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

Le 4 Décembre sur le site ‘Phys.org’ et sur arXiv : DOI : 10.48550/arxiv.1811.03116, un article fort intéressant et sérieusement étayé propose de résoudre le problème jusqu’alors insoluble de la gravité quantique. Problème posé depuis 70 ans mais il est possible qu’une élucidation finale aboutisse cette fois-ci. Je le souhaite d’autant plus que cette élucidation proposée embrasse sans équivoque mon hypothèse formulée et rappelée à longueur d’articles. En effet selon mon point de vue le temps est un propre de l’être humain, celui-ci n’est pas donné dans la nature. A ce titre, le temps, l’espace-temps, n’est pas intégrable au sein du corpus de la mécanique quantique alors que le sont tous les éléments naturels émergeants et constitutifs de notre univers.

Ci-dessous, je cite de larges extraits de l’article du 4/12 qui rendent compte de l’originalité des travaux théoriques de Jonathan Oppenheim de l’University College London (UCL) et justifient l’espoir qu’une conclusion puisse émerger, dans le sens correspondant à ma conception fondamentale du temps, puisque des observations expérimentales sont conçues en parallèle à l’élaboration de la nouvelle théorie. Ainsi, sur un sujet aussi sensible et controversé depuis si longtemps, une confirmation ou une infirmation est directement envisageable.   

Je cite : « Une théorie radicale qui unifie systématiquement la gravité et la mécanique quantique tout en préservant le concept classique d’espace-temps d’Einstein a été annoncée dans deux articles publiés simultanément par des physiciens de l’University College London (UCL). »

La physique moderne repose sur deux piliers : la théorie quantique d’une part, qui régit les plus petites particules de l’univers, et la théorie de la relativité générale d’Einstein, d’autre part, qui explique la gravité par la courbure de l’espace-temps. Mais ces deux théories sont en contradiction l’une avec l’autre et une réconciliation est restée impossible depuis plus d’un siècle.

L’hypothèse dominante est que la théorie de la gravitation d’Einstein doit être modifiée, ou « quantifiée », afin de s’adapter à la théorie quantique. C’est l’approche de deux candidats de premier plan pour une théorie quantique de la gravitation, la théorie des cordes et la gravitation quantique à boucles.

Mais une nouvelle théorie, développée par le professeur Jonathan Oppenheim de l’UCL et exposée dans le ‘Physical Review X’, remet en question ce consensus et adopte une approche alternative en suggérant que l’espace-temps peut être classique, c’est-à-dire qu’il n’est pas du tout régi par la théorie quantique[1].

Au lieu de modifier l’espace-temps, la théorie – surnommée « théorie post-quantique de la gravitation classique » – modifie la théorie quantique (sic) et prédit une rupture intrinsèque de la prévisibilité qui est médiée par l’espace-temps lui-même. Il en résulte des fluctuations aléatoires et violentes de l’espace-temps qui sont plus importantes que ce qui est envisagé par la théorie quantique (sic), ce qui rend le poids apparent des objets imprévisible s’il est mesuré avec suffisamment de précision.

« La théorie quantique et la théorie de la relativité générale d’Einstein sont mathématiquement incompatibles l’une avec l’autre, il est donc important de comprendre comment cette contradiction peut être résolue. Faut-il quantifier l’espace-temps, ou faut-il modifier la théorie quantique, ou est-ce tout autre chose ? Maintenant que nous proposons une théorie fondamentale cohérente dans laquelle l’espace-temps n’est pas quantifié, c’est à chacun de se faire une opinion. »

Le co-auteur Zach Weller-Davies, qui, en tant que doctorant à l’UCL, a aidé à développer la proposition expérimentale et a apporté des contributions clés à la théorie elle-même, a déclaré : « Cette découverte remet en question notre compréhension de la nature fondamentale de la gravité, mais offre également des pistes pour sonder sa nature quantique potentielle. »

« Nous avons montré que si l’espace-temps n’a pas de nature quantique, alors il doit y avoir des fluctuations aléatoires dans la courbure de l’espace-temps qui ont une signature particulière (sic) qui peut être vérifiée expérimentalement. »

            Certaines des conséquences de la théorie sont examinées et une expérience est proposée pour la tester : mesurer une masse très précisément pour voir si son poids semble fluctuer dans le temps.

Par exemple, le Bureau international des poids et mesures à Sèvres en France pèse régulièrement une masse de 1 kg, alors qu’elle était auparavant la norme de 1 kg. Si les fluctuations dans les mesures de cette masse de 1 kg sont plus faibles que ce qui est nécessaire pour assurer la cohérence mathématique, la théorie peut être exclue.

Le résultat de l’expérience, ou d’autres preuves émergentes qui confirmeraient la nature quantique par rapport à la nature classique de l’espace-temps, fait l’objet d’un pari dont la cote est de 5000 : 1 entre le professeur Oppenheim et le professeur Carlo Rovelli et le Dr Geoff Penington, principaux partisans de la gravitation quantique à boucles et de la théorie des cordes respectivement.

La proposition de tester si l’espace-temps est classique en recherchant des fluctuations aléatoires de masse est complémentaire à une autre proposition expérimentale qui vise à vérifier la nature quantique de l’espace-temps en recherchant ce qu’on appelle « l’intrication à médiation gravitationnelle[2] » C’est-à-dire intriquer deux objets massifs par l’intermédiaire de la seule interaction gravitationnelle. Des groupes d’expérimentateurs travaillent couramment à l’amélioration de leurs expériences dans le but de pouvoir les réaliser avec des résultats probant. La course est sérieusement lancée pour déterminer si cette nouvelle proposition l’emportera sur les approches traditionnelles établies.

Le professeur Sougato Bose (UCL Physics & Astronomy), qui n’a pas participé à l’annonce d’aujourd’hui, mais qui a été parmi ceux qui ont proposé en premier l’expérience d’intrication, a déclaré : « Les expériences visant à tester la nature de l’espace-temps nécessiteront un effort à grande échelle, mais elles sont d’une importance énorme du point de vue de la compréhension des lois fondamentales de la nature. Je crois que ces expériences sont à portée de main – ces choses sont difficiles à prévoir, mais peut-être connaîtrons-nous la réponse dans les 20 prochaines années (sic). »

Cette vérification expérimentale de la nature classique de l’espace-temps en accord avec mon hypothèse permettra de confirmer la compatibilité de mon autre hypothèse aussi fondamentale que le temps est un propre de l’être humain ce qui implique qu’il est discret à cause du ‘Temps Propre du Sujet’ pensant : ‘TpS’ ou encore τs avec un ordre de grandeur de 10^{-26 ; -27}s (voir mon premier article sur ce sujet posté le 02/11/2012). Ce ‘TpS’ correspond à la scansion de l’horloge primordiale qui égrène le temps au sein de notre univers qu’astrophysiciens et cosmologistes ne cessent d’investir et de prospecter car selon mon point de vue : « L’Être humain est une Réalité de/dans l’univers ». Là encore cette scansion primordiale du temps est accessible à la confirmation expérimentale comme je le rappelle encore dans le tout récent article du 21/10/2023. Mes deux hypothèses sont parfaitement compatibles car il est évident que ce qui est discret à des petites échelles n’est pas automatiquement quantique bien que la réciproque institue cette corrélation.

L’article cité ci-dessus est accompagné par un autre article publié le même jour par Thomas Galley membre de l’Institut d’Optiques Quantiques et d’Information Quantique (IQOQI) de Vienne, Institut d’excellence selon mon appréciation. L’article s’intitule : « Il se pourrait qu’il n’y ait pas, après tout, de gravité quantique »

Th. Galley analyse avec perspicacité le travail de Jonathan Oppenheim et constate : « Il laisse la gravité en tant que théorie classique et la couple à la théorie quantique par l’intermédiaire d’un mécanisme probabiliste. Une telle stratégiste hybride était traditionnellement considérée comme un faux-départ (non starter) car cela conduisait systématiquement à des inconsistances. Oppenheim évite ces pièges, mais au prix d’avoir à insérer des probabilités – « coup de dés » – dans l’évolution de l’espace-temps. De futures expériences pourraient tester la viabilité de cette approche en sondant si la gravité est quantique.

Au cours des 70 dernières années, l’un des problèmes les plus importants de la physique fondamentale a été de réconcilier la physique quantique avec la relativité générale. Il y a deux stratégies pour cette unification : soit quantifier la gravité, soit trouver un moyen d’insérer de la matière quantique dans un référentiel de la gravitation classique (sic). La première est clairement privilégiée, mais aucune des propositions de gravité quantique n’a encore été confirmée expérimentalement. Cela semble laisser une ouverture pour l’autre stratégie, mais les théoriciens ont montré – à travers des théorèmes ci nommés de ‘non-go’ – que le couplage de la matière quantique à la gravité classique conduit à des incohérences, telles que des violations du célèbre principe d’incertitude d’Heisenberg. En effet, le modèle le plus connu de ce couplage quantique-classique, l’équation d’Einstein semi-classique, souffre des incohérences prédites par ces théorèmes de ‘non-go’.

Avec sa nouvelle approche, Oppenheim contourne les barrières des théorèmes de ‘non-go’ en abandonnant l’une de leurs hypothèses sous-jacentes : que le couplage entre la gravité classique et la matière quantique est réversible. Néanmoins, toutes les théories n’ont pas besoin d’être réversibles, elles peuvent être aussi stochastiques.

Oppenheim développe une théorie stochastique qui relie en deux approches statistiques séparées, la partie quantique et la partie classique du système. Le couplage stochastique d’Oppenheim ne mélange pas les caractéristiques quantiques et classiques : il préserve la nature de chacun des systèmes. Par exemple, le couplage assure qu’il n’y a pas la violation du principe d’incertitude d’un système quantique, ainsi qu’il n’y a pas transmission d’un signal qui soit plus rapide que celui relatif à la vitesse de la lumière dans le référentiel classique.

Ce qui suit pour cette nouvelle théorie de la matière quantique et de la gravité classique sérieusement élaborée c’est de la soumettre à des données expérimentales. Comme indiqué des équipes de physiciens expérimentateurs sont déjà à l’œuvre pour essayer d’améliorer leurs fondements afin de mener à bien ces expériences. Affaire à suivre avec beaucoup d’intérêt pour ma part. Avec beaucoup d’intérêt, en effet, car c’est l’ensemble de mes hypothèses qui pourrait être validé :

1 La plus englobante de ces hypothèses : « L’Être humain est une Réalité de/dans l’univers » ;

2 En conséquence, j’en déduis que ‘TpS’ correspond à la scansion de l’horloge primordiale qui égrène le temps au sein de notre univers ;

3 J’estime ‘TpS’ ou encore τs ayant un ordre de grandeur de 10^{-26 ; -27}s ;  

4 En conséquence l’espace-temps que j’infère est indépendant du formalisme mathématique de la théorie quantique.