Le Multivers Existe - Vue Alternative

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Anonim

Le physicien théoricien Joseph Polchinsky de l'Université de Californie à Santa Barbara a prédit l'année d'achèvement de la création de la théorie quantique de la gravité. Selon le scientifique, cela se produira en 2131, et ce sera basé sur la théorie des cordes, que l'écrasante majorité des physiciens et mathématiciens modernes reconnaissent comme le seul candidat au rôle de «théorie de tout». Polchinsky, lauréat du prix de physique fondamentale créé par l'entrepreneur russe Yuri Milner, a exposé ses considérations dans une pré-impression sur le site Web arXiv.org.

En cours de développement, la physique a étudié des échelles de distances de plus en plus petites et des échelles d'énergies de plus en plus grandes. Au début du 20e siècle, les scientifiques ont reçu leurs premières idées sur les phénomènes se produisant à l'échelle atomique. Désormais, les physiciens ont accès à des échelles de dix à moins dix-septième puissance des centimètres, correspondant à des expériences au Grand collisionneur de hadrons, qui ont permis de découvrir le boson de Higgs. En comparant les étapes et les taux de développement de la physique au XXe et au début du XXIe siècle, Polchinsky a prédit que d'ici 2131 la théorie quantique de la gravité serait enfin formulée. Pour cela, le scientifique a examiné l'évolution de la physique au cours des cent dernières années et a comparé les réalisations de l'humanité à certaines échelles d'énergie avec le moment de cet événement.

En 1899, le physicien allemand Max Planck a introduit en considération la longueur qui porte son nom, composée de constantes fondamentales (constante de Planck, constante gravitationnelle et vitesse de la lumière dans le vide) et égale à dix à moins trente-trois puissances de centimètres. À l'heure actuelle, cette valeur est considérée comme une échelle inaccessible pour les expériences modernes sur lesquelles opère la théorie des cordes. L'échelle de dix à la moins dix-septième puissance des centimètres sur une échelle logarithmique correspond au point médian de la distance. En conséquence, il reste le même laps de temps avant la création de la «théorie de tout» que 116 ans se sont écoulés depuis l'introduction de la longueur de Planck dans la science.

Échelle de longueur
Échelle de longueur

Échelle de longueur.

La petitesse de la longueur de Planck permet, selon Polchinsky, de fournir le "maculage" nécessaire des interactions, expliquant la non-renormalisabilité (impossibilité d'éliminer les divergences) de la théorie de la gravité. Ainsi, la SM et les trois interactions fondamentales qu'elle décrit (électromagnétique, faible et forte) sont renormalisables, tandis que la version de la gravité quantique obtenue par quantification naïve (c'est-à-dire selon la même recette que la théorie classique des champs), déjà dans le second ordre de la théorie des perturbations se révèle être divergent.

Selon Polchinsky, à l'échelle de Planck, les fluctuations spatio-temporelles deviennent importantes. Ils forment la mousse dite spatio-temporelle et fournissent la divergence observée de la version naïve de la gravité quantique. A titre d'exemple historique, le scientifique cite la théorie d'Enrico Fermi, qui décrivait qualitativement bien l'interaction faible, mais n'était pas renormalisable.

Ce n'est qu'après que Steven Weinberg, Sheldon Glashow et Abdus Salam ont créé une théorie électrofaible renormalisable qui combine des interactions électromagnétiques et faibles et introduit des bosons électrofaibles intermédiaires qu'il est devenu clair que la théorie de Fermi est une approximation à basse énergie d'un autre modèle plus général (dans ce cas, l'électrodéficialité) … Polchinsky pense que la même chose se produira avec la gravité quantique.

Joseph Polchinsky
Joseph Polchinsky

Joseph Polchinsky.

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Polchinsky relie le caractère unique de la dynamique de la théorie des cordes à la présence d'un seul paramètre nécessaire pour décrire la nature - la soi-disant constante des cordes. Pendant ce temps, selon le scientifique, à l'heure actuelle, la «théorie de tout» n'a pas de principe uniforme (premier principe) qui permette de la déduire de manière déductive. Pour la relativité générale, il existe un tel élément: le principe d'équivalence locale entre le champ gravitationnel et le mouvement avec accélération. L'exemple classique de ce début est dans l'ascenseur. Avec son mouvement ascendant uniformément accéléré par rapport à la Terre, l'observateur qui s'y trouve n'est pas en mesure de déterminer s'il se trouve dans un champ gravitationnel plus fort ou s'il se déplace dans un objet artificiel.

Dans son article, Polchinsky mentionne l'importance des fluctuations quantiques pour résoudre les équations de la théorie des cordes. Malgré le fait que les équations modernes de la théorie quantique des champs et de la relativité générale décrivent bien le monde observé aux échelles expérimentales disponibles, elles peuvent être modifiées sans contredire les premiers principes de ces théories. Parallèlement, cela conduit à des effets non observés à ce jour, significatifs à l'échelle de Planck.

Polchinsky se réfère à des modifications telles que l'introduction de termes avec des dérivées supérieures dans les équations de la théorie quantique des champs (à l'heure actuelle, il n'y a que des termes quadratiques avec les premières dérivées des champs) et l'addition de termes quadratiques dans la courbure de l'espace-temps aux équations d'Einstein en GR. Ces ajouts conduisent à prendre en compte les fluctuations de la mousse spatio-temporelle qui existe, selon les prédictions de la théorie des cordes, à l'échelle de Planck.

Mousse quantique
Mousse quantique

Mousse quantique.

Polchinsky explique le rôle de l'espace pour la théorie des cordes en utilisant l'exemple de la symétrie du miroir, qui permet l'existence de différentes variétés d'Eugenio Calabi et Shintana Yau, qui, étant compactées (pliées en dimensions spatiales supplémentaires extrêmement petites) à partir d'espaces différents, peuvent conduire aux mêmes propriétés de particules élémentaires … Ceci (avec le potentiel d'existence de dimensions spatiales supplémentaires) suggère que la physique observée est une manifestation de la géométrie multidimensionnelle de l'espace-temps et de sa structure à l'échelle de Planck.

La dualité des théories de jauge et de la gravitation quantique, entendue comme holographie, permettra, selon Polchinsky, de décrire de manière uniforme la physique des particules et la gravité. Le principe holographique, proposé en 1993 par le physicien néerlandais Gérard t'Hooft, affirme que l'information contenue sur sa limite extérieure (faisceau) est suffisante pour une description mathématique d'un monde: dans ce cas, une idée d'un objet de dimension supérieure peut être obtenue à partir d'hologrammes, ayant une dimension inférieure.

Appliqué à la théorie des cordes, le principe a été incarné dans l'idée de la correspondance AdS / CFT, qui a été soulignée en 1998 par le physicien théoricien américain d'origine argentine Juan Maldacena. Dans cette hypothèse, l'équivalence de la description de la physique dans des espaces spéciaux conduit à l'existence de connexions uniques entre leurs paramètres - les dualités. Mathématiquement, cela se manifeste en présence d'une relation qui permet de calculer les paramètres d'interactions de particules (ou de chaînes) de l'une des théories, si celles-ci sont connues de l'autre.

L'univers holographique
L'univers holographique

L'univers holographique.

Polchinsky relie les progrès de la compréhension de la physique des trous noirs au fait qu'en 1996, dans le cadre de la théorie des cordes, Andrew Strominger et Kumrun Wafa ont démontré la dérivation de l'expression pour l'entropie des trous noirs, obtenue pour la première fois thermodynamiquement par le physicien israélien Jacob Bekenstein en 1973. Leur conclusion indique que l'évaporation des trous noirs préserve l'unité de la mécanique quantique (associée à une interprétation cohérente de la probabilité), qui avait été précédemment remise en question par le scientifique britannique Stephen Hawking.

L'arbitraire dans les valeurs des constantes fondamentales observées, selon Polchinsky, bien qu'il s'agisse d'une difficulté sérieuse dans la «théorie de tout», peut néanmoins clarifier certaines caractéristiques universelles de la nature (en particulier, l'existence du multivers). Le scientifique a nommé la valeur non nulle de la constante cosmologique (le terme lambda dans les équations d'Einstein) comme la caractéristique principale qui indique théoriquement l'existence de mondes parallèles. Selon le scientifique, la grande majorité des théories des cordes impliquent le multivers. Ces modèles contiennent également une constante cosmologique non nulle. Autrement dit, selon Polchinsky, l'un ne peut exister sans l'autre. De plus, en appliquant l'inférence bayésienne, le physicien a estimé la probabilité de l'existence du multivers à 94% (cela correspond à une signification statistique de deux écarts types).

«Vous pouvez être en désaccord avec mon estimation de 94%, mais il n'y a aucun argument rationnel selon lequel le multivers n'existe pas, ou qu'il est peu probable», écrit Polchinsky. Le scientifique est optimiste quant aux perspectives de formulation de la gravitation quantique (dans le cadre de la théorie des cordes), continue de travailler dans ce sens et n'exclut pas que la construction d'une «théorie de tout» soit achevée en avance sur le calendrier - plus tôt que l'année 2131 prédite par lui.

Andrey Borisov