3.19 Déflexion gravitationnelle vs réfraction matérielle — frontière entre géométrie de fond et réponse du matériau

Accueil ／ Chapitre 3 : Univers macroscopique

I. L’essentiel (carte pour le lecteur)

• Déflexion gravitationnelle : la lumière suit un chemin géométriquement plus long dans un « fond plus tendu ». Près d’un corps massif, la tension de fond locale augmente, la limite locale de propagation aussi, et les rayons se courbent vers le côté « plus tendu ». Comme la géométrie étire la trajectoire, le temps total de parcours augmente souvent. L’effet est achromatique et vaut pour plusieurs messagers (photons, ondes gravitationnelles, etc.).
• Réfraction matérielle : dans un milieu, la lumière se couple à des charges liées de manière répétée, ce qui réduit la vitesse effective et introduit une dispersion (les couleurs ne dévient pas de la même façon). S’y ajoutent absorption, diffusion et élargissement d’impulsions ; les changements de trajectoire se produisent à l’interface et à l’intérieur du matériau.

II. Différences clés (quatre cartes « ligne de partage des eaux »)

1. Présence de dispersion
   • Déflexion gravitationnelle : achromatique ; toutes les bandes se courbent et se retardent ensemble.
   • Réfraction matérielle : fortement dispersive ; le bleu et le rouge dévient différemment, l’ordre d’arrivée des impulsions s’étale.
2. Origine du temps perdu
   • Déflexion gravitationnelle : la limite locale est plus élevée mais la route est plus longue et courbe ; le terme « longueur de chemin » domine le temps total.
   • Réfraction matérielle : vitesse effective plus faible dans le matériau (cycles pause–réémission), avec absorption ou diffusions multiples possibles.
3. Énergie et cohérence
   • Déflexion gravitationnelle : modification surtout géométrique, pertes d’énergie négligeables, bonne préservation de la cohérence.
   • Réfraction matérielle : absorption, bruit thermique et décohérence élargissent les impulsions et atténuent les franges.
4. Domaine d’application
   • Déflexion gravitationnelle : mêmes règles géométriques pour photons, ondes gravitationnelles, neutrinos, etc.
   • Réfraction matérielle : agit sur les ondes électromagnétiques couplées à la matière ; les ondes gravitationnelles « ignorent » presque le verre.

III. Deux vues en coupe

1. Déflexion gravitationnelle (géométrie de fond)
   • Décor : voisinage de galaxies, trous noirs, amas.
   • Aspect : rayons incurvés vers le côté « tendu » ; lentillage fort : images multiples et arcs ; lentillage faible : cisaillement et convergence.
   • Chronométrie : plusieurs chemins d’une même source produisent des retards achromatiques ; des bandes entières se décalent « plus tôt–plus tard » ensemble.
   • Diagnostic : comparer retards et angles de déviation entre bandes et messagers ; si les décalages concordent et que leurs ratios restent stables, privilégier la géométrie.
2. Réfraction matérielle (réponse du matériau)
   • Décor : verre, eau, nuages de plasma, couches de poussière.
   • Aspect : l’angle de réfraction dépend de la longueur d’onde ; réflexion, diffusion et absorption l’accompagnent.
   • Chronométrie : élargissement marqué des impulsions ; dans un plasma, les basses fréquences arrivent plus tard ; une courbe de dispersion nette apparaît.
   • Diagnostic : soustraire les avant-plans matériels connus ; si une dispersion résiduelle persiste, chercher un milieu non modélisé. Si la dispersion disparaît mais qu’un décalage commun subsiste, revenir à une explication géométrique.

IV. Critères d’observation et liste pratique

• Co-détection multibande : si optique–NIR–radio le long d’un même trajet montrent une courbure ou un retard communs sans dispersion marquée, privilégier la déflexion gravitationnelle.
• Vérification multi-messagers : si photons et ondes gravitationnelles (ou neutrinos) d’un même événement se décalent de concert et d’ampleur comparable, la cause est la géométrie de fond, non la dispersion matérielle.
• Différenciation multi-images (lentillage fort) : soustraire les courbes de lumière entre images d’une même source pour annuler la variabilité intrinsèque ; si les résidus restent achromatiques et corrélés, conclure à des différences de chemins géométriques.
• Courbe d’élargissement d’impulsions : si le temps d’arrivée s’étale systématiquement avec la fréquence et que la cohérence chute, attribuer à la dispersion et à l’absorption du milieu.

V. Réponses rapides aux idées reçues

1. La lumière va-t-elle plus lentement près d’un corps massif ?
   • Localement : la limite de propagation est plus élevée.
   • À distance : la route est plus longue et courbe, donc le temps total augmente souvent. Deux indicateurs différents, pas de contradiction.
2. La réfraction matérielle peut-elle se faire passer pour un lentillage gravitationnel ?
3. Difficile sur de larges bandes et entre messagers : les milieux dispersent et décohèrent, tandis que le lentillage gravitationnel est achromatique et multi-messagers.
4. Un seul bandeau spectral suffit-il à trancher ?
5. Risqué. La stratégie robuste repose sur le trio : multibande + multi-messagers + différenciation multi-images.

VI. Articulations avec le reste de l’ouvrage

• Avec § 1.11 gravité statistique de la tension (STG) : la déflexion gravitationnelle en est la manifestation « guidée par la pente ».
• Avec § 1.12 bruit de fond de tension (TBN) : on observe souvent « du bruit d’abord, de la force ensuite » : le fond se rehausse, puis les termes géométriques s’accentuent.
• Avec § 8.4 décalage vers le rouge (Redshift) : les décalages de fréquence et de chronométrie, achromatiques et cumulés sur de longs trajets, sont des « termes de chemin » de la géométrie de fond et de son évolution.
• Avec § 8.6 fond diffus cosmologique (CMB) : l’ancienne image « plaque + révélation » requiert des effets de fond achromatiques ; il faut éplucher systématiquement les avant-plans matériels.

VII. Résumé

• En une phrase : la déflexion gravitationnelle reconfigure la route, la réfraction matérielle change le « ressenti du pied » dans la matière.
• À examiner : la dispersion, la cohérence, la différenciation multi-images, la cohérence multi-messagers.
• Méthode : affecter les « décalages communs » à la géométrie de fond et les « élargissements dispersifs » à la réponse du matériau, puis co-enregistrer ces effets sur une même carte de tension de fond.