01/05/2022 L’espace-temps peut-il être décomposé en particules individuelles observables (pixels)

La théorie de la gravité quantique vise à unifier la physique einsténienne et la physique quantique. Ces deux physiques sont profondément différentes. Néanmoins la science moderne les valide toutes deux et en tire des applications expérimentales également vérifiables et pour la plupart vérifiées.

Un certain nombre de physiciens, théoriques ou expérimentaux, visent actuellement les unifier. La principale question posée est de savoir si l’espace-temps, celui dans lequel nous vivons, peut être « quantifié » c’est-à-dire décomposé en constituants individuels appelés ici pixels en dessous desquels il n’est plus possible de descendre.

Pour prendre une image, nous dirions qu’une symphonie, donnant l’impression d’être unifiée, peut être quantifiée ou pixélisée , c’est-à-dire décomposée en notes individuelles, jouées l’une après l’autre par le musicien. C’est cette quantification ou pixelisation qui est la marque de l’univers quantique – doù ce nom de quantique.

Compte tenu de l’incroyable petitesse des échelles en question la plupart des physiciens ont renoncé à les rapprocher, bien qu’ils en soupçonnent l’existence, par exemple dans les trous noirs ou au sein des ondes gravitationnelles que recherchent les détecteurs du même nom.

Ce n’est pas le cas de Kathryn Zurek, professeure de physique théorique. Elle a mis en place une collaboration interacadémique visant à développer un projet dit Quantum gRavity and Its Observational Signatures (QuRIOS). Celle-ci rassemble des théoriciens des cordes, sans pratique expérimentale, et des théoriciens des particules désireux de conduire des expériences dans leur domaine mais n’ayant pas jusqu’ici travaillé sur la gravité quantique.

Le premier objectif sera de réaliser en laboratoire, sans faire appel à des instruments sophistiqués, une expérience baptisée Gravity from Quantum Entanglement of Space-Time (GquEST). Celle-ci ne cherchera pas à détecter des unités élémentaires de l’espace-temps, mais leurs interconnexions éventuelles donnant naissance à des particules observables. Ainsi la force électromagnétique peut être décomposée en particules nommés photons, qui composent la lumière visible.

Concernant la gravité quantique la principale question à résoudre sera de savoir si l’espace-temps, aussi réduit que possible, resterait homogène, comme l’eau d’un lac par beau temps, ou donnerait naissance à une surface devenant écumeuse comme ce lac par mauvais temps. C’est cette dernière hypothèse que privilégient la plupart des cosmologistes. Ils ont même nommé gravitons ces hypothétiques ondulations écumeuses. Mais ils ne sont pas capables à ce jour d’en donner des représentations mathématiques recevables.

Pour en savoir plus
https://magazine.caltech.edu/post/quantum-gravity

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