original by Steve Carlip
traduction lgmdmdlsr dec 2000
L'intérêt de cette question a été stimulé par l'hypothèse du grand nombre de Dirac. Le "grand nombre" dans la question est le rapport entre la force électrique et la force gravitationnelle entre deux électrons, qui vaut environ 10^40; il n'y a aucune explication évidente du fait qu'un nombre si élevé apparaisse en physique. Dirac a remarqué que ce nombre est presque identique à la valeur numérique de l'âge de l'univers exprimé en unités atomiques, et a suggéré en 1937 que cette coïncidence pouvait être expliquée si les constantes fondamentales -- G en particulier-- avaient varié avec le temps. Le rapport entre la force électrique et la force gravitationnelle serait élevé simplement parce que l'univers est vieux. Une telle variation est en dehors du domaine de la relativité générale ordinaire, mais peut y être incorporée par un changement très simple de la théorie. D'autres modèles, comme la théorie de la gravité de Brans-Dicke et certaines versions de la théorie des supercordes, prédisent aussi que des "constantes" physiques varient.
Pendant ces dernières décennies, on a mené de vastes recherches pour trouver une preuve de variation des "constantes" physiques. Parmi les méthodes utilisées on peut citer des observations astrophysiques de spectres d'étoiles lointaines, des recherches de variations de rayons et de moment d'inertie de planètes, des études de l'évolution des orbites, des recherches d'anomalies dans la luminosité d'étoiles mourantes, des études d'abondance relative de nucléides radioactifs, et (pour les variations actuelles) des mesures directes en laboratoire.
Une approche puissante a consisté en l'étude du "phénomène Oklo", un gisement d'uranium au Gabon qui devint un réacteur nucléaire naturel il y a approximativement 1,8 milliards d'années; la composition isotopique des produits de fission a permis une recherche détaillée sur les possibilités de changements dans les interactions nucléaires. Une autre méthode était d'examiner les rapports entre raies spectrales de quasars lointains engendrées par des types variés de transitions atomiques (résonante, fine, hyperfine). Les fréquences résultantes dépendent de la charge et la masse de l'électron, la vitesse de la lumière dans le vide et la constante de Planck, et peuvent être utilisées pour comparer ces divers paramètres avec leurs valeurs actuelles sur Terre. Les éclipses de Soleil fournissent un test sensible d'une variation de la constante de gravitation. Si G avait varié, le calendrier des éclipses aurait été différent de celui que l'on calcule aujourd'hui, donc le seul fait qu'une éclipse totale s'est produite a un endroit précis fournit une contrainte importante, même si on ne connaît la date qu'approximativement.
Jusqu'ici, ces investigations n'ont trouvé aucune preuve de la variation de "constantes" fondamentales. Les limites actuelles de mesure pour la plupart des constantes ont une précision de l'ordre de 1/10^10 à 1/10^11 par an. Et selon les meilleures observations possibles actuellement, les constantes fondamentales sont vraiment des constantes.
Références:
For a good short introduction to the large number hypothesis and the constancy of G, see:
C.M. Will, _Was Einstein Right?_ (Basic Books, 1986)
For more technical analyses of a variety of measurements, see:
P. Sisterna and H. Vucetich, Physical Review D41 (1990) 1034 and Physical Review D44 (1991) 3096
E.R. Cohen, in _Gravitational Measurements, Fundamental Metrology and Constants_, V. De Sabbata and V.N. Melnikov, editors (Kluwer Academic Publishers, 1988)
"The Constants of Physics," Philosophical Transactions of the Royal Society of London A310 (1983) 209-363
"The Oklo bound on the time variation of the fine structure constant revisited" T. Damour and F. Dyson, hep-ph/9606486