Univers jumeaux et gravité bimétrique

Une question qui fait aujourd’hui l’objet d’un vif débat en cosmologie est le statut du modèle standard connu sous le nom de (ΛCDM). Celui-ci repose notamment (comme son acronyme l’indique) sur deux composantes essentielles à sa cohérence avec les observations astronomiques : la matière noire froide (CDM) non baryonique et l’énergie noire (Λ)¹. Malgré son efficacité, le modèle ΛCDM a toutefois été critiqué, d’une part parce qu’aucune particule de matière noire non baryonique n’a encore été détectée expérimentalement de façon certaine, d’autre part parce que l’existence d’une forme répulsive — et donc antigravitationnelle — d’énergie noire repose sur certaines extrapolations issues de la théorie quantique des champs. C’est pourquoi de nombreuses tentatives ont été menées pour développer des alternatives au modèle ΛCDM qui élimineraient le recours à la matière noire et/ou à l’énergie noire. Ces tentatives s’appuient sur diverses extensions — voire des modifications radicales — de la théorie de la relativité générale d’Einstein, sur laquelle repose le modèle ΛCDM². L’une de ces approches, longtemps étudiée par de nombreux chercheurs, a finalement échoué : la dynamique newtonienne modifiée (MOND)³.

D’autres approches, plus fondamentales, ont depuis vu le jour, certaines s’inspirant d’un concept fascinant proposé dès les années 1960 par le physicien russe Andreï Sakharov : les univers jumeaux⁴.

Le pouvoir ambigu des univers jumeaux

Peu d’idées cosmologiques sont aussi suggestives que celle d’un univers jumeau. Depuis Sakharov, elle est réapparue à maintes reprises dans la cosmologie moderne et a été invoquée pour aborder la flèche du temps, l’asymétrie matière-antimatière, l’état quantique initial de l’univers, la matière noire, l’énergie noire, et même la nature des trous noirs. Pourtant, cette même expression — « univers jumeau » — désigne souvent des concepts très différents : une branche cosmologique conjuguée par CPT, un secteur miroir de matière, un univers quantique créé par paires, un univers partenaire intriqué, ou un second feuillet métrique interagissant avec le nôtre.

Cette richesse sémantique constitue également un danger. Un univers jumeau au sens de Sakharov n’est pas automatiquement un univers bimétrique. Une branche conjuguée par CPT n’est pas automatiquement un monde de masse négative. Un secteur miroir n’est pas automatiquement un substitut à la matière noire ou à l’énergie noire. Une seconde métrique n’est pas automatiquement une théorie cohérente de la gravité. Une grande partie de la confusion entourant les cosmologies modernes des univers jumeaux provient du fait que l’on passe trop facilement d’une de ces significations à l’autre.

Le but de cet article n’est pas de rejeter l’idée des univers jumeaux. Au contraire, son histoire montre qu’elle a donné lieu à des travaux de physique sérieux. Sakharov l’a utilisée en lien avec l’asymétrie matière-antimatière et la flèche cosmologique du temps. Des travaux récents en cosmologie quantique ont utilisé des univers créés par paires et l’intrication pour formuler des signatures observationnelles possibles dans le fond diffus cosmologique. La gravité bimétrique, quant à elle, est devenue un domaine techniquement sophistiqué après le développement de la gravité massive sans fantômes et de la théorie de Hassan-Rosen⁵. Cet article examine également les tentatives d’introduction de secteurs de masse négative, y compris le théorème d’impossibilité (« no-go ») de Hohmann et Wohlfarth⁶ et la réponse de Hossenfelder⁷.

La difficulté surgit lorsque ces traditions distinctes sont fusionnées trop hâtivement. C’est le cas du modèle cosmologique de Janus⁸,⁹ et des propositions connexes dites « plugstar »¹⁰. Un modèle qui fait appel à Sakharov, à deux métriques, à des masses négatives, à l’accélération cosmique, à de grands vides, à l’antimatière et à des alternatives aux trous noirs peut certes faire preuve d’imagination, mais l’imagination ne constitue pas encore une théorie. Une théorie doit préciser son action, ses degrés de liberté, ses lois de conservation, sa limite en champ faible, sa stabilité perturbative et ses prédictions observationnelles. Cette distinction entre image et théorie guidera la discussion.

La dernière partie de cet article se concentre sur les lacunes du modèle Janus sans entrer dans des détails techniques excessifs. La conclusion générale est que l’intuition de Sakharov concernant les univers jumeaux reste féconde, et que la gravité bimétrique reste un domaine légitime mais fortement contraint, tandis que les modèles de type Janus combinant univers jumeaux, masse négative, phénoménologie du secteur sombre et substituts aux trous noirs sont confrontés à une lourde charge de la preuve, tant mathématique qu’observationnelle.

Sakharov : baryogenèse, CPT et flèche du temps

L’histoire moderne commence avec les travaux d’Andreï Sakharov de 1967 sur l’origine de l’asymétrie matière-antimatière⁴. Sakharov a formulé les conditions désormais célèbres de la baryogenèse : violation du nombre baryonique, violation de C et de CP, et sortie de l’équilibre thermique. Ces conditions répondaient à une question simple mais profonde : si l’univers primitif était régi par des lois traitant la matière et l’antimatière de manière presque symétrique, pourquoi l’univers observable contient-il une quantité de matière nettement supérieure à celle de l’antimatière ?

Les réflexions cosmologiques ultérieures de Sakharov ont élargi son intérêt pour la symétrie. Il a envisagé des modèles dans lesquels l’univers pourrait comporter des branches avec des flèches du temps opposées et a examiné l’hypothèse d’une symétrie CPT cosmologique¹¹. Ses travaux mentionnent explicitement des modèles cosmologiques avec inversion de la flèche du temps, une hypothèse de symétrie CPT cosmologique, ainsi que des modèles ouverts à plusieurs feuillets¹².

On passe souvent à côté de l’essentiel : l’idée d’univers jumeaux de Sakharov n’était pas une théorie de la masse gravitationnelle négative. Ce n’était pas non plus une théorie bimétrique au sens moderne du terme. Il s’agissait avant tout d’une proposition concernant la symétrie globale : peut-être que l’univers dans son ensemble rétablit une symétrie qui semble brisée dans notre branche locale. La flèche du temps peut pointer dans des directions opposées dans deux domaines cosmologiques, mais les observateurs au sein de chaque domaine continueraient de constater une augmentation de l’entropie vers leur propre futur.

Il s’agit là d’une idée subtile. Cela ne signifie pas que les habitants de la branche jumelle verraient des tasses cassées se reconstituer ou des étoiles cesser de brûler. Cela signifie que la structure globale reliant les deux branches pourrait être inversée dans le temps, tandis que chaque branche possède sa propre orientation thermodynamique.

L’héritage de Sakharov est donc réel mais spécifique. Il a ouvert la voie à la possibilité d’un dédoublement cosmologique associé à la symétrie CPT, à la baryogénèse et à la flèche du temps. Cependant, Sakharov n’a pas donné carte blanche pour identifier la deuxième branche à un univers de masse négative, ni pour en déduire que les trous noirs doivent être remplacés par des transitions vers un feuillet.

En 2018, Boyle, Finn et Turok¹³ ont publié un modèle cosmologique fondé sur l’existence d’un univers miroir du nôtre, peuplé d’antimatière et « évoluant à rebours dans le temps », similaire au modèle de Sakharov dans le contexte de la symétrie CPT. Leur modèle a été mis en avant comme offrant une explication « évidente » à la présence de matière et à l’absence d’antimatière dans l’univers observable. Les auteurs ont introduit une nouvelle espèce hypothétique de neutrino très massif (plus de 500 millions de fois plus lourd que le proton, soit 4,8×10⁸ GeV/c²) comme explication possible de la nature de la matière noire.

Univers créés par paires et intriqués : la voie de la cosmologie quantique

Le prolongement le plus naturel de l’intuition de Sakharov n’est pas nécessairement la gravité bimétrique. Il s’agit de la cosmologie quantique. Dans ce cadre, l’univers n’est pas simplement considéré comme un espace-temps classique satisfaisant aux équations d’Einstein, mais comme un objet décrit par un état quantique, un instanton ou une intégrale de chemin gravitationnelle.

C’est là que les travaux récents de Chen, Lin, Lin et Yeom prennent tout leur sens¹⁴. Leur article se demande si l’origine de l’univers et la flèche du temps pourraient être liées. Les auteurs envisagent la possibilité que notre univers ait été créé par paire avec un jumeau dont la flèche du temps est opposée à la nôtre. Ils soutiennent que de tels univers jumeaux devraient naturellement être intriqués, et que cette intrication pourrait laisser des traces dans le fond diffus cosmologique.

Leur cadre théorique relève de la gravité quantique euclidienne. Dans leur modèle, les deux univers sont reliés par un trou de ver euclidien, plus précisément un trou de ver de Klebanov–Susskind–Banks utilisé comme modèle simplifié facile à traiter¹⁵. Chaque univers se trouve alors dans un état mixte lorsqu’il est considéré isolément, car l’état complet appartient à la paire. L’intrication sélectionne un vide global pour les perturbations de l’inflaton, et les auteurs constatent que cela peut amplifier le spectre de puissance du fond diffus cosmologique pour les modes à grande longueur d’onde. Ils décrivent cette amplification comme une « marque de naissance » possible du processus de création de paires.

L’importance de ce travail ne réside pas dans le fait qu’il établisse l’existence d’un univers jumeau. Son importance est d’ordre méthodologique. Il formule un mécanisme spécifique, en déduit une classe spécifique d’effets et met en évidence une signature observationnelle possible. L’affirmation n’est pas que l’on puisse tout expliquer — matière noire, énergie noire, antimatière, vides, trous noirs — en invoquant un univers jumeau. L’affirmation est plus restreinte et donc d’une plus grande valeur scientifique : si un univers jumeau intriqué, créé par paire, existait, il pourrait laisser une empreinte à grande échelle angulaire dans le spectre de puissance du rayonnement fossile.

C’est ce qui distingue l’approche de Chen–Lin–Lin–Yeom des récits cosmologiques plus vastes. Elle reste spéculative, mais cette spéculation est rigoureuse. Elle est liée à un mécanisme, à un calcul et à un test possible.

Des univers jumeaux à la gravité bimétrique : un changement de registre

Passer de Sakharov ou de Chen et al. à la gravité bimétrique revient à changer la nature du problème. Un univers jumeau peut être une branche conjuguée par CPT, un partenaire quantique ou un secteur miroir. La gravité bimétrique est quelque chose de plus spécifique : elle introduit deux tenseurs métriques, souvent notés g_μν et f_μν, chacun capable de définir une géométrie.

En relativité générale, la métrique n’est pas simplement un instrument de mesure. Elle définit les distances et les temps ainsi que la structure causale, la connexion de Levi-Civita, les géodésiques, la courbure et la loi de conservation covariante du tenseur énergie-impulsion. L’introduction d’une deuxième métrique introduit donc une deuxième géométrie, une deuxième connexion et, potentiellement, un deuxième ensemble de géodésiques.

C’est pourquoi la gravité bimétrique ne se limite pas à l’écriture de deux équations d’Einstein et à leur couplage par intuition. Les identités de Bianchi imposent des contraintes sévères. Pour une métrique g_μν, le tenseur d’Einstein G^μν satisfait

∇^(g)_μ G^μν (g) = 0.

Si la matière est couplée à g_μν, la cohérence exige normalement que

∇^(g)_μ T^μν = 0,

où T^μν est le tenseur énergie-impulsion. Avec deux métriques, il faut préciser quelle dérivée covariante agit sur quel tenseur d’impulsion, et comment les termes d’interaction entre les deux secteurs satisfont aux contraintes correspondantes. Un tenseur peut être conservé de manière covariante par rapport à une connexion et ne pas l’être par rapport à l’autre. Ce point technique est fondamental pour la théorie.

Une deuxième métrique modifie également le spectre des degrés de liberté gravitationnels. Dans une théorie bimétrique solide, on s’attend généralement à un champ de spin 2 sans masse et à un champ de spin 2 massif. Un champ de spin 2 sans masse possède deux polarisations physiques. Un champ de spin 2 massif en possède cinq. Le danger est qu’un sixième degré de liberté pathologique puisse apparaître. Il s’agit du fantôme de Boulware–Deser¹⁶.

Le fantôme de Boulware–Deser et le renouveau moderne de la gravité bimétrique

Le fantôme de Boulware–Deser a été l’une des principales raisons pour lesquelles la gravité massive non linéaire et la gravité bimétrique ont longtemps été considérées avec méfiance. Au niveau linéaire, la théorie de Fierz–Pauli¹⁷ peut décrire un champ massif de spin 2 sans générer immédiatement ce sixième mode indésirable. Mais les extensions non linéaires génériques le réintroduisent. Le problème n’est pas simplement d’ordre esthétique. Un fantôme correspond, en gros, à un degré de liberté dont l’énergie cinétique présente un signe erroné, ce qui menace d’entraîner une instabilité catastrophique du vide.

La gravité massive moderne a été relancée par la construction de de Rham–Gabadadze–Tolley¹⁸, qui a identifié une classe particulière de termes d’interaction permettant d’éviter le fantôme. Hassan et Rosen⁵ ont ensuite étendu cette avancée à la gravité bimétrique en rendant la métrique de référence dynamique. Leur article expose clairement le propos : les théories bimétriques non linéaires génériques souffrent de la même instabilité fantôme de Boulware–Deser que la gravité massive non linéaire, mais une construction particulière permet d’obtenir une théorie bimétrique non linéaire dans laquelle un champ de spin 2 sans masse interagit avec un champ de spin 2 massif sans propager ce fantôme.

La structure de la théorie de Hassan–Rosen est fortement contrainte. Chaque métrique possède son propre terme d’Einstein–Hilbert, et le potentiel d’interaction est construit à partir de polynômes symétriques élémentaires de la racine carrée de la matrice

g^-1f

La racine carrée de la matrice fait partie de la structure algébrique précise nécessaire pour préserver la contrainte qui élimine le fantôme.

Cette leçon est importante pour tout modèle d’univers jumeaux ou à deux feuillets se réclamant d’une théorie bimétrique. La simple présence de deux métriques ne suffit pas à rendre viable une théorie bimétrique. Celle-ci doit démontrer que ses degrés de liberté sont contrôlés, que ses termes d’interaction sont cohérents et qu’elle ne propage pas de fantôme instable.

La limite de Higuchi et la stabilité cosmologique

Même lorsque le fantôme de Boulware–Deser est évité, un modèle bimétrique ou de gravité massive peut échouer en cosmologie. Une théorie peut présenter des équations de fond acceptables tout en devenant instable au niveau des perturbations.

La limite de Higuchi¹⁹ constitue un avertissement classique. Dans l’espace de de Sitter, un champ massif de spin 2 ne peut pas avoir une masse arbitraire. Higuchi a montré que, pour un champ de spin 2 dans la partie en expansion de l’espace de de Sitter, il existe une plage de masses interdite associée aux états de norme négative. Dans la notation habituelle, cette limite s’écrit souvent sous la forme

où m est la masse de spin-2 et H le taux d’expansion de de Sitter. La forme exacte de cette contrainte peut varier dans des contextes bimétriques généralisés, mais le message physique reste le même : le mode d’hélicité nulle d’un graviton massif peut devenir pathologique si l’échelle de masse est trop petite par rapport à l’échelle de courbure.

Cette contrainte est particulièrement pertinente car de nombreuses cosmologies bimétriques sont intéressantes précisément à grande échelle. Elles peuvent imiter l’énergie noire ou modifier l’histoire de l’expansion. Mais si les perturbations sont instables, le succès du fond est illusoire.

La même mise en garde s’applique aux couplages de la matière. Dans de nombreuses constructions sans fantômes, la matière ordinaire n’est couplée qu’à une seule métrique. Coupler la matière simultanément aux deux métriques, ou introduire deux secteurs de matière interagissant par l’intermédiaire des deux métriques, peut réintroduire des instabilités. Ainsi, l’idée apparemment naturelle selon laquelle chaque feuille d’univers possède sa propre matière et sa propre métrique n’est pas automatiquement sans risque.

La situation actuelle de la gravité bimétrique est donc nuancée. Il s’agit d’un domaine théorique légitime, et non d’une spéculation marginale. Mais sa viabilité dépend d’un espace de paramètres restreint, de conditions de stabilité, des couplages de la matière et de la confrontation avec les données cosmologiques et celles relatives aux ondes gravitationnelles.

La masse négative et le problème du « no-go »

L’idée de masse négative a été introduite en 1957 par Hermann Bondi dans le contexte très spécifique d’une exploration des limites conceptuelles de la relativité générale et du principe d’équivalence²⁰. Bondi ne proposait pas la masse négative comme composante observable de l’univers, ni principalement comme un modèle cosmologique. Sa question était plus fondamentale : la relativité générale elle-même interdit-elle logiquement l’existence d’une matière dont la masse aurait un signe opposé ? Sa conclusion était essentiellement que la masse négative n’est pas exclue par une simple contradiction locale dans les équations, bien qu’elle conduise à un comportement profondément pathologique et physiquement invraisemblable. Cependant, le concept de masse négative a été introduit dans des modèles d’univers jumeaux car il semble offrir une explication simple à la répulsion²¹. Les masses positives s’attirent ; peut-être que les masses négatives se repoussent ; peut-être qu’un secteur de masse négative pourrait creuser des vides cosmiques ou imiter l’énergie noire. Cette intuition est séduisante mais trompeuse.

Il faut distinguer la masse inertielle, la masse gravitationnelle passive et la masse gravitationnelle active. Dans le langage newtonien, ces distinctions peuvent être codées par le choix des signes. Dans le langage relativiste, cependant, la source de la gravité est le tenseur énergie-impulsion, et sa conservation est liée à la géométrie. La « masse négative » doit donc désigner quelque chose de précis. Une densité d’énergie négative ? Une source gravitationnelle active négative ? Une réponse passive négative ? Un secteur couplé à une métrique différente ? Une inversion de signe effective produite par une interaction non standard ?

Sans ces distinctions, le concept devient ambigu.

Le problème classique est celui du mouvement incontrôlable. Dans un modèle naïf comportant des masses positives et négatives, une paire peut s’auto-accélérer d’une manière qui semble violer les conditions d’énergie habituelles. Des modèles bimétriques ont parfois été proposés pour éviter cela en attribuant à chaque secteur sa propre métrique et ses propres géodésiques. Mais cela ne résout pas le problème en soi. La limite en champ faible doit être dérivée d’équations covariantes.

C’est là toute l’importance du théorème d’impossibilité de Hohmann–Wohlfarth⁶. Ils ont examiné ce qu’ils ont décrit comme l’extension géométrique la plus conservatrice de la gravité d’Einstein contenant des sources de masse et des observateurs positifs et négatifs : une théorie bimétrique avec deux copies de la matière du modèle standard n’interagissant que gravitationnellement. Ils ont ensuite étudié les équations de champ linéarisées les plus générales satisfaisant des hypothèses motivées tant sur le plan physique que mathématique, et ont prouvé un théorème d’impossibilité : dans un tel cadre, on ne peut pas obtenir des forces newtoniennes strictement opposées sur des masses d’essai positives et négatives.

Un théorème d’impossibilité ne prouve pas que toutes les théories de masse négative soient impossibles. Il prouve qu’un résultat souhaité ne peut être obtenu sous des hypothèses spécifiées. Un modèle peut échapper au théorème en abandonnant l’une de ces hypothèses. Mais il ne s’agit pas d’une échappatoire gratuite. Si un modèle abandonne une limite standard de champ faible, une loi de conservation, un principe de couplage ou une symétrie entre secteurs, il doit montrer ce qui la remplace et pourquoi ce remplacement est physiquement acceptable.

Les travaux de Hossenfelder sont pertinents à cet égard. Elle a proposé une théorie bimétrique dotée d’une symétrie d’échange²² et a ensuite fait valoir que le théorème d’impossibilité de Hohmann–Wohlfarth ne s’appliquait pas à son modèle⁷. Sa réponse n’établit pas une cosmologie complète et viable des masses négatives, mais elle montre le niveau de discussion approprié : il faut formuler la théorie de manière covariante, préciser les métriques et les connexions, et identifier quelles hypothèses d’un théorème d’impossibilité ne sont pas satisfaites.

Il s’agit là d’une distinction importante. La masse négative n’est pas interdite par un slogan. Mais elle n’est pas non plus sauvée par un slogan.

Le modèle Janus : ambition et charge de la preuve

Le modèle cosmologique de Janus⁹,²³ occupe une place particulière dans ce paysage. Il revendique explicitement sa filiation avec l’idée des univers jumeaux de Sakharov et propose une cosmologie bimétrique avec deux feuilles d’univers en interaction. Les auteurs décrivent le modèle standard ΛCDM comme confronté à des défis liés aux vastes vides cosmiques, à la formation précoce des étoiles et des galaxies, ainsi qu’à l’asymétrie matière-antimatière ; ils proposent ensuite un modèle bimétrique d’interaction entre deux feuillets d’univers comme explication alternative de la structure à grande échelle, des vides et de l’accélération cosmique. La publication d’un tel modèle dans des revues à comité de lecture mérite qu’on s’y attarde, mais elle ne valide pas, en soi, l’ensemble des affirmations plus générales associées au programme Janus.

La première question concerne la référence à Sakharov. Le lien historique est compréhensible : Sakharov a effectivement envisagé des univers jumeaux, des flèches du temps inversées et une symétrie à grande échelle. Mais Janus ajoute plusieurs hypothèses substantielles qui ne figuraient pas dans l’idée originale de Sakharov. Il introduit notamment des secteurs de masse négative et des interactions bimétriques comme mécanismes explicatifs de la structure et de l’accélération cosmiques. Celles-ci peuvent être proposées comme des extensions ; elles ne devraient pas être présentées comme des conséquences directes.

La deuxième question concerne le statut de la structure bimétrique. Si Janus est une théorie bimétrique, elle doit alors être évaluée selon les critères propres aux théories bimétriques. Possède-t-elle un principe d’action ? Les deux métriques sont-elles dynamiques ? Quels sont les termes d’interaction ? Combien de degrés de liberté se propagent ? Le fantôme de Boulware–Deser est-il absent ? Les perturbations sont-elles stables ? Les identités de Bianchi sont-elles satisfaites avec les dérivées covariantes appropriées ?

Malheureusement, ces questions ne sont pas traitées de manière satisfaisante. Par exemple, les identités de Bianchi ne sont pas vérifiées pour le système bimétrique complet. En effet, d’après les équations du modèle

G_μν(g) = χ(T_μν + g̅g T̅_μν) et G̅_μν(g) = κχ̅(T̅_μν + gg̅ T_μν)

les identités de Bianchi imposent

∇_μ(T^μν + g̅g T̅^μν) et ∇̅_μ(T̅^μν + gg̅ T^μν)

Cependant, le fait que la divergence d’une somme soit nulle n’implique pas que la divergence de chaque terme soit nulle. Or, c’est précisément ce que font les auteurs : ils stipulent que les membres de droite doivent être nuls et imposent des conditions de la forme ∇_μT_μν = 0 et ∇̅_μT̅_μν = 0.

Le troisième problème concerne la limite en champ faible. Si le modèle repose sur une attraction au sein d’un même secteur et une répulsion entre les secteurs, ces effets doivent être déduits des équations covariantes, et non imposés par une intuition newtonienne. À la lumière du théorème de Hohmann–Wohlfarth, le modèle doit également préciser quelles hypothèses il abandonne et comment il contourne les difficultés correspondantes. Cela n’est pas fait de manière rigoureuse dans le modèle de Janus. Pour obtenir l’approximation newtonienne dans la limite du champ faible, les auteurs affirment que, dans des conditions stationnaires, la racine carrée du rapport des déterminants est quasi constante : g̅/g ≈1. Cette hypothèse n’est pas vérifiée : même dans des conditions stationnaires, le déterminant de la métrique peut dépendre de la coordonnée radiale.

Le quatrième problème est d’ordre observationnel. Un modèle peut proposer des interprétations qualitatives des vides cosmiques, des structures précoces ou de l’accélération. Mais la cosmologie moderne n’est pas contrainte par une seule observation. Elle est contrainte par un réseau interdépendant : anisotropies du rayonnement fossile, oscillations acoustiques baryoniques, supernovae, nucléosynthèse primordiale, lentilles gravitationnelles faibles et fortes, abondances des amas, regroupement des galaxies, ondes gravitationnelles et tests locaux de la gravité. Toute alternative sérieuse doit s’attaquer à ce réseau de manière quantitative.

C’est la norme exigée de tout modèle visant à remplacer ou à modifier substantiellement le modèle CDM dΛ, associé à la relativité générale.

Les « plugstars », Schwarzschild et le problème manquant de Kerr

Les affirmations les plus délicates associées au programme Janus concernent les trous noirs. Dans certaines présentations¹⁰,²⁴, les trous noirs sont présentés comme mathématiquement incohérents et physiquement remplacés par des objets parfois appelés « plugstars ». La matière tombant dans un tel objet est décrite comme subissant une transition vers un autre secteur ou un autre feuillet, parfois accompagnée d’un changement de signe de la masse.

Il convient ici de distinguer trois points.

Premièrement, les auteurs répètent une erreur commise à l’origine en 1999 par les premiers traducteurs anglophones de l’article original en allemand de Schwarzschild²⁵. Selon eux, la métrique initialement dérivée par Schwarzschild dans un système de coordonnées particulier n’est pas équivalente à la métrique « standard » établie plus tard par David Hilbert et utilisée dans les monographies classiques. Dans le premier cas, la formation d’un horizon des événements, et donc d’un trou noir, serait exclue ; ce résultat, affirment-ils, aurait été ignoré par les théoriciens qui se seraient contentés de répéter l’« erreur » de Hilbert pendant un siècle sans vérifier la source en allemand.

Cette affirmation a été rapidement réfutée par plusieurs auteurs²⁶,²⁷, qui ont démontré que la solution originale de Schwarzschild est tout à fait équivalente à celle établie par Hilbert.

Deuxièmement, la solution de Schwarzschild dans l’extension maximale de Kruskal²⁸ est une solution idéalisée de vide éternel. Elle est riche sur le plan mathématique, mais elle ne correspond pas à l’espace-temps d’un effondrement gravitationnel réaliste. L’extension de Kruskal contient des régions qui n’apparaissent pas de la même manière dans une géométrie d’effondrement. On ne peut pas déduire, à partir de la seule extension maximale de Schwarzschild, que la matière, lors d’un véritable effondrement astrophysique, passe dans un autre univers ou change de signe de masse.

Troisièmement, même en se concentrant uniquement sur Schwarzschild, la critique d’une solution idéalisée non rotative ne suffirait pas à invalider l’existence des trous noirs astrophysiques. Les objets compacts réels se forment par effondrement, accrétion et fusions. Le moment cinétique est généralement présent.

La solution stationnaire pertinente pour un trou noir astrophysique en rotation est celle de Kerr, et non celle de Schwarzschild. L’espace-temps de Kerr²⁹ est caractérisé par la masse (M) et le moment cinétique (J). Sa physique inclut une ergosphère, l’entraînement des référentiels, des anneaux de photons, des dernières orbites circulaires stables, des disques d’accrétion relativistes, des jets et des modes quasi-normaux. Il ne s’agit pas là de détails facultatifs ; ils dominent la phénoménologie des candidats réels au statut de trou noir.

Les observations de M87* et de Sgr A* réalisées par l’Event Horizon Telescope (EHT) sont interprétées précisément dans ce cadre. L’analyse de M87* par l’EHT³⁰ a montré que l’anneau asymétrique observé était compatible avec un effet de lentille gravitationnelle puissant autour d’un trou noir de Kerr en rotation, et elle a souligné le rôle de la rotation du trou noir dans les modèles produisant des jets puissants. Les résultats de l’EHT concernant Sgr A*³¹ font également état d’une cohérence avec l’apparence attendue d’un trou noir de Kerr.

Cela fait de l’absence, ou de la quasi-absence, d’une analyse sérieuse du modèle de Kerr dans les propositions visant à remplacer les trous noirs une faiblesse majeure. Un modèle qui prétend remplacer les trous noirs ne peut se limiter au modèle de Schwarzschild. Il doit reproduire ou remplacer la phénoménologie du modèle de Kerr : diamètre et asymétrie de l’anneau de photons, structure de l’effet de lentille, entraînement des référentiels, signatures d’accrétion, formation de jets, polarisation, phase de relaxation gravitationnelle et dynamique des fusions d’objets compacts.

Une critique portant uniquement sur le modèle de Schwarzschild passe à côté de l’essentiel. Les trous noirs astrophysiques ne sont pas des pédagogiques sphères statiques ; ce sont des moteurs relativistes en rotation. Toute alternative proposée doit être confrontée aux données réelles.

Ce qui reste valable

Le concept d’univers jumeaux reste précieux pour plusieurs raisons.

Il soulève une question fondamentale concernant la symétrie. L’univers que nous observons ne présente manifestement aucune symétrie entre la matière et l’antimatière, ni entre les deux sens du temps. L’intuition de Sakharov a été de se demander si une structure cosmologique plus vaste pourrait rétablir une symétrie qui nous échappe dans notre branche.

Ensuite, il offre à la cosmologie quantique un cadre naturel. Les univers créés par paires, les branches intriquées et les états réduits mixtes sont des idées spéculatives, mais ce ne sont pas de simples images littéraires. Elles s’inscrivent dans des tentatives visant à décrire l’origine de l’univers à l’aide des principes quantiques. La proposition de Chen et al.¹⁴ est particulièrement intéressante car elle relie l’idée d’un jumeau intriqué à une signature possible du rayonnement cosmique micro-ondes (CMB).

Enfin, cela nous rappelle que le modèle standard de la cosmologie est incomplet. La nature de la matière noire et de l’énergie noire reste hypothétique; les conditions initiales de l’univers sont mystérieuses ; la flèche du temps n’est pas entièrement comprise ; et les tensions entre les paramètres cosmologiques justifient un examen minutieux. Ces lacunes justifient l’audace théorique.

Mais il ne faut pas confondre audace et solidité théorique. Un modèle qui explique beaucoup de choses à la fois n’est pas automatiquement plus solide qu’un modèle qui en explique moins. Il est souvent plus vulnérable, car chaque affirmation explicative supplémentaire ajoute des contraintes.

Une théorie combinant des univers jumeaux, deux métriques, la masse négative, l’accélération cosmique, les vides, l’antimatière et les alternatives aux trous noirs doit satisfaire à toutes les contraintes propres à chacun de ces éléments. Elle doit être cohérente en tant que théorie relativiste des champs, stable en tant que théorie perturbative, précise en tant que modèle cosmologique et valable en tant que modèle astrophysique d’objets compacts.

Conclusion

L’histoire des univers jumeaux est une histoire d’ambiguïté féconde. La version de Sakharov relève de la physique de la symétrie, de la baryogénèse et de la flèche cosmologique du temps. Les versions modernes de cosmologie quantique, telles que les travaux de Chen et de ses collaborateurs, cherchent à déterminer si des univers intriqués créés par paires pourraient laisser des traces observables dans le rayonnement fossile. La gravité bimétrique, dans la tradition de Hassan-Rosen, est une extension techniquement sérieuse de la relativité générale, mais dont la cohérence dépend de termes d’interaction et de conditions de stabilité fortement contraints.

Ces trois axes de réflexion ne doivent pas être confondus. La théorie de Sakharov n’implique pas automatiquement la gravité bimétrique. La gravité bimétrique n’implique pas automatiquement la masse négative. La masse négative n’explique pas automatiquement l’énergie noire ou les vides cosmiques. Et aucune de ces idées n’abolit automatiquement les trous noirs.

Le modèle Janus s’appréhende au mieux comme une tentative ambitieuse de combiner plusieurs de ces courants. Son ambition le rend intrigant, mais l’expose également à une lourde charge de la preuve. Il doit démontrer non seulement que son imagerie est convaincante, mais aussi que ses équations sont covariantes, ses lois de conservation cohérentes, ses degrés de liberté valables, sa limite en champ faible correcte, ses perturbations stables et ses prédictions observationnelles compétitives par rapport aux modèles existants. La distinction essentielle se situe entre un récit et une théorie. Un récit relie des idées. Une théorie relie des équations. Un récit peut suggérer qu’un deuxième univers rétablit la symétrie cosmique. Une théorie doit préciser quels champs existent, comment ils interagissent, ce que mesurent les observateurs et quelles données pourraient la réfuter.

Les univers jumeaux restent une idée cosmologique puissante. Ils pourraient encore éclairer la flèche du temps, l’état initial de l’univers ou l’origine de l’asymétrie matière-antimatière. Mais leur avenir scientifique dépend autant de la rigueur scientifique que de l’imagination. Le défi ne consiste pas à multiplier les miroirs cosmiques, mais à faire en sorte que l’un d’entre eux reflète une physique vérifiable.