Comment concilier les deux piliers contradictoires de la physique moderne: la théorie quantique et la gravité? Pendant longtemps, les scientifiques ont cru que tôt ou tard la science reconnaîtrait telle ou telle théorie comme dominante, mais la réalité, comme toujours, s'est avérée beaucoup plus intéressante. De nouvelles recherches suggèrent que la gravité peut résulter de fluctuations aléatoires au niveau quantique.
Parmi les deux théories fondamentales qui expliquent la réalité qui nous entoure, la théorie quantique fait appel aux interactions entre les plus petites particules de matière, tandis que la relativité générale fait référence à la gravité et aux plus grandes structures de l'univers entier. Depuis l'époque d'Einstein, les physiciens ont essayé de combler le fossé entre ces enseignements, mais avec un succès variable.
Une façon de réconcilier la gravité avec la mécanique quantique était de montrer que la gravité est basée sur des particules de matière indivisibles, les quanta. Ce principe peut être comparé à la façon dont les quanta de lumière eux-mêmes, les photons, représentent une onde électromagnétique. Jusqu'à présent, les scientifiques n'avaient pas suffisamment de données pour étayer cette hypothèse, mais Antoine Tilloy (Antoine Tilloy) de l'Institut d'Optique Quantique. Max Planck à Garching, en Allemagne, a tenté de décrire la gravité avec les principes de la mécanique quantique. Mais comment l'a-t-il fait?
Monde quantique
En théorie quantique, l'état d'une particule est décrit par sa fonction d'onde. Il vous permet par exemple de calculer la probabilité de trouver une particule à un point ou à un autre de l'espace. Avant la mesure elle-même, on ne sait pas seulement où se trouve la particule, mais aussi si elle existe. Le fait même de mesurer crée littéralement la réalité en «détruisant» la fonction d'onde. Mais la mécanique quantique aborde rarement la mesure, c'est pourquoi c'est l'un des domaines les plus controversés de la physique. Rappelez-vous le paradoxe de Schrödinger: vous ne pouvez pas le résoudre tant que vous n'avez pas pris une mesure en ouvrant une boîte et en découvrant si le chat est vivant ou non.
Une solution à ces paradoxes est le modèle dit GRW, qui a été développé à la fin des années 80. Cette théorie inclut un phénomène tel que les «éruptions» - effondrements spontanés de la fonction d'onde des systèmes quantiques. Le résultat de son application est exactement le même que si les mesures étaient effectuées sans observateur en tant que tel. Tilloy l'a modifié pour montrer comment il peut être utilisé pour arriver à une théorie de la gravité. Dans sa version, un flash qui détruit la fonction d'onde et force ainsi la particule à se trouver à un endroit crée également un champ gravitationnel à ce moment dans l'espace-temps. Plus le système quantique est grand, plus il contient de particules et les éruptions plus fréquentes se produisent, créant ainsi un champ gravitationnel fluctuant.
Le plus intéressant est que la valeur moyenne de ces fluctuations est le champ gravitationnel même décrit par la théorie de la gravité de Newton. Cette approche de l'union de la gravité avec la mécanique quantique est dite quasi-classique: la gravité est issue de processus quantiques, mais reste une force classique. «Il n'y a aucune vraie raison d'ignorer l'approche quasi-classique, dans laquelle la gravité est fondamentale à un niveau fondamental», déclare Tilloy.
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Le phénomène de la gravité
Klaus Hornberger de l'Université de Duisburg-Essen en Allemagne, qui n'a pas participé au développement de la théorie, la traite avec beaucoup de sympathie. Cependant, le scientifique souligne qu'avant que ce concept ne forme la base d'une théorie unifiée qui unit et explique la nature de tous les aspects fondamentaux du monde qui nous entoure, il sera nécessaire de résoudre un certain nombre de problèmes. Par exemple, le modèle de Tilloy peut certainement être utilisé pour obtenir la gravité newtonienne, mais sa correspondance avec la théorie gravitationnelle doit encore être vérifiée à l'aide des mathématiques.
Cependant, le scientifique lui-même convient que sa théorie a besoin d'une base de preuves. Par exemple, il prédit que la gravité se comportera différemment selon l'échelle des objets en question: pour les atomes et pour les trous noirs supermassifs, les règles peuvent être très différentes. Quoi qu'il en soit, si les tests révèlent que le modèle de Tillroy reflète vraiment la réalité, et que la gravité est en effet une conséquence des fluctuations quantiques, cela permettra aux physiciens de comprendre la réalité qui nous entoure à un niveau qualitativement différent.
Vasily Makarov