La Nouvelle Théorie qui pourra unifier Relativité Générale et Mécanique Quantique

La Quête de l’Unité

Depuis presque un siècle, les scientifiques ont cherché inlassablement une théorie qui puisse unifier la mécanique quantique et la relativité générale, les deux piliers de la physique moderne. Une telle théorie aurait la capacité de décrire toutes les interactions fondamentales de la nature, y compris la mystérieuse force gravitationnelle. Cependant, jusqu’à présent, aucune des théories proposées n’a réussi à résoudre complètement ce défi complexe. Cependant, une lueur d’espoir émane maintenant des chercheurs de l’University College London, qui présentent une théorie alternative susceptible de changer la donne.

Les Deux Piliers de la Physique

La physique moderne repose sur deux piliers essentiels. Le premier, la mécanique quantique, décrit le comportement des atomes et des particules subatomiques en utilisant des équations d’ondes quantifiées. Elle englobe trois des quatre forces fondamentales de la nature : l’interaction électromagnétique, la force forte et la force faible. Le second pilier, la relativité générale, décrit la quatrième force fondamentale : la gravitation. Selon cette théorie, la gravité est la courbure de l’espace-temps induite par la présence de la matière. Bien que ces deux théories aient été confirmées par des preuves empiriques, elles semblent en contradiction l’une avec l’autre.

Le Conflit Entre les Théories

Le conflit entre la mécanique quantique et la relativité générale réside en grande partie dans la manière dont elles conçoivent l’espace-temps. Les équations d’ondes quantiques sont définies dans un espace-temps statique, tandis que la relativité générale suppose que l’espace-temps est dynamique, se courbant en réponse à la distribution de la matière. Pour résoudre ce dilemme, les chercheurs ont exploré deux principales théories candidates : la théorie des cordes (ou théorie M) et la gravitation quantique à boucles. Cependant, malgré des décennies de recherche, aucune de ces théories n’a encore été confirmée expérimentalement.

Une Théorie Postquantique Novatrice

Le professeur Jonathan Oppenheim de l’University College London propose une approche alternative intrigante. Contrairement à d’autres chercheurs qui ont tenté de modifier la nature de l’espace-temps, Oppenheim suggère de modifier la théorie quantique elle-même. Sa théorie, appelée « théorie postquantique de la gravité classique, » est une approche hybride qui conserve l’espace-temps « classique » tout en apportant des modifications à la théorie quantique, permettant ainsi une rupture intrinsèque de la prévisibilité, médiée par l’espace-temps lui-même. Oppenheim et son équipe ont consacré cinq années à l’exploration et à la vérification de cette théorie novatrice.

Un Changement de Perspective Crucial

Contrairement à certaines approches précédentes, qui supposaient que le couplage de la matière quantique à la gravité classique était réversible, Oppenheim propose une hypothèse différente. Il suggère que ce couplage peut être stochastique, ce qui signifie que l’état initial d’un système évolue selon une équation, mais son état futur repose sur des probabilités. En conséquence, sa théorie postule l’existence de « fluctuations aléatoires et violentes de l’espace-temps. » Ces fluctuations pourraient être suffisamment significatives pour rendre le poids apparent des objets imprévisible lorsque la mesure est effectuée avec une précision extrême.

La Résolution du Paradoxe des Trous Noirs

Cette théorie innovante découle en partie de la tentative de résoudre le « paradoxe de l’information des trous noirs » mis en avant par le célèbre physicien Stephen Hawking en 1976. En mécanique quantique, l’état d’un système est codé par sa fonction d’onde, et cette fonction d’onde évolue conformément à l’équation de Schrödinger. Cela impliquerait que l’information est conservée en permanence. Cependant, la relativité générale stipule que rien, y compris l’information, ne peut s’échapper d’un trou noir. La nouvelle théorie de Oppenheim permettrait la perte d’information en raison de l’instabilité inhérente à la prévisibilité.

Une Théorie à l’Épreuve de l’Expérimentation

Pour tester leur théorie novatrice, Oppenheim et ses anciens doctorants ont publié un second article dans Nature Communications. Ils y étudient certaines des conséquences de leur théorie et proposent une expérience pour la tester. Cette expérience repose sur la mesure précise de la masse, visant à déterminer si son poids fluctue avec le temps. Par exemple, le Bureau international des poids et mesures effectue régulièrement des mesures d’un cylindre de 1 kg (l’ancien étalon du kilogramme). Si les fluctuations prévues par la théorie se produisent, elles devraient entraîner des variations minuscules dans les mesures de la masse au fil du temps. L’absence de ces changements remettrait en question la validité de la théorie.

Un Pari Scientifique

Il est intéressant de noter que le résultat de cette expérience, ou toute autre preuve qui confirmerait la nature quantique ou classique de l’espace-temps, fait l’objet d’un pari passionnant. Un pari de 5000 contre 1 a été établi entre le professeur Oppenheim, le professeur Carlo Rovelli et le docteur Geoff Penington, respectivement les principaux partisans de la gravité quantique à boucles et de la théorie des cordes. Ce pari souligne l’importance cruciale de la recherche en cours et l’incertitude entourant les réponses à venir.

Des Implications Révolutionnaires

La théorie postquantique de la gravité classique proposée par Oppenheim va bien au-delà de la résolution du paradoxe des trous noirs. Elle remet également en question le « postulat de mesure » de la mécanique quantique, qui soutient que seule la mesure permet de définir les propriétés d’une particule. Cette nouvelle théorie permet de s’affranchir de ce postulat, car elle implique que les superpositions quantiques se localisent nécessairement par leur interaction avec l’espace-temps classique.

Les Perspectives Futures

Bien que cette théorie offre des perspectives passionnantes, elle devra être étayée par des preuves expérimentales solides pour être acceptée par la communauté scientifique. La recherche de fluctuations aléatoires de la masse est l’une des voies pour vérifier si l’espace-temps est de nature classique. Parallèlement, une autre proposition expérimentale, appelée « l’intrication médiée par la gravité, » vise à explorer davantage les caractéristiques de l’espace-temps dans le cadre de cette théorie novatrice.

Conclusion

Les travaux du professeur Jonathan Oppenheim et de son équipe ouvrent de nouvelles perspectives passionnantes dans la quête de l’unification de la mécanique quantique et de la relativité générale. Leur théorie postquantique de la gravité classique remet en question des concepts fondamentaux et offre des possibilités de vérification expérimentale. Alors que les chercheurs poursuivent leurs investigations, l’avenir de notre compréhension de la nature de l’espace-temps reste incertain, mais plein de promesses.