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Une nouvelle théorie prétend unir la gravité d’Einstein à la mécanique quantique

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Crédits : Wirestock/istock

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. Explications.

Deux approches

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.

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Crédits : Cappan/istock

Une 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 fameuse 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 de l’étude sont publiés dans Nature.