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Article. Une théorie « semi-classique » de la gravité. Vers une théorie de la gravité quantique?
Jean-Paul Baquiast 27/09/2017

Les deux piliers de la physique moderne sont la théorie de la gravité, dite aussi einstenienne, et la théorie quantique dite aussi mécanique quantique (MQ). Or l'on sait qu'elle ne sont pas conciliables. La gravité concerne l'univers dit macroscopique, le nôtre et la MQ la physique des plus élémentaires des particules élémentaires.

Ces deux théories sont cependant indispensables à notre compréhension de la nature ultime de l'univers. L'une et l'autre ont trouvé de multiples applications dans la physique quotidienne. Les théoriciens ont essayé depuis des années de les concilier dans une approche dite de la gravité quantique. Mais les résultats en ont été jusqu'ici décevants, aboutissant à des modèles mathématiques si complexes qu'ils étaient pratiquement inutilisables. Faut il citer l'inutilisable Théorie des Cordes (inutilisable sauf pour financer des centaines de chercheurs).

Or un article référencé ci-dessous et publié dans arxiv par Antoine Tilloy le 12/09/2017 propose une nouvelle façon d'obtenir la gravité à partir de la MQ. L'auteur est chercheur (postdoc) au Max Planck Institute of Quantum Optics à Garching en Allemagne. Il a obtenu son PhD à l'Ecole Normale Supérieure de Paris.

Il faut rappeler que le problème de la mesure en MQ, c'est-à-dire la réduction de la fonction d'onde décrivant la particule quantique, suppose l'intervention d'un observateur. Mais qu'est exactement un observateur: un observateur humain ou un événement physique interagissant avec la fonction d'onde? Pour résoudre ce paradoxe,les physiciens Ghirardi, Rimini et Weber avaient proposé dans les années 1980 un modèle dit GRW qui faisait appel à des flashes ou réductions spontanées de la fonction d'onde se produisant au hasard. Il en résultait des mesures de la fonction d'onde sans intervention d'un observateur.

Mais ce modèle n'apportait rien à la théorie de la gravité. Le travail de Tilloy a modifié le modèle GRW pour l'incorporer à cette théorie de la gravité. Selon lui, son hypothèse permettrait de comprendre comment de tels flashes pourraient à tout instant créer des champs gravitationnels et les espace-temps associés. Un système quantique important, doté d'un grand nombre de particules quantiques serait sujet à de nombreux flashes, dont il résulterait un champ gravitationnel newtonien.

Cette façon d'unifier la gravité et la MQ est nommé « semi-classique ». Dans cette approche, la gravité surgit de processus quantiques mais demeure une force classique. La gravité newtonio-einsténienne peut alors être considérée comme une force fondamentale aussi « classique « que l'arrière-plan quantique.

Tilloy reconnait volontiers que les mathématiques déjà fort complexes sur lesquelles repose son hypothèse, devraient être approfondies pour permettre d'obtenir la théorie de la relativité générale d'Einstein. Il pense qu'alors, elle pourrait faire l'objet d'expérimentations testables. Certaines de celles-ci pourraient permettre de comprendre comment la gravité l'échelle de l'atome se comporte différemment de la façon dont elle le fait à de plus grandes échelles.

Autrement dit, si nous interprétons correctement et en la simplifiant beaucoup l'hypothèse de Tilloy, nous pourrions dire qu'elle expliquerait comment dans un monde quantique fondamental, puissent surgir à tous moments et spontanément des « bulles einsténiennes » dotées de temps et d'espace. L'une de ces bulles serait devenue notre univers macroscopique.

Mais à partir de ces bulles, et notamment de notre univers, il serait toujours possible par des procédures appropriées de retrouver le monde quantique fondamental et de faire appel à ses propriétés. Celles-ci auraient été découvertes - ou redécouvertes – sur Terre il y a moins d'un siècle par les pionniers de la mécanique quantique.


Abstract
de l'article de Tilloy référencé https://arxiv.org/abs/1709.03809
(Submitted on 12 Sep 2017)

We introduce a modification of the Ghirardi-Rimini-Weber (GRW) model in which the flashes (or collapse space-time events) source a classical gravitational field. The resulting semi-classical theory of Newtonian gravity preserves the statistical interpretation of quantum states of matter in contrast with mean field approaches. It can be seen as a discrete version of recent proposals of consistent hybrid quantum classical theories. The model seems to be in agreement with known experimental data and introduces new falsifiable predictions: (1) particles do not attract themselves, (2) the 1/r gravitational potential of Newtonian gravity is cut-off at short (?10-7m) distances, and (3) gravity makes spatial superpositions decohere at a rate inversely proportional to that coming from the vanilla GRW model. Together, the last two predictions make the model experimentally falsifiable for all values of its parameters.


Références

* Antoine Tilloy research log https://tilloy.wordpress.com/

* Voir aussi un article de Anil Ananthaswamy dans le NewScientist du 23 septembre 2017, dont nous sommes largement inspirés

Note au 30/09/2017

Alain Cardon, professeur des Universités, nous écrit:

Cette voie est peut-être la bonne. Il ne s’agit plus seulement de trouver des modèles de l’univers prenant en compte le Big-Bang à unifier avec la théorie quantique, en conformité avec l’usage de nouvelles équations aux dérivées partielles qui manipulent les très nombreuses variables des modèles.

Les questions sont : comment, très exactement, peut être créé un univers à partir de quelque chose qui n’est pas l’état infini donné par une équation, qu’est-ce exactement que l’espace, qu’est-ce exactement que le temps, et qu’est-ce que l’organisation de la matière dans cet univers expansif qui n’a rien d’un chaos et qui a développé sur la planète Terre le vivant à partir de particules qui se sont
auto-organisées en multiples organismes coactifs entre eux ?

Pour répondre à ces questions, il faudrait certainement définir un système générant des processus de processus avec un autocontrôle, il faudrait définir ce que serait l’information fondamentale réifiant l’espace, le temps et la matière qui s’auto-organiserait par les méta-processus. Est-ce qu’un jour des chercheurs iront vers la
définition d’une hyper-information fondamentale qui serait l’enveloppe génératrice de l’univers qui serait, lui, la réification réalisée par cette hyper-information ?

Le concept d'information serait à totalement redéfinir, ce qui pose un sérieux problème dans notre monde numérique.

 

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