Théories d'une vitesse de lumière variable

Les concepts de vitesse de la lumière variable soutiennent que la vitesse de la lumière dans le vide, généralement notée c, pourrait ne pas être constante dans certains cas.

NB : la vitesse de la lumière dans un milieu autre que le vide est inférieure à c. Ce n'est pas le sujet de cet article, dans lequel on traite des théories selon lesquelles la vitesse limite elle-même pourrait varier dans certaines conditions.

L'anomalie MAGIC

En 2005, le télescope d'observation des rayons gamma MAGIC observa un décalage entre différentes vagues de lumière. Certains physiciens proposèrent que cet effet serait une première observation confortant des théories de la gravitation quantique qui prédisaient une variation de la vitesse de la lumière selon le niveau d'énergie^[1]. Mais même pour les partisans de ces théories, l'effet semblait anormalement élevé.

Finalement, les observations du Fermi Gamma-ray Space Telescope ne montrèrent aucun décalage, ce qui conduit à penser que le résultat de MAGIC est dû à différents phénomènes astrophysiques. Les théories prévoyant une variation de la vitesse de la lumière suivant les niveaux d'énergie ne sont pas forcément réfutées par ces nouvelles mesures, car elles peuvent être ajustées pour expliquer qu'aucun effet n'est visible pour les niveaux d'énergie impliqués^[2].

Vitesse de la lumière variable en cosmologie

Des théories de la variation de la vitesse de la lumière ont été proposées indépendamment par Jean-Pierre Petit en 1988^{[3],[4],[5],[6]} puis John Moffat en 1992^[7] et popularisées par le duo Andreas Albrecht et João Magueijo en 1998^{[8],[9],[10],[11],[12],[13]} pour expliquer le problème de l'horizon en cosmologie et proposer ainsi une alternative à l'inflation cosmique.

Dans le modèle de Petit, la variation de c accompagne la variation conjointe de toutes les constantes physiques combinées aux changements de facteurs d'échelle dans l'espace-temps pour que toutes les mesures et équations de ces constantes demeurent inchangées au cours de l'évolution de l'Univers. Les équations de champs d'Einstein demeurent invariantes sous la variation conjointe de c et G dans la constante d'Einstein. Les derniers modèles restreignent la variation des constantes dans les hautes densités énergétiques de l'Univers à ses débuts.
Bien que ces travaux soient les premiers dans le domaine, ils reçurent peu de médiatisation dans la communauté scientifique (encore aujourd'hui).

L'idée de John Moffat et du duo Albrecht-Magueijo est que la lumière se soit propagée 10⁶⁰ plus vite dans l'univers primitif, laissant le temps aux régions distantes de l'Univers en expansion d'interagir entre elles^[9].

Références

1. ↑ Une preuve pour les nouvelles théories de la gravitation ? Futura-Sciences
2. ↑ New Scientist, Universe's quantum 'speed bumps' no obstacle for light 28 October 2009 by Rachel Courtland
3. ↑ (en) J.P. Petit, « An interpretation of cosmological model with variable light velocity », dans Mod. Phys. Lett. A, vol. 3, n^o 16, 1988, p. 1527–1532 [texte intégral, lien DOI] 
4. ↑ (en) J.P. Petit, « Cosmological model with variable light velocity: the interpretation of red shifts », dans Mod. Phys. Lett. A, vol. 3, n^o 18, 1988, p. 1733–1744 [texte intégral, lien DOI] 
5. ↑ (en) J.P. Petit, M. Viton, « Gauge cosmological model with variable light velocity. Comparison with QSO observational data », dans Mod. Phys. Lett. A, vol. 4, n^o 23, 1989, p. 2201–2210 [texte intégral, lien DOI] 
6. ↑ (en) P. Midy, J.P. Petit, « Scale invariant cosmology », dans Int. J. Mod. Phys. D, n^o 8, 1989, p. 271–280 [texte intégral] 
7. ↑ (en) J. Moffat, « Superluminary Universe: A Possible Solution to the Initial Value Problem in Cosmology », dans Int. J. Mod. Phys. D, vol. 2, n^o 3, 1993, p. 351–366 [lien DOI]  Texte en accès libre sur arXiv : gr-qc/9211020.
8. ↑ (en) J.D. Barrow, « Cosmologies with varying light-speed », dans Phys. Rev., 1998  Texte en accès libre sur arXiv : astro-ph/9811022.
9. ↑ ^{a et b} (en) A. Albrecht, J. Magueijo, « A time varying speed of light as a solution to cosmological puzzles », dans Phys. Rev., vol. D59, 1999, p. 043516  Texte en accès libre sur arXiv : astro-ph/9811018.
10. ↑ (en) J. Magueijo, « Covariant and locally Lorentz-invariant varying speed of light theories », dans Phys. Rev., vol. D62, 2000, p. 103521  Texte en accès libre sur arXiv : gr-qc/0007036.
11. ↑ (en) J. Magueijo, « Stars and black holes in varying speed of light theories », dans Phys. Rev., vol. D63, 2001, p. 043502  Texte en accès libre sur arXiv : astro-ph/0010591.
12. ↑ (en) J. Magueijo, « New varying speed of light theories », dans Rept. Prog. Phys., vol. 66, 2003, p. 2025 [lien DOI]  Texte en accès libre sur arXiv : astro-ph/0305457.
13. ↑ (en) J. Magueijo, Faster Than the Speed of Light: The Story of a Scientific Speculation, Massachusetts, Perseus Books Group, 2003 (ISBN 978-0-7382-0525-0) (LCCN 2002112394) 

Références bibliographiques

• (en) A. I. Shlyakhter, Direct test of the constancy of fundamental nuclear constants, Nature, 264, 340 (1976)
• (en) T. Damour et F. Dyson, The Oklo bound on the time variation of the fine-structure constant revisited, Nucl. Phys. B480, 37 (1996). préprint disponible sur l'arXiv hep-ph/9606486
• (en) J.K. Webb, M.T. Murphy, V.V. Flambaum, V.A. Dzuba, J.D. Barrow, C.W. Churchill, J.X. Prochaska et A.M. Wolfe, Further Evidence for Cosmological Evolution of the Fine Structure Constant, Phys.Rev.Lett. 87 (2001), 091301. préprint disponible sur l'arXiv astro-ph/0012539
• (en) John D. Barrow, The Constants of Nature — From Alpha to Omega — The Numbers that Encode the Deepest Secrets of the Universe, New York, Pantheon Books, 2002, 1^re éd. (ISBN 978-0-375-42221-8) (LCCN 2002075975) 
• (en) P.C.W. Davies, Tamara M. Davis, Charles H. Lineweaver, Cosmology: Black holes constrain varying constants, Nature, 418 602–603 (2002)
• (en) S. Carlip and S. Vaidya, Black holes may not constrain varying constants, Nature 421 498 (2003). préprint disponible sur l'arXiv hep-ph/0209249
• (en) H. Chand, R. Srianand, P. Petitjean et B. Aracil, Probing the cosmological variation of the fine-structure constant: results based on VLT-UVES sample, Astron. Astrophys. 417, 853 (2004). préprint disponible sur l'arXiv astro-ph/0401094
• (en) R. Srianand, H. Chand, P. Petitjean et B. Aracil, Limits on the time variation of the electromagnetic ne-structure constant in the low energy limit from absorption lines in the spectra of distant quasars, Phys. Rev. Lett. 92, 121302 (2004). préprint disponible sur l'arXiv astro-ph/0402177
• (en) P. Teyssandier, Variation of the speed of light due to non-minimal coupling between electromagnetism and gravity, Ann. de la Fondation Louis de Broglie, 29 173–186 (2004). Article disponible sur [1].
• (en) S. A. Levshakov, M. Centurion, P. Molaro et S. D’Odorico, VLT/UVES constraints on the cosmological variability of the fine-structure constant, Astron. Astrophys. préprint disponible sur l'arXiv astro-ph/0408188
• (en) M. J. Duff, Comment on time-variation of fundamental constants, hep-th/0208093
• (en) A. Adams, N. Arkani-Hamed, S. Dubovsky, A. Nicolis et Riccardo Rattazzi, Causality, Analyticity and an IR Obstruction to UV Comple