Un nouvel article affirme que la « gravité quantique » pourrait émerger d’un univers holographique
Dans les dernières décennies de sa vie, Albert Einstein espérait réunir sa description de la gravité et les modèles existants de l’électromagnétisme en une seule et même théorie maîtresse.
Cette quête continue de perturber les physiciens théoriciens jusqu’à aujourd’hui. Deux de nos meilleurs modèles de la réalité – la théorie de la relativité générale d’Einstein et les lois de la mécanique quantique – sont aussi peu miscibles que l’huile et l’eau.
Quelle que soit l’apparence d’une combinaison des deux, elle révélera presque certainement des fondements de l’Univers tout à fait différents de ce que nous pouvons visualiser.
Une découverte mathématique récemment publiée décrit l’émergence de la gravité dans un modèle dit “holographique” de l’Univers ; elle a été découverte par une équipe de chercheurs de l’université de technologie de Chalmers en Suède et du MIT aux États-Unis.
Aussi étrange que cela puisse paraître, c’est le meilleur point de départ pour nous dans notre recherche d’une compréhension complète de la façon dont l’espace, le temps et la matière émergent tous de lois plus profondes.
“Lorsque nous cherchons des réponses à des questions de physique, nous sommes souvent amenés à faire de nouvelles découvertes en mathématiques également”, explique Daniel Persson, mathématicien à l’université Chalmers.
“Cette interaction est particulièrement marquante dans la recherche de la gravité quantique – où il est extrêmement difficile de réaliser des expériences.”
Malgré leur capacité discrète à prédire le comportement de tout, des sauts d’électrons aux bosses de trous noirs, avec une précision étonnante, la physique quantique et la relativité générale sont issues de deux systèmes de pensée très différents.
L’univers quantique est un bloc, mais flou lorsqu’on l’observe de près, comme les pixels qui s’estompent en un mélange confus de couleurs lorsque vous appuyez votre visage sur l’écran.
La relativité générale repose sur un continuum d’espace et de temps sans faille qui se courbe en fonction de la masse avec une conviction claire, même à la plus petite échelle.
Il existe d’autres métaphores que nous pouvons utiliser pour décrire le fonctionnement de l’Univers, chacune avec ses propres cadres mathématiques, tous un peu plus obscurs les uns que les autres.
Certaines impliquent l’ajout de dimensions invisibles enveloppées dans des géométries hallucinantes. Le principe holographique utilisé par les chercheurs est un exemple étrange qui consiste à supprimer des dimensions.
Vous pouvez y penser comme suit : Toutes les informations indiquant comment les particules se poussent et s’assemblent sont codées sur quelque chose qui ressemble plus à une surface plane qu’à l’espace 3D dans lequel nous pensons vivre, un peu comme la sensation de profondeur qui apparaît lorsque vous regardez un autocollant plat et holographique.
Il y a une bonne raison de penser à la physique de cette façon. Les versions quantiques de la gravité intégrées à l’espace-temps 4D deviennent rapidement extrêmement compliquées et inapplicables.
Si notre espace-temps devait se recourber suffisamment sur lui-même pour créer une sorte de cylindre, il aurait nécessairement une limite “plate”. Il se trouve également que ces théories difficiles à manier de la gravité quantique auraient des théories correspondantes sur cette limite, des théories beaucoup plus simples à utiliser.
Ce nouvel article mélange effectivement différents modèles régissant les particules et leurs ondes et la façon dont elles se transforment en champs dans un cadre holographique, pour aboutir à l’équivalent mathématique de la gravité fonctionnant comme une conséquence naturelle de ces interactions.
“Le défi consiste à décrire comment la gravité apparaît comme un phénomène ‘émergent’. Tout comme les phénomènes quotidiens – tels que l’écoulement d’un liquide – émergent des mouvements chaotiques de gouttelettes individuelles, nous voulons décrire comment la gravité émerge d’un système mécanique quantique au niveau microscopique”, explique le mathématicien Robert Berman, également de l’université Chalmers.
En prime, ces nouveaux travaux pourraient également ouvrir la voie à des explications sur d’autres phénomènes à grande échelle, tels que le carburant de l’expansion de l’Univers que nous appelons actuellement l’énergie noire.
Aussi élégantes que soient les mathématiques, les théoriciens peuvent s’offrir le luxe d’assortir leurs travaux de mises en garde et d’hypothèses afin de trouver de nouveaux modèles intrigants. Par exemple, la question de savoir si notre Univers se recourbe suffisamment sur lui-même pour avoir le type de frontière nécessaire au principe holographique est une question ouverte en soi, dont peu de cosmologistes sont convaincus.
Pourtant, lorsque vous essayez de résoudre un problème que même Einstein n’a pu résoudre, commencer par l’inimaginable n’est pas une mauvaise façon de commencer.
Cette recherche a été publiée dans Nature Communications.
Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
