Beaucoup de physiciens considèrent aujourd’hui que seule une théorie quantique de la gravité pourrait résoudre les actuelles contradictions entre la Théorie de la gravité einstenienne et les divers postulats de la mécanique quantique apparues dans les années trente du siècle dernier. Seule elle pourrait aider à résoudre les questions découlant du concept de matière noire. Mais d’autres de leurs collègues considèrent qu’il faudrait beaucoup de travail encore pour qu’une théorie de la gravité post-quantique soit utilisable .
L’on admet qu’une substance appelée « matière noire » constitue environ 85% de la matière dont est faite l’univers visible.. Cependant l’existence de cette matière noire n’a jamais pu être mise en évidence malgré des années de recherche. Sa présence a été déduite d’observations cosmologique montrant que d’innombrables galaxies tournent plus vite qu’elles n’auraient du le faire dans le cadre de la théorie de la gravité, ou selon les fluctuations d’une radiation dite CMB (Cosmic Microwave Background) datant du Big Bang qui ne peuvent seulement être explicables par la matière dont nous observons la présence dans l’univers.
Aujourd’hui deux cosmologistes de l’University London, Jonathan Oppeinheim et Andrea Russo considèrent que seule la nouvelle explication de la gravité qu’ils ont mise au point peut expliquer la rotation des galaxies sans obliger de faire appel à la matière noire. Pour eux les actuelles hypothèses relatives à la gravité quantique sont incapables de le faire.
Dans leur propre théorie, dite « post quantum gravity », la matière reste fidèle aux principes de la mécanique quantique, mais l’espace-temps reste non quantique, ou classique. Il peut varier au hasard mais de plus en plus faiblement au fur et à mesure que l’univers évolue.
Aujourd’hui, ils présentent deux avancées scientifiques importantes. La première est un test visant à montrer que leur hypothèse est valable à toutes les échelles de l’univers, depuis le quantique jusqu’au cosmique. Toute théorie de la gravité devrait le passer avec succès.
La seconde est un calcul montrant comment la gravité devrait se manifester, depuis les échelles quantiques jusqu’aux bras extérieurs des galaxies. Ce calcul fait appel à des outils mathématiques empruntés à la mécanique quantique. Ils montrent que les forces gravitationnelles agissant loin des centres des galaxies sont identiques à celles s’exerçant aux frontières de ces galaxies.
Ces considérations intéressent d’abord les hypothèses pour lesquelles la matière noire serait réelle. Mais elles devraient rester valables dans la théorie dite MOND (Modified Newtonian Dynamics). Celle-ci améliore les mathématiques intéressant la vitesse de rotation des galaxies sans faire allusion à la matière noire.
[Submitted on 27 Feb 2024]
Renormalisation of postquantum-classical gravity
Andrzej Grudka, Jonathan Oppenheim, Andrea Russo, Muhammad Sajjad
One of the obstacles to reconciling quantum theory with general relativity, is constructing a theory which is both consistent with observation, and and gives finite answers at high energy, so that the theory holds at arbitrarily short distances. Quantum field theory achieves this through the process of renormalisation, but famously, perturbative quantum gravity fails to be renormalisable. Recently, an alternative to quantum gravity has been proposed, in which the geometry of spacetime is taken to be classical rather than quantum, while still being coupled to quantum matter fields. This can be done consistently, provided that the dynamics is fundamentally stochastic. Here, we show that this theory is renormalisable in the gravitational degrees of freedom. We do so via the path integral formulation by relating the classical-quantum action to that of quadratic gravity. Because the action induces stochastic dynamics of spacetime, rather than deterministic evolution of a quantum field, the theory is able to remain renormalisable, while being free of tachyons and negative norm ghosts. The scale invariant and asymptotically free theory appears to be favoured through considerations of complete positivity. The results presented here have a number of implications for inflation, CMB data, and experiments to test the quantum nature of spacetime. They also point to a possible resolution of the black hole singularity.
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