Ils annoncent une nouvelle théorie capable d’unir enfin la gravité d’Einstein avec la mécanique quantique

Les deux théories sont également solides et éprouvées, mais elles sont contradictoires et apparemment inconciliables. En fait, les lois qui « fonctionnent » dans notre réalité macroscopique et quotidienne cessent de fonctionner dans le monde subatomique. Et vice versa. Mettez-les d’accordles réunir en une seule nouvelle formulation théorique capable d’expliquer par elle-même toute la réalité est devenue, depuis plus d’un siècle, l’une des principales missions des physiciens du monde entier.

Une nouvelle approche

Aujourd’hui, une équipe de physiciens de l’University College London affirme y être parvenue. Et dans deux articles publiés simultanément dans Physical Review

Depuis quelque temps, l’idée prédominante est que la théorie de la gravité d’Einstein devrait être modifié ou, en d’autres termes, « quantifié » pour correspondre aux hypothèses de la mécanique quantique. Cela signifie que, tout comme c’est le cas pour les trois autres forces de la nature (l’électromagnétisme et les forces nucléaires fortes et faibles), la gravité devrait également avoir une « particule porteuse », c’est-à-dire un hypothétique « graviton » qui transporte l’unité minimale de force gravitationnelle. tout comme le photon avec la force électromagnétique, le gluon avec la force nucléaire forte et les particules W et Z avec la force nucléaire faible.

Le problème est que le « graviton » n’apparaît nulle part et que les différentes approches des théories candidates les plus importantes, comme la gravité quantique, la théorie des cordes ou la théorie des boucles, n’ont pas atteint, pour l’instant, l’objectif de concilier quantique et gravité.

Et si l’espace-temps était classique ?

Dans le premier des articlesJonathan Oppenheim rompt avec tout ce qui précède et suggère que l’espace-temps ça pourrait être “classique”, c’est-à-dire qu’il n’est pas du tout régi par la théorie quantique. Par conséquent, et au lieu de modifier l’espace-temps, la théorie, appelée « théorie post-quantique de la gravité classique », considère qu’elle rend impossible la prédiction du résultat d’une quelconque mesure. Ce qui entraîne des fluctuations aléatoires et violentes de l’espace-temps qui sont plus importantes que ce que prédit la théorie quantique, rendant le poids apparent des objets imprévisible s’il est mesuré avec suffisamment de précision.

Dans le deuxième articledirigés par d’anciens doctorants d’Oppenheim lui-même, les chercheurs analysent certaines des conséquences de la théorie et proposent une expérience pour la tester : mesurer une masse très précisément pour voir si son poidsEn fait, cela fluctue dans le temps. La théorie, en effet, serait exclue si les fluctuations de poids obtenues en pesant avec la plus grande précision, par exemple la masse d’un kg que le Bureau international des poids et mesures pèse habituellement pour définir l’étalon, s’avéraient inférieures à ce que pèse habituellement le Bureau international des poids et mesures pour définir l’étalon. est supposé nécessaire pour maintenir la cohérence mathématique.

Le résultat de l’expérience, ou tout autre qui parvient à démontrer, comme le souhaitent Oppenheim et son équipe, que l’espace-temps est de nature classique, et non quantique, fait l’objet d’une étude approfondie. un pari de 5000 contre 1 entre Oppenheim lui-même et les professeurs Carlo Rovelli et Geoff Penington, principaux défenseurs respectivement de la gravitation en boucle et de la théorie des cordes.

Cinq ans de tests

Depuis cinq ans, Oppenheim et ses collègues testent leur nouvelle théorie et évaluent ses conséquences. «La théorie quantique et la théorie de la relativité générale d’Einstein – explique Oppenheim – sont mathématiquement incompatibles, il est donc important de comprendre comment cette contradiction est résolue. Faut-il quantifier l’espace-temps, faut-il modifier la théorie quantique ou est-ce quelque chose de complètement différent ? “Nous disposons désormais d’une théorie fondamentale cohérente dans laquelle l’espace-temps n’est pas quantifié, mais pour l’instant personne ne le sait.”

Zach Weller-Davies, co-auteur de la recherche, estime que « cette découverte remet en question notre compréhension de la nature fondamentale de la gravité. “Nous avons montré que si l’espace-temps n’a pas de nature quantique, alors il doit y avoir des fluctuations aléatoires dans sa courbure qui ont une signature particulière qui peut être vérifiée expérimentalement.”

Maintenant, bien sûr, il s’agit de trouver cette « signature ». « Tant dans la gravité quantique que dans la gravité classique – poursuit Weller-Davies – l’espace-temps doit connaître des fluctuations violentes et aléatoires autour de nous, bien qu’à une échelle que nous n’avons pas encore pu détecter. Mais si l’espace-temps est classique, les fluctuations doivent être supérieures à une certaine valeur, et cette valeur peut être déterminée par une autre expérience dans laquelle on teste combien de temps on peut mettre un atome lourd en superposition*, ou ce qui revient au même, “Comment est-il capable de rester longtemps dans deux endroits différents ? »

Carlo Sparaciari et Barbara Šoda, dont les calculs analytiques et numériques ont contribué à orienter le projet, ont également exprimé l’espoir que ces expériences détermineront si la recherche d’une théorie quantique de la gravité est ou non la bonne approche. “Bien que le concept expérimental soit simple – dit Sparacari – la pesée de l’objet doit être effectuée avec une extrême précision”