La théorie qui devait supprimer la matière noire — et le désaccord que j’ai avec mon propre livre

ÉtabliDébattuSpéculatif

En 2016, un théoricien des cordes a proposé de se passer de matière noire : ce qu’on prend pour de la masse invisible ne serait qu’un effet de l’énergie du vide, déplacée par la matière ordinaire. L’idée avait ce que les belles idées ont rarement — une formule, des chiffres, des prédictions à confronter au ciel. Dix ans de tests ont suivi. Et le tome de cette collection qui raconte cette histoire conclut qu’ils l’ont réfutée. En rouvrant le dossier pièce par pièce pour écrire cet article, je ne retrouve pas ce verdict.

Ce que la théorie promettait

Il faut d’abord dire ce qui rendait la proposition sérieuse, parce que rien de ce qui suit n’a de sens autrement.

Depuis 1995, on sait que les équations d’Einstein peuvent s’écrire comme une équation d’état thermodynamique — c’est le calcul de Ted Jacobson, dont ce carnet a raconté le procès. En 2011, Erik Verlinde en tire une conséquence radicale : la gravité ne serait pas une force fondamentale mais une force entropique, du même genre que la tension d’un élastique, qui ne tire pas parce qu’une force l’y oblige mais parce que le désordre statistique de ses chaînes favorise la contraction. Établi

Cinq ans plus tard, il pousse l’idée un cran plus loin. Dans un univers en expansion accélérée — un univers de Sitter —, l’horizon cosmologique porte lui aussi une entropie. Verlinde soutient que cette entropie-là ne suit pas la loi d’aire habituelle mais une loi de volume, et que la matière ordinaire, en s’y installant, la déplace. Le déplacement se traduit par une gravité supplémentaire. Elle ressemble à s’y méprendre à de la masse invisible, sans qu’aucune particule nouvelle n’ait à exister. Spéculatif

Le point remarquable est numérique. L’échelle d’accélération qui gouverne l’effet n’est pas ajustée : elle vaut cH₀, la vitesse de la lumière multipliée par le taux d’expansion actuel. Or cette combinaison tombe, à un facteur six près, sur la constante empirique que Mordehai Milgrom avait dû introduire à la main en 1983 pour faire tenir les courbes de rotation des galaxies. Une théorie qui relie l’accélération de l’expansion au problème de la masse manquante — deux énigmes que rien ne rapprochait — a de quoi retenir l’attention.

La clause qui décide de tout

Il faut lire la petite ligne, parce que c’est elle qui gouverne tout ce qui suit. Sous sa forme de 2016, la théorie ne s’applique qu’aux systèmes statiques, à symétrie sphérique et isolés, dans un univers dominé par l’énergie sombre. C’est Kris Pardo, l’un de ses testeurs les plus sévères, qui l’écrit le plus clairement : la théorie ne peut être testée équitablement que sur de tels systèmes. Établi

Or la nature ne produit pratiquement rien de tel. Une galaxie spirale tourne — elle n’est pas statique. Un disque n’est pas sphérique. Une galaxie n’est jamais tout à fait isolée. Chaque test devra donc, d’une façon ou d’une autre, étendre la formule hors du domaine où son auteur l’a définie. Retenez ce point : il explique la suite. Établi

Ce que le ciel a répondu — la colonne défavorable

La confrontation a été rapide, nombreuse et publique. Elle occupe une bonne dizaine d’articles en revue, et il vaut la peine de les distinguer plutôt que de les additionner. Établi

En février 2017, Federico Lelli, Stacy McGaugh et James Schombert confrontent la théorie à la relation d’accélération radiale, qui relie en chaque point d’une galaxie l’accélération observée à celle qu’expliquerait la matière visible. Leur résultat tient en deux temps. La théorie peut s’accorder aux données, mais seulement si l’on abaisse fortement la masse que les étoiles sont censées avoir pour leur luminosité — des valeurs alors en tension avec ce que disent les populations stellaires. Et surtout : la théorie prédit que les écarts à la relation doivent dépendre du rayon. Cette corrélation-là n’est pas observée.

La même année, Stefano Ettori et ses collègues emmènent le test dans deux amas de galaxies massifs, Abell 2142 et Abell 2319, cartographiés en rayons X par XMM-Newton et en effet Sunyaev-Zel’dovich par Planck. La « matière noire » apparente qu’ils reconstruisent n’a pas seulement la mauvaise quantité : elle a la mauvaise forme, avec un écart d’un facteur deux à trois dans les régions centrales. Deux ans plus tard, John ZuHone et Jonathan Sims reprennent l’exercice en ajoutant la galaxie centrale des amas — un ajout qui améliore l’accord dans les cœurs, ce qui mérite d’être dit — et concluent néanmoins que la théorie, en l’état, n’est pas une alternative viable à l’échelle des amas.

D’autres verrous tombent au même endroit. Crescenzo Tortora et ses collègues, sur 4 260 galaxies elliptiques, montrent que la dynamique centrale ne s’ajuste qu’en supposant une fonction de masse initiale non universelle. Kris Pardo, en 2020, teste des galaxies naines isolées. Et en 2021, Wentao Luo et sept collègues appliquent au signal de lentillage un test d’une élégance particulière : dans cette théorie, la gravité supplémentaire ne dépend que de la masse ordinaire. Deux populations de galaxies de même masse stellaire mais de couleurs différentes devraient donc produire le même signal. Elles n’en produisent pas le même.

La colonne favorable — et pourquoi elle ne se lit pas telle quelle

Cette colonne existe, elle est réelle, et c’est ici que la lecture rapide se trompe. Chaque résultat qui s’y trouve porte une réserve qui en change le sens. Débattu

Le premier test publié, en 2017, est un test de lentillage gravitationnel faible mené par Margot Brouwer et vingt-et-un collègues sur 33 613 galaxies isolées. Il donne un accord. Mais les auteurs disent eux-mêmes dans quel régime ils travaillent : celui de l’approximation de masse ponctuelle — précisément le régime où la théorie de Verlinde coïncide avec la formule de Milgrom. Le test valide donc ce que les deux constructions ont en commun, non ce qui les distingue. Les mêmes auteurs notent qu’à cette date la théorie n’a de description directe ni du lentillage ni de la cosmologie.

Deuxième pièce : Alberto Díez-Tejedor, Alma González-Morales et Gustavo Niz, sur les huit naines sphéroïdales classiques de la Voie lactée. Leur conclusion est conditionnelle, et la condition est interne à la théorie. Sans l’hypothèse d’une déformation maximale, l’ajustement tient. Avec elle, les rapports masse-luminosité deviennent marginalement trop élevés. Le verdict dépend d’un choix que la théorie ne tranche pas elle-même.

Troisième pièce, en 2021 : l’extension du test de lentillage aux données KiDS-1000, vingt-cinq auteurs, dont Erik Verlinde lui-même. Le résultat est présenté comme un accord, et il l’est. Mais le même article contient la mesure la plus embarrassante du dossier : à masse stellaire égale, les galaxies de type précoce et de type tardif ne suivent pas la même relation, avec un écart d’au moins six sigmas. Les auteurs l’écrivent noir sur blanc — une modification de la gravité qui ne dépend d’aucune autre propriété de la galaxie ne peut pas rendre compte de cela. Et le modèle standard, lui, le reproduit.

Restent les travaux les plus favorables, et ils forment une lignée : une extension du formalisme aux distributions non sphériques en 2021, les courbes de rotation en 2023, trente naines du Groupe local en 2024, les binaires larges la même année, et en janvier 2026 une comparaison directe avec MOND sur vingt-trois naines sphéroïdales qui conclut en faveur de la gravité émergente à 5,2 sigmas. C’est substantiel. Deux choses doivent être dites à côté. Ces travaux viennent tous de la même équipe, autour de Youngsub Yoon. Et ils appliquent un formalisme étendu — c’est-à-dire une généralisation, due à cette équipe, du domaine que Verlinde s’était lui-même donné. Le dernier de la série n’est pas passé en revue : c’est une prépublication.

L’objection qui n’a jamais eu de revue

La critique la plus précise du dossier n’est pas un test. Elle est phénoménologique, elle date de décembre 2016, et elle est signée de Milgrom lui-même avec Robert Sanders. Débattu

Elle tient en un constat de portée. Ce que Verlinde a extrait de son cadre est une formule pour le champ gravitationnel d’un corps sphérique, isolé et statique. Elle ne permet pas de calculer le champ à l’intérieur d’un disque galactique, sinon asymptotiquement ; elle ne s’applique ni au problème à deux corps, ni au problème à N corps, ni à un système plongé dans un champ extérieur. Et elle entre en conflit avec les contraintes du système solaire.

Cette objection n’a jamais été publiée en revue. Quatre bibliographies indépendantes la citent, toutes comme prépublication. Il faut le signaler, comme ce carnet le fait toujours — et se garder d’en conclure qu’elle pèse peu. Milgrom, du reste, a été le premier rapporteur de l’article de Verlinde : la revue SciPost pratique l’évaluation ouverte et signée, son rapport est en ligne, et la réponse de Verlinde aussi. On peut lire le désaccord des deux hommes dans le texte, à la date où il a eu lieu. Sa quantification, elle, l’a été : en mars 2017, Aurélien Hees, Benoit Famaey et Gianfranco Bertone calculent ce que la formule de Verlinde impose aux orbites planétaires — des avances de périhélie sept ordres de grandeur au-dessus de ce que les éphémérides autorisent.

Deux objections plus techniques complètent le tableau : Sabine Hossenfelder en propose une version covariante en 2017, et De-Chang Dai et Dejan Stojkovic soutiennent la même année que la dérivation de la formule de Milgrom par la déformation élastique n’est pas auto-cohérente — correctement menée, disent-ils, elle rend la gravité newtonienne.

Ce que l’auteur, lui, a fait ensuite

Voici le fait que je trouve le plus éloquent, et que les récapitulatifs du dossier mentionnent rarement. Établi

Pendant que d’autres testaient sa théorie sur les galaxies, Verlinde travaillait ailleurs. À partir de 2019, avec la physicienne Kathryn Zurek, il développe une tout autre prédiction : les fluctuations quantiques de la géométrie elle-même, dites géontropiques, qui s’accumuleraient sur de grandes distances au point de devenir mesurables par un interféromètre. Trois articles en revue entre 2020 et 2022. Et, depuis, une expérience réelle en construction à Caltech, avec des interféromètres de table.

Il n’a pas renoncé publiquement à la branche de 2016. Mais la réfutabilité d’une idée ne se mesure pas seulement aux articles qui la contestent : elle se lit aussi dans ce que son auteur choisit de faire après.

Le désaccord que j’assume

Il faut dire ici quelque chose d’inconfortable, et le dire au bon endroit — c’est-à-dire avant la conclusion, pas après.

Le tome de cette collection consacré à cette question tranche, au paragraphe intitulé Grandeur et servitude de la gravité entropique : la branche 2016 du programme est « donc, en l’état, réfutée ». Il invoque trois terrains pour l’établir — les lentilles gravitationnelles faibles, la dynamique des galaxies, la croissance des structures.

En rouvrant le dossier pièce par pièce pour écrire cet article, je ne retrouve pas cette portée. La source citée à l’appui, un test de 2020, porte sur des galaxies naines isolées : c’est le deuxième terrain, et lui seul. Sur le premier, le lentillage faible, les deux études publiées vont dans l’autre sens. Sur le troisième, il n’existe pas de test — l’équipe qui a mené le premier essai de lentillage écrivait d’ailleurs qu’à cette date la théorie n’avait de description directe ni du lentillage ni de la cosmologie.

La réserve du tome — « en l’état » — était juste. C’est l’inventaire qui la portait qui était trop mince. Et je ne peux pas me réfugier derrière le calendrier : ces travaux étaient tous parus quand la phrase a été écrite. Le livre est imprimé, il restera tel quel. Ce carnet existe entre autres pour cela : dire ce que le livre ne dit plus assez bien, en le disant à voix haute plutôt qu’en corrigeant en silence.

Ce qu’il faut retenir

Le dossier n’est ni une réfutation ni une confirmation, et il n’est pas non plus, comme on l’écrit souvent, « partagé » — ce mot suggère un partage symétrique qui n’existe pas. Débattu

La structure réelle est celle-ci. Les résultats défavorables viennent d’équipes indépendantes, dispersées, testant la formule que Verlinde a publiée. Les résultats favorables viennent pour l’essentiel d’une seule équipe appliquant un formalisme qu’elle a elle-même étendu, et d’un test de lentillage mené dans le régime où la théorie ne se distingue pas de sa rivale — l’un des deux étant cosigné par l’auteur de la théorie.

Ce n’est pas un verdict. C’est mieux : c’est une description de l’état d’un procès, et elle permet de savoir quoi surveiller. Ce qui trancherait vraiment, ce serait un test indépendant de la formule d’origine, dans un régime où elle diffère de MOND. Il n’a pas encore été fait.

Mise au point du 31 juillet 2026. Le tome L’Étoffe du Temps conclut, au paragraphe 8.2, que la branche 2016 du programme est « donc, en l’état, réfutée », en invoquant trois terrains de test. La vérification de sources menée pour cet article ne soutient pas cette portée : la source citée n’en couvre qu’un, et sur un autre les résultats publiés vont en sens contraire. Le volume n’est pas modifié — un livre imprimé ne se corrige pas à distance. Le statut retenu ici est débattu, et c’est celui du carnet qui fait foi.