Des physiciens de l’University College London (UCL) proposent une théorie révolutionnaire tentant d’unifier la gravité et la mécanique quantique tout en préservant la vision classique de l’espace-temps d’Einstein
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La physique moderne repose sur deux piliers : la mécanique quantique et la théorie de la relativité générale d’Einstein.
La théorie quantique est capable de décrire le comportement des particules subatomiques. Elle s’appuie sur des principes tels que la superposition et l’intrication quantiques. Selon cette théorie scientifique, les particules peuvent exister dans plusieurs états à la fois et être instantanément liées entre elles, peu importe la distance qui les sépare.
De son côté, la relativité générale d’Einstein décrit la gravité comme une courbure de l’espace-temps causée par la présence de masse et d’énergie. Celle-ci fonctionne bien à des échelles cosmiques, décrivant comment les planètes, les étoiles et les galaxies interagissent gravitationnellement.
Ainsi, pour résumer simplement, la mécanique quantique explique le comportement des particules subatomiques (infiniment petit), tandis que la relativité générale explique le comportement de la matière aux échelles cosmiques.
À la recherche d’une « théorie du tout »
Le problème est qu’il nous est actuellement impossible d’appliquer ces deux approches à des situations où les échelles quantiques (très petites, comme les particules subatomiques) et les échelles relativistes (très grandes, comme les objets célestes) se chevauchent. Dans de telles situations, les deux théories produisent des résultats qui se contredisent. Autrement dit, elles paraissent incompatibles.
Par exemple, lorsqu’on essaie d’appliquer la mécanique quantique à un objet massif comme un trou noir, cela conduit à des paradoxes tels que la « perte d’information ». Selon la théorie quantique, l’information ne peut pas être détruite, mais la relativité générale suggère que l’information peut être perdue dans un trou noir, créant ainsi un conflit.
Ainsi, les physiciens cherchent depuis longtemps une « théorie du tout » capable d’unifier la gravité et la mécanique quantique. Jusqu’à présent, tout le monde a fait « chou blanc », ce qui nous ramène à cette nouvelle idée.
Cette « théorie postquantique de la gravité classique », comme l’appellent les physiciens théoriciens qui en sont à l’origine, propose une approche novatrice pour résoudre ce problème d’incompatibilité.
Contrairement à d’autres approches qui cherchent à quantifier l’espace-temps lui-même, cette idée propose de laisser l’espace-temps en tant qu’entité classique. Elle ajuste la théorie quantique, suggérant que les particules subatomiques peuvent interagir avec un espace-temps non quantique de manière spécifique.
La théorie postule ainsi l’existence de fluctuations aléatoires de l’espace-temps. Ces fluctuations seraient plus importantes que ce que la théorie quantique classique envisageait, rendant le poids apparent des objets imprévisible lorsqu’il est mesuré avec une grande précision sur une période de temps.
Pour tester cette idée, une expérience a été suggérée. Elle implique une mesure extrêmement précise du poids d’une masse sur une période de temps prolongée. Si les fluctuations mesurées dépassent les prédictions de la théorie quantique classique, cela pourrait soutenir la validité de la nouvelle théorie.
En s’attaquant au problème de l’information sur les trous noirs, cette théorie postquantique pourrait par exemple potentiellement résoudre des paradoxes liés à la nature de l’information dans les objets absorbés par un trou noir.
Ces idées novatrices nécessitent cependant des expériences approfondies et à grande échelle pour être confirmées. Les physiciens devront donc développer des méthodes expérimentales sophistiquées pour mesurer les fluctuations prédites et valider ainsi la théorie.
Les détails sont publiés par Nature, dans un article dont on trouvera ci-dessus les références et l’abstract
Source
- nature
- nature communications
- articles
Gravitationally induced decoherence vs space-time diffusion: testing the quantum nature of gravity
Nature Communications
volume14, Article number: 7910 (2023) Cite this article
Abstract
We consider two interacting systems when one is treated classically while the other system remains quantum. Consistent dynamics of this coupling has been shown to exist, and explored in the context of treating space-time classically. Here, we prove that any such hybrid dynamics necessarily results in decoherence of the quantum system, and a breakdown in predictability in the classical phase space. We further prove that a trade-off between the rate of this decoherence and the degree of diffusion induced in the classical system is a general feature of all classical quantum dynamics; long coherence times require strong diffusion in phase-space relative to the strength of the coupling. Applying the trade-off relation to gravity, we find a relationship between the strength of gravitationally-induced decoherence versus diffusion of the metric and its conjugate momenta. This provides an experimental signature of theories in which gravity is fundamentally classical. Bounds on decoherence rates arising from current interferometry experiments, combined with precision measurements of mass, place significant restrictions on theories where Einstein’s classical theory of gravity interacts with quantum matter. We find that part of the parameter space of such theories are already squeezed out, and provide figures of merit which can be used in future mass measurements and interference experiments.
Référence
Europe Solidaire 