiques se sont d’abord penchés sur la question car rien ne suggère (a priori) que toute la masse devrait être positive. Toutefois, ils se sont aperçus qu’une telle matière ne semblait pas respecter une, voire plusieurs conditions sur l’énergie et posséderait certaines propriétés ambigües comme une accélération dont l’orientation est opposée à la force à laquelle elle est soumise, ou encore une courbure inversée de l’espace-temps.

La représentation connue la plus rapprochée du concept est une région de pression pseudo-négative produite par l’effet Casimir. Le concept de masse négative est utilisé dans certaines théories spéculatives abordant l’idée de construction d’un trou de ver.

  • NB : Il ne faut pas confondre la masse négative avec l’antimatière, qui a une masse normale1 positive comme la matière ordinaire.

Effet de la masse positive et négative sur l’espace-temps.

Sommaire

Histoire[modifier | modifier le code]

En 1951, dans son essai pour la fondation des recherches sur la gravité, Joaquin Luttinger considère la possibilité de l’existence de masse négative et comment cette dernière devrait se comporter sous la gravité et autres forces2.

En 1957, Hermann Bondi propose l’existence de la masse négative dans un article publié par la revue Reviews of Modern Physics3. Il affirme que cela n’induit pas de contradiction logique tant que les trois formes de masse (masse inerte, masses graves passive et active) sont négatives. Robert L. Forward étudie l’idée, qu’il fera intervenir plus tard dans un concept de propulsion1.

En 1988, Morris (en), Thorne et Yurtsever soulignent que l’application de la mécanique quantique à l’effet Casimir peut produire une région de masse négative de l’espace-temps4. Ils montrent également que la masse négative pourrait être utilisée pour « stabiliser » un trou de ver4.

En 1995, Cramer et al. poussent plus loin cette analyse et affirment que de tels trous de ver auraient pu exister lors des premiers instants de l’Univers, stabilisés par des boucles de cordes cosmiques négatives5.

En 2000, le physicien israélien Max Jammer démontre qu’aucune loi physique n’exclut l’existence de masses négatives6.

En 2002, Stephen Hawking prouve que l’énergie négative est une condition nécessaire pour la création d’une courbe de temps fermée (en) par la manipulation de champs gravitationnels dans une région finie de l’espace7.

En 2013, Jonathan Belletête et Manu Paranjape, chercheurs à l’Université de Montréal, démontrent la possibilité mathématique d’un plasma gravitationnel de masse positive et négative, à l’intérieur d’un espace-temps de type non-asymptotique comme celui de de Sitter, c’est-à-dire pour un univers à l’expansion exponentielle, qui pourrait correspondre à l’Univers lors de l’inflation cosmique8. Ils n’ont pas spécifié de quelle sorte de matière ce plasma pourrait être constitué, seulement que le système en question pourrait avoir contrôlé le comportement des ondes gravitationnelles de cette période.

En 2014, Saoussen Mbarek et Manu Paranjape, toujours de l’Université de Montréal, démontrent que la masse négative peut produire une solution de Schwarzschild sans violer les conditions d’énergie lorsqu’on répand la singularité gravitationnelle avec un plasma de particules négatives et positives9,10.

Matière exotique[modifier | modifier le code]

Article détaillé : matière exotique.

La masse négative pourrait être constituée de particules exotiques aux propriétés anormales que l’on n’arrive pas à détecter11.

Dans un article sur les conséquences de la masse négative datant de 2014, trois physiciens européens démontrent que des particules de masse relativiste négative impliquent nécessairement l’existence des tachyons12. Leur démonstration est basée sur deux postulats :

  1. N’importe quelle masse, peu importe son signe, peut entrer en collision inélastique avec une masse positive.
  2. Le quadri-moment doit être conservé lors de ces collisions.

Relativité générale[modifier | modifier le code]

Bien que la relativité générale décrive les lois du mouvement pour les particules positives et négatives, seule la composante de contrainte est incluse parmi les interactions élémentaires.

Généralisée, la masse négative fait référence à toute région de l’espace où une densité de matière négative est mesurée. Cela se produirait pour une région dans laquelle les contraintes du tenseur d’Einstein sont plus grandes en magnitude que la densité de masse. Elle présenterait plusieurs propriétés étranges, comme une possible force gravitationnelle répulsive. Ces caractéristiques ne respectent pas les conditions d’énergie positivede la théorie de la relativité générale d’Einstein. Cependant, ces conditions ne sont pas requises pour la cohérence mathématique de la théorie.

D’autres versions mathématiques des conditions d’énergie positive comme les conditions d’énergie faible (en) et d’énergie dominante sont étudiées par Matt Visser (en)13, professeur de mathématique à l’université Victoria de Wellington.

Inertielle par rapport à gravitationnelle[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Masse.

Depuis que Newton a formulé la loi universelle de la gravitation, il y a eu trois concepts distincts de quantités appelées « masse » :

  1. La masse inertielle,
  2. La masse gravitationnelle « active », source du champ gravitationnel et
  3. La masse gravitationnelle « passive », qui est la masse qui découle de la force produite dans un champ gravitationnel.

Le principe d’équivalence d’Einstein postule que la masse inertielle doit être égale à la masse gravitationnelle « passive ». De plus, la loi de la conservation de la quantité de mouvement exige que les masses gravitationnelles « active » et « passive » soient identiques. Jusqu’ici, toutes les preuves expérimentales vont en ce sens.

En envisageant le concept de masse négative, il est important de considérer lequel des concepts de masse est négatif. Dans la plupart des analyses de la masse négative, on suppose que le principe d’équivalence et de conservation de la quantité de mouvement s’applique. Par conséquent, les trois formes de masse s’équivalent.

Types de masse

Types
Description

Masse inertielle
Mesure de la résistance d’un objet à modifier son

état d’équilibre quand une force est appliquée.

Masse grave active
Mesure de la force du flux gravitationnel d’un objet.

Masse grave passive
Mesure de la force d’interaction d’un objet

avec un champ gravitationnel.

D’après Hermann Bondi3, l’idée de masse négative n’entraîne aucune contradiction logique tant que les trois formes de masse sont négatives. Cependant, l’hypothèse de la masse négative implique des formes contre-intuitives de mouvement. Par exemple, un objet avec une masse inertielle négative accélérerait dans la direction opposée à celle vers laquelle il est poussé.

Mouvement runaway[modifier | modifier le code]

Sans qu’aucune particule connue n’ait une masse négative, plusieurs physiciens tels Bondi3, Bonnor14 et Forward1, se sont penchés sur la question et ont anticipé les propriétés qu’une telle matière pourrait détenir.

En assumant que les trois formes de masse décrites plus haut soient équivalentes, les interactions gravitationnelles entre elles peuvent être explorées. En se basant sur l’équation d’Einstein, soit la relativité générale :

  • Une masse positive attire toutes les autres masses, qu’importe leur signe.
  • Une masse négative, par contre, repousse les autres masses négatives ainsi que les masses positives, ce qui entraîne un mouvement de « fuite » (nommé runaway motion par Bonnor).

En jaune, le mouvement runawaydécrit par Bonnor, qui pourrait être utilisé comme moyen de propulsion.
Ici, le signe des particules réfère au type masse et non pas à la charge électrique.

Bondi a souligné que deux objets de masses égales et de signes contraires produiraient une accélération constante en direction de la masse positive. Pendant que la masse positive semble « fuir » en raison de la répulsion, la masse négative s’en approche du mieux qu’elle peut. La vitesse du système augmente ainsi de plus en plus en créant l’effet appelé mouvement runaway. Bonnor a préféré ne pas tenir compte de son existence en déclarant le phénomène si absurde qu’il préfère l’exclure en supposant un univers où la masse inerte est soit toute positive ou toute négative14. Forward en est arrivé aux mêmes conclusions1, mais a plutôt montré que le système ne viole aucune loi sur l’énergie.

Étrangement, même si les deux objets accélèrent dans la même direction sans qu’aucune masse ne voyage de l’autre sens, l’énergie totale est toujours nulle. Après avoir atteint la vitesse <?XML:NAMESPACE PREFIX = "[default] http://www.w3.org/1998/Math/MathML&quot; NS = "http://www.w3.org/1998/Math/MathML&quot; />{\displaystyle v}v, la somme de leurs quantités de mouvement est nulle :