Théories modifiant la relativité générale pour expliquer l'énergie sombre ou la matière.Les théories de la gravité modifiée constituent une famille de descriptions alternatives de la gravité qui s'écartent de la relativité générale d'Einstein. Elles sont principalement proposées pour expliquer l'accélération cosmique (énergie sombre) ou la dynamique des galaxies et des amas sans faire appel à une matière noire invisible. Au lieu d'ajouter de nouvelles substances à l'univers, ces théories modifient les lois de la gravité elles-mêmes, souvent en introduisant des champs supplémentaires, en changeant le nombre de dimensions ou en altérant l'action d'Einstein-Hilbert.
L'idée de modifier la gravité remonte au début du XXe siècle, mais l'intérêt moderne a surgi à la fin des années 1990 après la découverte de l'accélération cosmique. Parmi les propositions notables précoces figurent la théorie de Brans-Dicke (1961) et plus tard les théories f(R), qui ont gagné en importance dans les années 2000 comme alternatives à la constante cosmologique.
En relativité générale, la gravité est la courbure de l'espace-temps causée par la masse et l'énergie. Les théories modifiées changent cette relation. Par exemple, la gravité f(R) remplace le scalaire de Ricci R dans l'action par une fonction plus complexe f(R), introduisant de nouveaux degrés de liberté qui peuvent imiter l'énergie sombre. D'autres approches ajoutent une cinquième dimension (comme dans les scénarios de mondes-branes) ou introduisent un graviton massif, modifiant ainsi le comportement de la gravité à grande distance ou dans les champs forts.
Les théories de la gravité modifiée sont testées à l'aide des observations d'ondes gravitationnelles, de la dynamique des amas de galaxies et des données du fond diffus cosmologique. Elles sont également utilisées dans des simulations cosmologiques pour prédire des signatures observables qui les distinguent des modèles d'énergie sombre.
Certaines théories de la gravité modifiée prédisent que les ondes gravitationnelles se propagent à des vitesses légèrement différentes de celle de la lumière, une prédiction qui a été fortement contrainte par la fusion d'étoiles à neutrons GW170817 en 2017.
| a_0 | variable | Characteristic acceleration scale — acceleration metre per second squared |
| c | constante | Speed of light in vacuum — vitesse de la lumière = 299792458 metre per second |
| \ell | constante | A characteristic length scale of the modified gravity theory — length scale metre |
| F | variable | Gravitational force magnitude — force newton |
| M | variable | Mass of the central object — masse kilogram |
| m | variable | Mass of the test particle — masse kilogram |
| r | variable | Distance between masses — distance metre |
| ρ | variable | Energy density of the cosmic fluid — densité d'énergie joule per cubic metre |
| w | variable | Equation-of-state parameter of the fluid — paramètre d'équation d'état |
| G | constante | Universal constant of gravitation — constante gravitationnelle = 6.67430e-11 cubic metre per kilogram per second squared |
| E_n | variable | Perturbed energy of state n — énergie joule |
| E_n^{(0)} | variable | Unperturbed energy of state n — énergie joule |
| E_m^{(0)} | variable | Unperturbed energy of state m — énergie joule |
| H' | variable | Perturbation Hamiltonian — hamiltonien joule |
| |n^{(0)}\rangle | variable | Unperturbed state n — état quantique |
| |m^{(0)}\rangle | variable | Unperturbed state m — état quantique |
| \sum_{m \neq n} | opérateur | Sum over all states m except n — somme |
| \langle m^{(0)} | H' | opérateur | Matrix element of perturbation between unperturbed states — élément de matrice |
