26/03/2022 La théorie de la gravitation quantique se précise

Ce terme désigne une théorie hypothétique visant à décrire l’univers d’une façon compatible tant avec la théorie de la relativité générale d’Einstein qu’avec celles de la physique quantique.

Rappelons que pour la première théorie, une particule de la physique einsténienne pourrait être décrite par des cordonnés la situant dans l’espace-temps où nous vivons. Pour la seconde, celle de la physique quantique, une particule ne peut avoir de coordonnées précises. Elles varient selon les conditions de l’observation. C’est ce que précise l’équation de Schrödinger.

La physique quantique repose sur plusieurs postulats, tous vérifiés :
La dualité onde-corpuscule : les objets quantiques peuvent être décrits au niveau microscopique comme des ondes. C’est le cas notamment avec la lumière, qui est portée par un photon, une particule, et qui se comporte comme une onde.
La superposition des états : une particule peut être dans plusieurs états à la fois. Un électron qui tourne autour d’un atome peut être sur tous les points de l’orbite en même temps, et à toutes ses vitesses possibles.
La quantification : certaines données de ces particules, comme l’énergie, ne peuvent pas prendre toutes les valeurs possibles pour autant. Ses valeurs forment un ensemble de résultats, que l’on appelle « quanta » et qui donnent leur nom à la physique quantique.
Le principe d
indétermination : on ne peut pas donner en même temps avec exactitude la position et la vitesse d’une particule. Cette incertitude est structurelle et répond au hasard (on utilise des calculs de probabilités). Albert Einstein n’aimait d’ailleurs pas ce principe et avait déclaré « Dieu ne joue pas aux dés ». Niels Bohr, l’un des pères de la physique quantique lui avait répondu : « Qui êtes-vous pour dire à Dieu ce qu’il doit faire? »
La mesure influe sur
l’état de la particule : une fois mesuré, l’état de la particule n’est plus superposé. C’est la conclusion de la célèbre expérience de pensée d’Erwin Schrödinger. Un chat est enfermé dans une boîte avec un flacon de gaz mortel relié à un matériau radioactif. SI la radioactivité dépasse un certain seuil, le flacon est cassé et le chat est empoisonné. Selon le principe de superposition des états, le chat dans sa boîte close est donc à la fois mort et vivant. Si on ouvre la boîte, et donc si on prend une mesure, on connait l’état réel du chat.
L’effet tunnel : un objet quantique peut traverser un obstacle, comme une partie du noyau d’un atome le fait avec la radioactivité.
L’intrication : deux particules peuvent former un système lié. Quand l’une bouge, l’autre aussi. Et cela, quelle que soit la distance entre les deux mais sans échanges d’informations.


Pour Rana Adhikari, professeur de physique à Caltech, il devrait être possible désormais l’observer la pertinence de la théorie de la gravitation quantique.

Dans ce but, il fait l’hypothèse selon laquelle l’espace n’est pas parfaitement homogène. Dans cette hypothèse, l’espace serait constitué de particules infiniment petites, qu’il nomme par analogie des pixels. Un pixel d’espace est si petit qu’agrandi à la taille d’un grain de sable, ce grain de sable deviendrait aussi grand qu’une galaxie. Selon lui, si l’on retenait cette hypothèse d’un monde pixélisé, les contradictions évoquées ci-dessus entre relativité générale et physique quantique disparaîtraient. La théorie de la gravitation quantique deviendrait enfin utilisable pour décrire l’univers à toutes échelles.

Encore faudrait-il trouver des preuves expérimentales de cette pixelisation de l’espace. La professeure de physique théorique Kathryn Zurek suggère que de telles preuves pourraient être trouvées dans l’observation des trous noirs. Elle a fondé un groupe de travail rassemblant des théoriciens et des praticiens, nommé Quantum gRavity and Its Observational Signatures (QuRIOS). Elle espère ainsi pouvoir préciser ce que serait la gravitation quantique.

Accessoirement, le concept de trou noir serait précisé. S’agirait-il de domaines d’espace si dense et où la gravité serait si forte que rien ne sortirait du cœur du trou noir. Ou s’agirait-il de portes entrouvertes vers d’autres univers ?

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