Quelques mois avant la parution de sa théorie, Mordehai Milgrom répond aux objections de son confrère américain John Bahcall. © Mordehai Milgrom

Un univers sans masse cachée ?

Mond est une théorie qui se propose d'expliquer le mouvement des étoiles et des galaxies sans recourir à une quelconque masse cachée, ou matière noire. Pourquoi les étoiles loin du centre de leur galaxie tournent-elles plus vite qu'elles ne devraient ? Pourquoi les galaxies elles-mêmes sont-elles si rapides au sein des amas de galaxies ? La majorité des astrophysiciens supposent que c'est parce que ces objets sont plus massifs qu'il n'y paraît. Ils recherchent activement la « masse cachée » de ces objets sous forme de particules exotiques, une hypothétique « matière noire ».

Pour Mordehai (Moti) Milgrom toutefois, leur quête est vaine. Il n'y a pas de matière noire dans l'Univers. Simplement, les lois de la gravitation établies par Newton, puis Einstein ne s'appliquent pas en toute circonstance. Il suffit de les modifier (Mond signifie Modified Newtonian Dynamics) d'une manière simple et dans des circonstances très précises, pour expliquer les mouvements des étoiles et des galaxies.

« Cher John »

Lorsqu'il écrit cette lettre, Moti Milgrom réfléchit depuis plus de trois ans à sa théorie. Tout ce temps, il a travaillé dans le secret et a écrit trois articles scientifiques qui constituent ensemble la base de sa théorie. Il souhaite les publier ensemble dans une prestigeuse revue scientifique. Mais avant cela, Moti Milgrom envoie sa trilogie à cinq confrères, dont l'astrophysicien américain John Bahcall, qu'il a rencontré au prestigieux Institute for Advanced Studies de Princeton quelques années plus tôt. La façon dont Bahcall juge le travail de Milgrom n'est manifestement pas à la hauteur de ses espérances. Elle annonce en fait, pour l'astrophysicien israélien, le début d'une longue traversée du désert.

La lettre que nous publions intégralement est une défense de Mond que Moti Milgrom devra utiliser souvent dans les trois décennies suivantes (traduction ci-après). L'astrophysicien raconte son parcours et expose ses convictions dans une interview publiée dans le numéro d'août 2013 de Ciel & Espace.

© Mordehai Milgrom

Nous proposons ci-dessous une traduction libre de cette lettre du 4 avril 1982.

Cher John,

Merci beaucoup pour ta lettre franche du 26 février. J'ai été déçu de lire que tu n'avais finalement pas lu le papier détaillé sur les galaxies. Je ne pense pas qu'il soit possible de comprendre mon travail à sa juste valeur après avoir seulement lu le papier le plus court.

Je n'ai pas écrit le papier court comme un article indépendant. Dans cet article, j'ai voulu essentiellement parler des principes et je n'ai mentionné que brièvement les résultats contenus dans les autres articles, dans l'espoir qu'il agisse comme une mise en bouche. Manifestement, ça n'a pas été le cas pour toi.

Comme je te l'ai déjà écrit, la platitude de la courbe de rotation des galaxies a été pour moi la première indication, il y a trois ans, que la masse cachée n'était peut-être pas une explication suffisante. Depuis lors, pendant mon séjour à Princeton et après, j'ai étudié très attentivement les données. [...]

Je pense que je suis très prudent avec les données. Je n'ai inventé aucune des régularités que j'ai mis en évidence dans les données et je pense que j'ai un bon flair pour repérer dans les données ce qui réclame une explication. Sachant ce que je sais à propos des données, j'ai le sentiment très net qu'une nouvelle explication est nécessaire.

Si j'ai bien compris, tu penses que le temps n'est pas encore venu d'envisager des alternatives à la dynamique newtonienne, puisque tu ne vois aucune crise qui émerge des données telles que tu les comprends. À l'époque de Copernic, tu aurais pu dire que le moment n'était pas encore venu d'envisager des alternatives au système de Ptolémée, puisqu'il expliquait très bien les données pour peu qu'on utilise suffisamment d'épicycles. Que le moment soit venu ou non est vraiment une question de goût. Je suis sûr que beaucoup sont profondément mal à l'aise avec l'idée de la masse cachée, comme je le suis moi-même.

Il faut réaliser que dire que la dynamique des galaxies et des systèmes de galaxies est expliquée par la masse cachée, qui ne peut pas être détectée autrement, c'est à peu près ne rien dire. Je ne peux pas le prouver comme un théorème, mais pratiquement n'importe quelle mesure de dynamique peut être décrite par une distribution de masse, dans le cadre de la dynamique newtonienne (pour autant que tu aies besoin de plus de masse que tu n'en voies). Ce que je veux dire, c'est que tu ne seras jamais capable d'exclure l'hypothèse de la masse cachée par des mesures de dynamique. Tu seras peut-être capable d'exclure certains types de matière parce qu'ils pourraient avoir tel ou tel effet supplémentaire, mais tu pourras toujours trouver refuge en invoquant un type de masse inconnu, etc.

Ce qui signifie aussi qu'il sera extrêmement difficile pour l'hypothèse de la masse cachée dans sa forme générale de faire une quelconque prédiction et, en fait, pour autant que je sache, elle ne fait aucune prédiction testable (autre que celles qui ont peut-être à voir avec la nature de ses constituants).

De plus, on peut dire qu'aucune des propriétés observées des galaxies ou des systèmes de galaxies ne sont expliquées par la masse cachée, dans le sens où aucune ne découle d'une quelconque manière de cette hypothèse […].

Ce qui me ferait sérieusement envisager d'abandonner l'hypothèse de la masse cachée serait une alternative qui :

a. n'entrerait pas à l'évidence en conflit avec l'expérience ou l'observation

b. expliquerait beaucoup de propriétés que la masse cachée n'explique pas. [...]

c. ferait des prédictions claires qui pourraient être testées.

Je pense que mon idée possède ces propriétés. Je ne m'attends pas à ce qu'on l'accepte après avoir lu mes articles (et certainement pas avant), mais je crois pouvoir attendre qu'elle soit prise au sérieux et testée.

Se demander si le temps est venu de se pencher sur des alternatives n'est pas une bonne question dans cette situation. Je suggère une alternative qui est le résultat d'une réflexion minutieuse et de beaucoup de travail. La question est de savoir si elle passe les tests ou pas.

Tu dis dans ta lettre que l'on peut envisager beaucoup de modifications de la physique actuelle pour expliquer les données. Je ne pense pas que cela soit le cas. Encore une fois, j'y ai beaucoup réfléchi et je crois qu'il y a largement assez dans les données pour restreindre très fortement le champ des possibles.

Il est vrai que la forme particulière que j'utilise et l'une des quelques possibilités auxquelles on peut penser, mais elles partagent toutes des caractéristiques qui sont à la base de ma proposition [...] Ces caractéristiques sont :

1. Un effondrement de la dynamique newtonienne (deuxième loi et/ou gravité).

2. La quantité qui importe est l'accélération (cinétique ou gravitationnelle).

3. Il existe une constante d'accélération qui détermine la frontière entre les régimes newtonien et non-newtonien.

4. Dans le régime fortement non-newtonien, le carré de l'accélération est proportionnel à la force de gravitation habituelle.

De ceci découle les courbes de rotation plates, Tully-Fisher, la valeur préférentielle de la brillance de surface […].

Tu te plains aussi dans ta lettre du fait que je ne fournis pas réellement une théorie. Tu aurais pu aussi te plaindre auprès de Bohr de ne pas avoir suggéré l'équation de Schrödinger en même temps que son modèle d'atome (pour mémoire, il a fallu 13 ans et beaucoup de gens bien meilleurs que moi pour passer de l'un à l'autre). Je pourrais donner beaucoup plus d'exemples bien que je ne pense pas qu'ils signifient grand-chose, puisque que l'on peut toujours fournir des contre-exemples. Je pense que chaque cas doit être considéré pour lui-même.

Ce qui est important, c'est que je fais bel et bien des prédictions et que je trouve des relations entre différentes propriétés des galaxies, et que les propriétés connues des galaxies suivent sans ambigüité le schéma que je propose. Prend par exemple a₀. Il a clairement une existence indépendante de mon idée. Il vient directement des observations […]. En observant les choses à ma façon, j'ai réalisé que ce paramètre qui concerne les galaxies était aussi, aux incertitudes près, la valeur typique de l'accélération cosmique cH₀. Peut-être qu'il s'agit d'une coïncidence, mais c'est certainement un résultat intéressant.

Pour être plus clair peut-être, supposons que mes prédictions soient confirmées […]. On pourrait toujours souhaiter conserver l'hypothèse de la masse cachée, puisqu'elle reproduit aussi les observations dès lors que cette masse est distribuée correctement. On devrait cependant convenir que j'ai trouvé une formule unique à un seul paramètre qui décrit la distribution de la masse cachée dans toutes les galaxies et tous les types de systèmes de galaxies [...] à partir de la distribution observée de la masse. […] Je trouverais absurde [de conserver l'hypothèse de la masse cachée, NDLR], et je préférerais dire que la formule décrit réellement une modification de la physique et qu'il n'y a pas vraiment de masse cachée.

J'espère te voir en mai pour en discuter plus en détails.

Bien à toi,

M. Milgrom