Ainsi, la « gravité quantique », un oxymore, vraiment ?
Une nouvelle physique ferait ainsi un pas vers la
création d’une « théorie du tout » longtemps recherchée en unissant la gravité
au monde quantique.
Ainsi, deux équipes suggèrent de nouvelles pistes à étudier en profondeur, peut-être pour arriver au même résultat : On va peut-être le voir.
Des physiciens de la première équipe ont mis ainsi au
point une nouvelle approche pour résoudre l’un des problèmes les plus
persistants de la physique théorique : Unir la gravité au monde quantique.
Dans la revue Reports on Progress in Physics, ces scientifiques esquissent donc une reformulation de la gravité qui pourrait conduire à une description entièrement compatible avec le quantique – sans invoquer les dimensions supplémentaires ou les caractéristiques exotiques requises par des modèles plus spéculatifs, comme la théorie des cordes.
Au cœur de la proposition se trouve une refonte de la
façon dont la gravité se comporte à un niveau fondamental.
Alors que les forces électromagnétiques, faibles et fortes sont toutes parfaitement décrites à l’aide de la théorie quantique des champs – un cadre mathématique qui intègre l’incertitude et la dualité onde-particule – la gravité reste une valeur aberrante.
Quant à la relativité générale, la théorie de la gravité d’Einstein, elle est depuis longtemps maintenant devenue une théorie classique qui décrit parfaitement la gravité comme la déformation de la géométrie de l’espace-temps par la masse et l’énergie.
Mais les tentatives de mixer la théorie quantique avec la relativité générale se heurtent à des incohérences mathématiques fatales, comme par exemple des probabilités infinies.
Autant essayer de diviser une chose par zéro : Ce n’est pas plus possible !
Leur nouvelle approche réinterprète le champ
gravitationnel d’une manière qui reflète la structure des théories quantiques
des champs connues. « La principale conclusion est que notre théorie fournit
une nouvelle approche de la gravité quantique d’une manière qui ressemble à la
formulation des autres interactions fondamentales du modèle standard », a
déclaré un des co-auteurs de l’étude, physicien à l’Université Aalto en
Finlande, dans un courriel (qui ne m’était pas adressé).
Au lieu de courber l’espace-temps, la gravité dans leur modèle est médiée par quatre champs interdépendants, chacun étant similaire au champ qui régit l’électromagnétisme. Or, ces champs réagissent à la masse de la même manière que les champs électriques et magnétiques réagissent à la charge et au courant.
Ils interagissent également les uns avec les autres et avec les champs du Modèle standard d’une manière qui reproduit la relativité générale au niveau classique tout en permettant aux effets quantiques d’être incorporés de manière cohérente.
Eurêka, quoi, parce que la physique des champs est une sorte d’autoroute de l’exploration dans les laboratoires de physiques fondamentales !
Parce qu’ainsi aussi, le nouveau modèle reflète la
structure des théories quantiques bien établies, il contourne les problèmes
mathématiques qui ont historiquement entravé les efforts de quantification de
la relativité générale.
Selon ces auteurs-là, leur cadre produit une théorie quantique bien définie qui évite les problèmes courants – tels que les infinis non physiques en quantités observables et les probabilités négatives pour les processus physiques – qui surviennent généralement lorsque la relativité générale est quantifiée à l’aide de méthodes conventionnelles et simples, comme vous le saviez.
Et l’un des principaux avantages de cette approche est
sa simplicité. Contrairement à de nombreux modèles de gravité quantique qui
nécessitent des particules non détectées et des forces supplémentaires, cette
théorie s’en tient à un terrain familier.
« Les principaux avantages ou différences par rapport à de nombreuses autres théories de la gravité quantique sont que notre théorie n’a pas besoin de dimensions supplémentaires qui n’ont pas encore de soutien expérimental direct. De plus, la théorie n’a pas besoin de paramètres libres au-delà des constantes physiques connues. »
Autrement dit la solution serait là sous nos yeux, et vous ne l’aviez même pas détectée, bande d’ignares que vous êtes !
Moâ encore, avec mon unique neurone encore en fonction (à savoir mon nerf honteux), ça peut se comprendre, mais vous…
Surtout, cela signifie que la théorie peut être testée
sans attendre la découverte de nouvelles particules ou la révision des lois
physiques existantes. « Toutes les futures expériences de gravité quantique
peuvent être directement utilisées pour tester toutes les prédictions (à
venir) de la théorie », a ajouté le « trouveur ».
Toutefois, malgré ses caractéristiques prometteuses, le modèle n’en est encore qu’à ses débuts. Bien que les calculs préliminaires indiquent que la théorie se comporte bien sous les contrôles de cohérence habituels, une preuve complète de sa cohérence reste à élaborer.
De plus, le cadre n’a pas encore été appliqué à certaines des questions les plus profondes de la physique gravitationnelle, telles que la véritable nature des singularités des trous noirs ou la physique du Big Bang.
« La théorie n’est pas encore capable de relever ces défis majeurs, mais elle a le potentiel de le faire à l’avenir », en dit un autre.
D’autant que la vérification expérimentale peut s’avérer encore plus insaisissable. La gravité est la plus faible des forces connues et ses aspects quantiques sont incroyablement subtils.
Les tests directs des effets de la gravité quantique sont hors de portée des instruments actuels.
« Tester les effets de la gravité quantique est
difficile en raison de la faiblesse de l’interaction gravitationnelle », a
déclaré le « trouveur ». Pourtant, comme la théorie ne comprend aucun
paramètre ajustable, toute expérience future qui sonde le comportement
gravitationnel quantique pourrait potentiellement confirmer – ou infirmer – la
nouvelle proposition.
« Compte tenu du rythme actuel des progrès théoriques et observationnels, il pourrait s’écouler quelques décennies avant de réaliser les premières percées expérimentales qui nous donnent des preuves directes des effets de la gravité quantique », a déclaré son « co-trouveur », co-auteur de l’étude.
« Des preuves indirectes par le biais d’observations avancées pourraient être obtenues plus tôt. »
Pour l’instant, leurs travaux ouvrent seulement une nouvelle direction aux théoriciens à la recherche d’une théorie quantique de la gravité – une théorie qui reste ancrée dans les cadres réussis de la physique des particules tout en révélant potentiellement certains des mystères les plus profonds de l’univers.
Si la gravité provient bien de l’entropie, les scientifiques pourraient alors unir la relativité générale d’Einstein avec le domaine quantique tout en faisant la lumière sur la matière noire et l’énergie noire.
Mais pour l’heure, même les « trouveurs » cherchent encore et toujours.
Heureusement qu’ils n’ont pas de souci de fins de mois, sauf avec « Trompe »…
Car c’est passionnant : La nouvelle recette de la
gravité pourrait aider à résoudre certains des plus grands mystères de
l’univers. Si elle suggère que le concept de « gravité quantique » pourrait
provenir de l’entropie, résolvant peut-être du coup des énigmes mises en avant
par l’insaisissable univers sombre.
Car rappelez-vous, depuis le début du XXème siècle (il y a déjà une éternité, où le monde civilisé rentrait dans son troisième millénaire de l’ère christique par un attentat monstrueux un 11 septembre), la théorie de la relativité générale d’Einstein était déjà la meilleure description que nous ayons du fonctionnement de la gravité.
Pensez-vous, avant Newton, personne ne se prenait vraiment au sérieux, depuis, même la gravité de toute chose est devenue relative…
D’autant qu’à peu près au moment où Einstein a inventé la relativité générale, d’autres scientifiques ont également développé les fondements de la mécanique quantique.
Et le tout aura fait entrer l’univers des hommes dans leur époque nucléaire un certain mois d’août 1945…, il y a 80 ans !
Depuis lors, les deux théories ont été testées,
révisées et améliorées, résistant à l’épreuve du temps et convainquant les
sceptiques de la communauté scientifique. Mais il y a ce problème un gros :
Elles ne peuvent pas travailler ensemble.
Alors que les deux théories ont été perfectionnées, elles continuent de défier les tentatives de les unifier. Une « théorie du tout » qui englobe à la fois la relativité générale et la physique quantique à en contrecarrer les efforts d’esprits aussi grands que Stephen Hawking, et même Einstein lui-même.
Mais c’est là qu’intervient Ginestra
Bianconi, la belle et brillante, professeure de mathématiques
appliquées à l’Université Queen Mary de Londres, mais travaillant également à
Rome et encore ailleurs.
La seconde « équipe » à elle toute seule qui s’attaque au problème en proposant une solution ingénieuse.
Elle suggère, elle, un cadre qui verrait la gravité quantique émerger de ce que l’on appelle « l’entropie relative quantique », un concept qui mesure à quel point deux états quantiques sont dissemblables.
Rappelez-vous, développée en 1915, la relativité générale suggère que la gravité apparaît parce que les corps ayant une masse provoquent la déformation du tissu de l’espace-temps (l’unification quadridimensionnelle de l’espace et du temps).
Plus la masse d’un objet est grande, plus la déformation de l’espace-temps est extrême et, par conséquent, plus l’influence gravitationnelle de l’objet est puissante.
Et cela a été vérifié à maintes reprises, permettant ainsi à la relativité générale de supplanter la théorie de la gravité de Newton en tant que meilleure description de l’univers à l’échelle cosmique.
Cependant, on vient de le rappeler, la relativité
générale ne peut pas tout expliquer. Notamment, la matière noire, cette
substance mystérieuse qui pèse cinq fois plus que la matière ordinaire que l’on
détecte, et l’énergie noire, cette composante inconnue de l’univers à l’origine
de son expansion accélérée, par exemple, ne sont pas prises en compte par la
relativité générale.
Et pourtant, ce sont des réalités physiques incontournables.
Et c’est un gros problème car l’énergie sombre représente 68 % de la matière et de l’énergie totales de l’univers, et la matière noire représente environ 27 % de sa masse… et énergie.
Cela signifie que « l’univers sombre » représente environ 95 % du bilan matière-énergie du cosmos, de sorte que la « matière » que nous pouvons décrire confortablement avec la relativité générale ne représente plus que 5 % de l’énergie et de la matière de l’univers…
Même pas la partie émergée d’un iceberg… toutes proportions gardées (par ailleurs).
Ensuite, on vient de le répéter, il y a le fait que la
théorie de la gravité d’Einstein ne « joue pas bien » avec la physique
quantique. C’est là qu’elle propose un nouveau cadre – ou « recette » de la
gravité, si vous préférez – qui prend la métrique de l’espace-temps de la
relativité générale et décrit la géométrie de l’espace et du temps basée sur
les distances et les intervalles entre les événements, et la traite comme une
entité mathématique appelée « opérateur ».
Or, les opérateurs sont utilisés en physique quantique pour effectuer des transformations sur des états quantiques résultant de changements dans des facteurs physiques (comme vous ne l’ignorez pas…)
Cet opérateur basé sur la relativité générale conduit à une nouvelle « action entropique » et à des équations d’Einstein modifiées.
Ainsi, aux basses énergies et dans les régions de l’espace où il y a peu de courbure, et donc peu de gravité, ces équations reproduisent celles de la relativité générale.
Par conséquent, la théorie de la relativité générale d’Einstein prédisait que l’espace-temps autour de la Terre serait non seulement déformé, mais aussi déformé par la rotation de la planète. Et c’est bien ce qui a pu être vérifier.
Mais, mieux que ça, cette nouvelle recherche va plus loin : Il prédit l’émergence d’une petite constante cosmologique à valeur positive.
C’est important parce que sa valeur s’aligne mieux avec les observations de l’expansion accélérée de l’univers sous l’influence de l’énergie sombre que ne le font les autres théories actuelles.
En plus de cela, quelque chose appelé un « champ G »
émerge de cette théorie qui pourrait expliquer l’influence gravitationnelle de
la matière noire. « Ce travail suggère que la gravité quantique a une
origine entropique et suggère que le champ G pourrait être un candidat pour la
matière noire », en a conclu la charmante Bianconi dans son communiqué (qui
ne m’était pas destiné).
« De plus, la constante cosmologique émergente prédite par notre modèle pourrait aider à résoudre l’écart entre les prédictions théoriques et les observations expérimentales de l’expansion de l’univers. »
Bien sûr, cette théorie n’en est elle aussi qu’à ses débuts, mais étant donné la profondeur de ses implications pour notre compréhension fondamentale du cosmos, elle vaut probablement la peine d’être explorée.
Ainsi coup sur coup, deux équipes de recherche suggèrent
des pistes nouvelles à étudier (merci à vot’ bon cœur !) pour réussir à
unifier les deux grandes théories de la physique fondamentale qui expliquent
notre univers dans tous ses aspects, même mathématiquement contradictoires.
Quant à réviser nos livres sur le sujet et à en tirer le meilleur pour éradiquer la faim et la misère humaine dans le monde, ça n’est pas encore gagné : Il faudra probablement des citernes complètes de « jus de neurone » et je serai probablement mort desséché avant d’avoir pu en comprendre… et exploiter dans un roman de « science-fiction-réaliste » à vous soumettre.
Juste pour le plaisir, naturellement !
Bon début de semaine à toutes et
tous !
Moâ, je pars sur les routes de mon pays et normalement, j’arrive en Balagne dans la semaine, dans mon trou où même Internet n’est ravitaillé que par les corbeaux…
Alors soyez indulgents avec ce blog, SVP : Merci.
I3
Pour mémoire (n’en déplaise à « Poux-tine ») : « LE PRÉSENT BILLET A
ENCORE ÉTÉ RÉDIGÉ PAR UNE PERSONNE « NON RUSSE » ET MIS EN LIGNE PAR UN MÉDIA
DE MASSE « NON RUSSE », REMPLISSANT DONC LES FONCTIONS D’UN AGENT « NON RUSSE »
!
Post-scriptum : Alexeï Navalny est mort en détention pour ses opinions politiques. Les Russes se condamnent à perpétuité à en supporter toute la honte !
Постскриптум: Алексей Навальный умер в заключении за свои политические взгляды. Россияне обрекают себя на всю жизнь нести весь позор!
Parrainez Renommez la rue de l'ambassade de Russie à Paris en rue Alexeï Navalny (change.org)
Ainsi, deux équipes suggèrent de nouvelles pistes à étudier en profondeur, peut-être pour arriver au même résultat : On va peut-être le voir.
Dans la revue Reports on Progress in Physics, ces scientifiques esquissent donc une reformulation de la gravité qui pourrait conduire à une description entièrement compatible avec le quantique – sans invoquer les dimensions supplémentaires ou les caractéristiques exotiques requises par des modèles plus spéculatifs, comme la théorie des cordes.
Alors que les forces électromagnétiques, faibles et fortes sont toutes parfaitement décrites à l’aide de la théorie quantique des champs – un cadre mathématique qui intègre l’incertitude et la dualité onde-particule – la gravité reste une valeur aberrante.
Quant à la relativité générale, la théorie de la gravité d’Einstein, elle est depuis longtemps maintenant devenue une théorie classique qui décrit parfaitement la gravité comme la déformation de la géométrie de l’espace-temps par la masse et l’énergie.
Mais les tentatives de mixer la théorie quantique avec la relativité générale se heurtent à des incohérences mathématiques fatales, comme par exemple des probabilités infinies.
Autant essayer de diviser une chose par zéro : Ce n’est pas plus possible !
Au lieu de courber l’espace-temps, la gravité dans leur modèle est médiée par quatre champs interdépendants, chacun étant similaire au champ qui régit l’électromagnétisme. Or, ces champs réagissent à la masse de la même manière que les champs électriques et magnétiques réagissent à la charge et au courant.
Ils interagissent également les uns avec les autres et avec les champs du Modèle standard d’une manière qui reproduit la relativité générale au niveau classique tout en permettant aux effets quantiques d’être incorporés de manière cohérente.
Eurêka, quoi, parce que la physique des champs est une sorte d’autoroute de l’exploration dans les laboratoires de physiques fondamentales !
Selon ces auteurs-là, leur cadre produit une théorie quantique bien définie qui évite les problèmes courants – tels que les infinis non physiques en quantités observables et les probabilités négatives pour les processus physiques – qui surviennent généralement lorsque la relativité générale est quantifiée à l’aide de méthodes conventionnelles et simples, comme vous le saviez.
« Les principaux avantages ou différences par rapport à de nombreuses autres théories de la gravité quantique sont que notre théorie n’a pas besoin de dimensions supplémentaires qui n’ont pas encore de soutien expérimental direct. De plus, la théorie n’a pas besoin de paramètres libres au-delà des constantes physiques connues. »
Autrement dit la solution serait là sous nos yeux, et vous ne l’aviez même pas détectée, bande d’ignares que vous êtes !
Moâ encore, avec mon unique neurone encore en fonction (à savoir mon nerf honteux), ça peut se comprendre, mais vous…
Toutefois, malgré ses caractéristiques prometteuses, le modèle n’en est encore qu’à ses débuts. Bien que les calculs préliminaires indiquent que la théorie se comporte bien sous les contrôles de cohérence habituels, une preuve complète de sa cohérence reste à élaborer.
De plus, le cadre n’a pas encore été appliqué à certaines des questions les plus profondes de la physique gravitationnelle, telles que la véritable nature des singularités des trous noirs ou la physique du Big Bang.
« La théorie n’est pas encore capable de relever ces défis majeurs, mais elle a le potentiel de le faire à l’avenir », en dit un autre.
D’autant que la vérification expérimentale peut s’avérer encore plus insaisissable. La gravité est la plus faible des forces connues et ses aspects quantiques sont incroyablement subtils.
Les tests directs des effets de la gravité quantique sont hors de portée des instruments actuels.
« Compte tenu du rythme actuel des progrès théoriques et observationnels, il pourrait s’écouler quelques décennies avant de réaliser les premières percées expérimentales qui nous donnent des preuves directes des effets de la gravité quantique », a déclaré son « co-trouveur », co-auteur de l’étude.
« Des preuves indirectes par le biais d’observations avancées pourraient être obtenues plus tôt. »
Pour l’instant, leurs travaux ouvrent seulement une nouvelle direction aux théoriciens à la recherche d’une théorie quantique de la gravité – une théorie qui reste ancrée dans les cadres réussis de la physique des particules tout en révélant potentiellement certains des mystères les plus profonds de l’univers.
Si la gravité provient bien de l’entropie, les scientifiques pourraient alors unir la relativité générale d’Einstein avec le domaine quantique tout en faisant la lumière sur la matière noire et l’énergie noire.
Mais pour l’heure, même les « trouveurs » cherchent encore et toujours.
Heureusement qu’ils n’ont pas de souci de fins de mois, sauf avec « Trompe »…
Car rappelez-vous, depuis le début du XXème siècle (il y a déjà une éternité, où le monde civilisé rentrait dans son troisième millénaire de l’ère christique par un attentat monstrueux un 11 septembre), la théorie de la relativité générale d’Einstein était déjà la meilleure description que nous ayons du fonctionnement de la gravité.
Pensez-vous, avant Newton, personne ne se prenait vraiment au sérieux, depuis, même la gravité de toute chose est devenue relative…
D’autant qu’à peu près au moment où Einstein a inventé la relativité générale, d’autres scientifiques ont également développé les fondements de la mécanique quantique.
Et le tout aura fait entrer l’univers des hommes dans leur époque nucléaire un certain mois d’août 1945…, il y a 80 ans !
Alors que les deux théories ont été perfectionnées, elles continuent de défier les tentatives de les unifier. Une « théorie du tout » qui englobe à la fois la relativité générale et la physique quantique à en contrecarrer les efforts d’esprits aussi grands que Stephen Hawking, et même Einstein lui-même.
La seconde « équipe » à elle toute seule qui s’attaque au problème en proposant une solution ingénieuse.
Elle suggère, elle, un cadre qui verrait la gravité quantique émerger de ce que l’on appelle « l’entropie relative quantique », un concept qui mesure à quel point deux états quantiques sont dissemblables.
Rappelez-vous, développée en 1915, la relativité générale suggère que la gravité apparaît parce que les corps ayant une masse provoquent la déformation du tissu de l’espace-temps (l’unification quadridimensionnelle de l’espace et du temps).
Plus la masse d’un objet est grande, plus la déformation de l’espace-temps est extrême et, par conséquent, plus l’influence gravitationnelle de l’objet est puissante.
Et cela a été vérifié à maintes reprises, permettant ainsi à la relativité générale de supplanter la théorie de la gravité de Newton en tant que meilleure description de l’univers à l’échelle cosmique.
Et pourtant, ce sont des réalités physiques incontournables.
Et c’est un gros problème car l’énergie sombre représente 68 % de la matière et de l’énergie totales de l’univers, et la matière noire représente environ 27 % de sa masse… et énergie.
Cela signifie que « l’univers sombre » représente environ 95 % du bilan matière-énergie du cosmos, de sorte que la « matière » que nous pouvons décrire confortablement avec la relativité générale ne représente plus que 5 % de l’énergie et de la matière de l’univers…
Même pas la partie émergée d’un iceberg… toutes proportions gardées (par ailleurs).
Or, les opérateurs sont utilisés en physique quantique pour effectuer des transformations sur des états quantiques résultant de changements dans des facteurs physiques (comme vous ne l’ignorez pas…)
Cet opérateur basé sur la relativité générale conduit à une nouvelle « action entropique » et à des équations d’Einstein modifiées.
Ainsi, aux basses énergies et dans les régions de l’espace où il y a peu de courbure, et donc peu de gravité, ces équations reproduisent celles de la relativité générale.
Par conséquent, la théorie de la relativité générale d’Einstein prédisait que l’espace-temps autour de la Terre serait non seulement déformé, mais aussi déformé par la rotation de la planète. Et c’est bien ce qui a pu être vérifier.
Mais, mieux que ça, cette nouvelle recherche va plus loin : Il prédit l’émergence d’une petite constante cosmologique à valeur positive.
C’est important parce que sa valeur s’aligne mieux avec les observations de l’expansion accélérée de l’univers sous l’influence de l’énergie sombre que ne le font les autres théories actuelles.
« De plus, la constante cosmologique émergente prédite par notre modèle pourrait aider à résoudre l’écart entre les prédictions théoriques et les observations expérimentales de l’expansion de l’univers. »
Bien sûr, cette théorie n’en est elle aussi qu’à ses débuts, mais étant donné la profondeur de ses implications pour notre compréhension fondamentale du cosmos, elle vaut probablement la peine d’être explorée.
Quant à réviser nos livres sur le sujet et à en tirer le meilleur pour éradiquer la faim et la misère humaine dans le monde, ça n’est pas encore gagné : Il faudra probablement des citernes complètes de « jus de neurone » et je serai probablement mort desséché avant d’avoir pu en comprendre… et exploiter dans un roman de « science-fiction-réaliste » à vous soumettre.
Moâ, je pars sur les routes de mon pays et normalement, j’arrive en Balagne dans la semaine, dans mon trou où même Internet n’est ravitaillé que par les corbeaux…
Alors soyez indulgents avec ce blog, SVP : Merci.
Post-scriptum : Alexeï Navalny est mort en détention pour ses opinions politiques. Les Russes se condamnent à perpétuité à en supporter toute la honte !
Постскриптум: Алексей Навальный умер в заключении за свои политические взгляды. Россияне обрекают себя на всю жизнь нести весь позор!
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