Depuis le milieu du XXe siècle, deux théories de la physique proposent des modèles puissants mais incompatibles de l’univers physique.
La relativité générale réunit l’espace et le temps en un espace-temps (alors) porteur, dont la courbure est la gravité. Elle fonctionne très bien à grande échelle, comme dans l’espace interplanétaire ou interstellaire.
Mais si l’on passe à l’échelle subatomique, les choses deviennent étranges. Le simple fait d’observer des interactions modifie le comportement de ce qui est (vraisemblablement) totalement indépendant de l’observation. Dans ces situations, nous avons besoin de la théorie quantique pour nous aider à donner un sens à tout cela.
Bien que les scientifiques aient fait des tentatives remarquables pour rapprocher ces théories éloignées les unes des autres, comme la théorie des cordes, les mathématiques qui sous-tendent ces théories restent incompatibles.
Cependant, de nouvelles recherches menées par Antoine Tilloy, de l’Institut Max Planck d’optique quantique de Garching, en Allemagne, suggèrent que la gravité pourrait être un attribut des fluctuations aléatoires au niveau quantique, ce qui supplanterait la gravité comme théorie plus fondamentale et nous mettrait sur la voie d’une théorie unifiée de l’univers physique.
Dans la théorie quantique, l’état d’une particule est décrit par sa fonction d’onde. Cette fonction permet aux théoriciens de prédire la probabilité qu’une particule se trouve à tel ou tel endroit.
Cependant, avant que l’acte de vérification ne soit effectué via une mesure, personne ne sait avec certitude où se trouvera la particule, ni même si elle existe. En termes scientifiques, l’acte d’observation “effondre” la fonction d’onde.
Le problème de la mécanique quantique, c’est qu’elle ne définit pas ce qu’est une mesure. Qui – ou quoi – est un observateur ? Un être humain conscient ?
En mettant entre parenthèses toute explication des phénomènes observés, nous nous retrouvons avec des paradoxes comme celui du chat de Schrödinger, qui nous invite à envisager les possibilités égales qu’un chat précédemment enfermé dans une boîte soit, pour autant que nous le sachions, simultanément mort et vivant dans la boîte, et qu’il le reste jusqu’à ce que nous soulevions le couvercle.
Une tentative de résolution du paradoxe est le modèle Ghirardi-Rimini-Weber (GRW) de la fin des années 80. Il intègre des “flashs” aléatoires qui peuvent provoquer l’effondrement spontané des fonctions d’onde des systèmes quantiques.
Le résultat n’est donc pas influencé par l’observation humaine.
Tilloy s’est servi de ce modèle pour étendre la théorie quantique à la gravité. Lorsqu’un éclair effondre une fonction d’onde et que la particule atteint sa position finale, un champ gravitationnel apparaît à ce moment précis dans l’espace-temps.
À une échelle suffisamment grande, les systèmes quantiques comptent de nombreuses particules qui subissent d’innombrables éclairs.
Selon la théorie de Tilloy, cela crée un champ gravitationnel fluctuant, et le champ gravitationnel produit par la moyenne de ces fluctuations est compatible avec la théorie de la gravité de Newton.
Si la gravité provient de processus quantiques, mais se comporte néanmoins de manière classique (ou newtonienne), nous avons une théorie “semi-classique”.
Toutefois, Klaus Hornberger, de l’université de Duisberg-Essen, en Allemagne, met en garde le monde scientifique : d’autres problèmes doivent être résolus avant que la solution semiclassique de Tilloy puisse être sérieusement considérée comme une théorie unificatrice des forces fondamentales qui sous-tendent toutes les lois physiques modernes.
Elle correspond à la théorie de la gravité de Newton, mais Tilloy doit encore faire des calculs pour montrer que la théorie quantique décrit également la gravité dans le cadre de la théorie de la relativité générale d’Einstein.
Avec le plus grand pouvoir explicatif, la physique est l’une des disciplines scientifiques les plus passionnantes. Mais la clé des théories unifiées en physique est la patience.
Comme pour le chat de Schrödinger, la volonté de savoir ne suffit pas à combler les lacunes de ce que nous ne savons tout simplement pas encore.
Cet article a été initialement publié par Futurism. Lire l’article original.