Joindre la physique quantique à la physique relativiste...

[mort_khan/Triskaël]

Salut tous,

là, je m'adresse aux initiés de la physique : certains magazines de vulgarisation scientifique, en l'honuer du centenaire de la découverte de la relativité par Einstein et en l'honeur des 50 ans de sa mort, nous ont fait part de 4 théories ou développements scientifiques (dont on a déjà sûrement parlé dans ce forum) qui permetteraient de mettre un terme à l'incompatibilité entre méca quantique et relativité générale : la théorie des cordes, la gravitation quantique à boucles, l'espace à géométrie non commutative et la relativité d'échelle. Je vais tenter d'expliquer succintement à quoi elles correspondent. (Et puis comme ça, si je n'ai pas très bien compris, ça permeteras aux pros de me corriger ! )

La théorie des cordes : toute particules existante (quarks, lepton, boson, etc...) serait en fait une "corde", un "fillament" de longueur infime (10^-34 m) qui, selon son mode de vibration, peut engendrer n'importe quelle particule. Ces cordes vibreraient dans un espace à 11 dimentions (10 d'espace et une de temps). Cette théorie décris (il parait, je n'ai jamais mis le nez dans ses équations !) le comportement des trous noirs (leur évaporation quantique), et intégrerait la supersymétrie (théorie qui associe à toute particule du modèle standard une particule symétrique).

La gravitation quantique à boucles : l'univers ne serait pas infiniement divisible mais finis au contraire. La plus petite distance possible serait de l'ordre de 10^-35 m.

L'espace à géométrie non commutative : la commutativité, c'est dire que le produit a*b = b*a. Donc ici, dans cette théorie, a*b # b*a. C'est une image très simpliste, mais elle explique bien ce qu'est la commutativité. Cette théorie retrouve, parait il, toutes les particules déjà observées et prédites, dont le boson de Higgs. Et intégrerait les quatres interractions fondementales : la gravité, l'électromagnétique, la force faible et la forte.

La relativité d'échelle : ici, l'espace n'est pas fini dans sa division, mais au contraire, il est fractal. Une fractale, en géométrie, c'est une courbe dont on retrouve le motif quelle que soit le "zoom" avec lequel on la regarde. Comme l'est la côte de la Bretagne. Ici, ce serait le cas de l'univers. Et dans cette théorie, relativité et méca quantique ne seraient que des points d'une même théorie, mais vue à deux échelles différentes. Le tout, c'est de retrouver cette théorie.

Maintenant que j'ai expliqué les théories, voilà ce que j'attends de vous : je dois préparer pour des lycéens un expo sur ce thème. Et ils m'ont demandé (allez savoir pourquoi ?) quelle théorie a le plus de crédit parmis le chercheurs qui "trouvent" (ce sont leurs propres mots !), et donc, voilà mon sondage :

Selon vous, laquelle de ces théories pourra mettre un terme aux incompatibilitées entre relativité générale et mécanique quantique ?
Plusieures réponses sont possibles.

Merci pour vos réponses et remarques.

MKT.

[mariposa]

Envoyé par mort_khan/Triskaël

Salut tous,

Selon vous, laquelle de ces théories pourra mettre un terme aux incompatibilitées entre relativité générale et mécanique quantique ?
Plusieures réponses sont possibles.

Merci pour vos réponses et remarques.

MKT.

Pour un exposé à l'adresse des lycéens (et même pour des étudiants en DEA qui ne font pas de la physique théorique) cela me parait d'une ambition démesurée.

En effet pour aborder cette question il faut avoir une certaine compréhension de:

1- MQ
2- La relativité générale
3- Une culture de particules "élémentaires".

A partir de là on peut essayer d'entrevoir ce que sont les contenus chacune de ces spéculations.

Remarques:

1- Il ne s'agit pas forcémment d'imcompatibilité entre MQ et relativité générale. dans la théorie des cordes il s'agit notamment de traduire la relativité générale en termes de particules (les gravitons et gravitinos) sous l'égide de MQ. Dans ce cadre la relativité générale est une approximation basse énergie grande longueur d'onde de la théorie des cordes. Dans la théorie des cordes la MQ n'est en rien modifiée.

2- Gravité en boucles et géométrie commutative peuvent déboucher sur une évolution ou une reconstruction de la MQ.

3- Les ambitions des théories sont différentes certaines s'attaquent au contenu du vide d'autres pas.

4- il existe d'autres démarches que celles que tu cites. En particulier la démarche qui met en parallèle les "équivalences" entre physique des particules élémentaires et physique de la matière condensée. De là il ressort qu'a partir d'une collection de particules complexes (par exemple un boson) on peut faire émerger toutes les autre particules comme particules effectives. Ainsi le photon et l'électron ne serait que des quasi particules émergeant du vide compris comme un matériau. ce type de démarche a gagné du crédit avec tout le travail autour de l'effet Hall quantique fractionnaire.

Pour de donner mon avis c'est cette dernière démarche qui me plait le plus. j'ai cru comprendre que, également, alain Connes et sa géométrie commutative pense ainsi. pour lui on peut faire émarger les particules a partir d'un fermion.

[Rincevent]

Envoyé par mariposa

Pour un exposé à l'adresse des lycéens (et même pour des étudiants en DEA qui ne font pas de la physique théorique) cela me parait d'une ambition démesurée.

entièrement d'accord... la vulgarisation sur des théories incomplètes et spéculatives me semble on ne peut plus dangereuse...

pour aborder cette question il faut avoir une certaine compréhension (...)

voire une compréhension certaine....

ma seule remarque ne sera pas pour dire que telle théorie est "plus estimée", puisque les gens semblent loin d'être d'accord, la Loop Quantum Gravity ou la géométrie non-commutative étant peut-être mieux perçues que les cordes car ne prétendant pas "tout" expliquer (en tous cas c'est le cas auprès des gens qui bossent pas sur les cordes ).

Néanmoins, une chose est sûre : même si un certain magazine a récemment fait sa couverture avec 4 scientifiques impliquées dans ces "théories", aucun physicien théoricien ne croit un seul instant à la dernière que tu mentionnes... les 3 premières sont des tentatives sérieuses, mais la dernière n'est rien d'autre que de la "poésie calculatoire" et il est absurde de la comparer aux autres...

[mort_khan/Triskaël]

Merci pour ces remarques sur lesquelles je vais rebondir :

Envoyé par Mariposa

Pour un exposé à l'adresse des lycéens (et même pour des étudiants en DEA qui ne font pas de la physique théorique) cela me parait d'une ambition démesurée.

En effet pour aborder cette question il faut avoir une certaine compréhension de:

1- MQ
2- La relativité générale
3- Une culture de particules "élémentaires".

A partir de là on peut essayer d'entrevoir ce que sont les contenus chacune de ces spéculations.

Il est évident que je ne ferais pas moon expo à des secondes (encore que lorsque j'ai été pour la première fois en contact avec de la méca quantique j'y étais), mais à des Term S spé physique. D'autant plus que ce que j'essaie de leur expliquer, c'est pas que ces théories peuvent tout résoudre, mais que la recherche de la vérité n'a pas de limites, et qu'il y aura toujours à chercher, même et sûrtout lorsque les théories sont de plus en plus compliquées.

Envoyé par Ricevent

ma seule remarque ne sera pas pour dire que telle théorie est "plus estimée", puisque les gens semblent loin d'être d'accord, la Loop Quantum Gravity ou la géométrie non-commutative étant peut-être mieux perçues que les cordes car ne prétendant pas "tout" expliquer (en tous cas c'est le cas auprès des gens qui bossent pas sur les cordes ).

C'est, d'après les quelques livres que j'ai pu lire, mon sentiment.

Envoyé par Ricevent

Néanmoins, une chose est sûre : même si un certain magazine a récemment fait sa couverture avec 4 scientifiques impliquées dans ces "théories", aucun physicien théoricien ne croit un seul instant à la dernière que tu mentionnes... les 3 premières sont des tentatives sérieuses, mais la dernière n'est rien d'autre que de la "poésie calculatoire" et il est absurde de la comparer aux autres...

Perso, je ne cherche pas à dire que telle ou telle théorie est de la littérature ou de la physique. Mais j'ai lu dans plusieurs magazines des choses sur ces différentes théories, et à près tout, si la relativité d'échelles peut déboucher sur quelque chose de bien, tant mieux.

[Coincoin]

Salut,

Il est évident que je ne ferais pas moon expo à des secondes (encore que lorsque j'ai été pour la première fois en contact avec de la méca quantique j'y étais), mais à des Term S spé physique

Les programmes ont dû changer depuis que j'ai quitté le lycée, parce que pour moi la MQ ça commence en fin de licence et la relativité générale en master... Bref, je ne suis pas contre ce type de vulgarisation, mais il faut bien voir que ce genre de sujet nous dépasse largement, donc je ne pense pas qu'on soit en mesure de juger ces théories alors qu'on en connaît que l'image que l'on peut en donner.
A mon avis, si tu demandes à quelqu'un qui bosse sur une de ces théories si ça va déboucher, il ne sera même pas prêt à parier... Ce que tu demandes nécessite d'avoir une maîtrise de la MQ et de la RG, ainsi qu'un certain recul dessus. Quand je vois que Mariposa et Rincevent, qui connaissent pourtant chacun particulièrement bien un des domaines (ne niez pas ), ne se permettent pas de répondre à ton sondage, je me dis que je n'ai vraiment pas les moyens de donner un avis pour ton sondage.

[mort_khan/Triskaël]

Envoyé par Coincoin

Salut,
Les programmes ont dû changer depuis que j'ai quitté le lycée, parce que pour moi la MQ ça commence en fin de licence et la relativité générale en master...

Ca n'a pas changé. Je l'ai découverte lors d'une confé fait par un jeune enseignant chercheur de l'université de Savoie (qu'il est inutile de nommer... ) sur les rayons cosmiques juste à côté de mon lycée.

Envoyé par Coincoin

Bref, je ne suis pas contre ce type de vulgarisation, mais il faut bien voir que ce genre de sujet nous dépasse largement, donc je ne pense pas qu'on soit en mesure de juger ces théories alors qu'on en connaît que l'image que l'on peut en donner.

Tout à fait d'accord, c'est pourquoi je serais très prudent.

Envoyé par Coincoin

A mon avis, si tu demandes à quelqu'un qui bosse sur une de ces théories si ça va déboucher, il ne sera même pas prêt à parier... Ce que tu demandes nécessite d'avoir une maîtrise de la MQ et de la RG, ainsi qu'un certain recul dessus. Quand je vois que Mariposa et Rincevent, qui connaissent pourtant chacun particulièrement bien un des domaines (ne niez pas ), ne se permettent pas de répondre à ton sondage, je me dis que je n'ai vraiment pas les moyens de donner un avis pour ton sondage.

D'acc. Merci.

[mtheory]

J'ajoute ma petite pierre.
Evidement je pari sur les cordes et je confirme ce qu'a dit Rincevent
sur la théorie de la relativité d'échelle.
Il est intéressant de savoir que la théorie des cordes,ou plutôt son extension la théorie M fait de plus en plus intervenir la géométrie non comutative.
En fait elle serait responsable d'une structure non commutative de l'espace-temps vers l'échelle de Planck.
La LQG pourrait être complémentaire de la TDC/TM.

[Gwyddon]

Aie grillé par mtheory

Je voulais dire la même chose : à mon avis aucune des théories n'est "meilleure" qu'une autre, mais un aspect d'une théorie encore plus vaste

[BioBen]

[MODE Pinaillage?]Moi ca peut paraitre un peu absurde et je ne sais pas si je suis dans le vrai, mais les termes de la question posée ne me conviennent pas.
Pour moi en physique fondamentale on ne cherche pas à joindre deux théories incompatibles, on cherche à en créer une nouvelle dont les deux autres ne sont que des (très bonnes) approximations.

Par exemple on parle souvent de "correction relativiste" par rapport à la mécanique Newtonienne. Moi à mon sens (et j'ai lu quelqu'un qui l'a dit y'a pas longtemps sur le forum aussi) ca n'est pas qu'une corection relativste, c'est une toute autre vision des choses, qui en première approximation retombe parfois sur ce que l'on pensait avant. Dire que le temps ne passe pas de la même manière pour deux observateurs différents, ca n'est pas qu'une "correction relativiste"...ca relève du changement complet de paradigme.
[/MODE Pinaillage?]

entièrement d'accord... la vulgarisation sur des théories incomplètes et spéculatives me semble on ne peut plus dangereuse...

Exact, déja que même les théories "vérifées" sont parfois mal vulgarisées, ca peut très mal tourner pour quelqu'un qui veut vulgariser la théorie dees cordes ! (sauf peutêtre si tu comptes diffuser les épisodes de l'Univers élégant...)

En particulier la démarche qui met en parallèle les "équivalences" entre physique des particules élémentaires et physique de la matière condensée. [...]
Pour de donner mon avis c'est cette dernière démarche qui me plait le plus.

Tu aurais des documents la dessus (j'en avais jamais entendu parler)...

Term S spé physique.

Le fait qu'ils soient en spé physique ne change rien à mes yeux, et puis ils ne sont qu'en Terminale et 99% d'entre eux ne connaissent pas Futura alors !
Tu vas leur vulgariser des théories spéculatives qui tentent de retrouver en première approximation deux théories dont ils ne connaissent rien...
Pourquoi ne pas leur faire simplement un éxposé sur la Relativité ? ou sur la MQ ? Y'a de quoi parler plusieurs centaines d'heures sur chaque théorie.

[mort_khan/Triskaël]

Arrête de me larder de traits ! Rires !

En fait, je leur ai demandé s'ils avaient des questions dont ils voulaient des réponses, et parmis les 10 qui me sont parvenus, il y en a une sur la MQ et la relativité, et comment on peut les faire rejoindre. (Je ne me souviens plus des termes exacts de la question.)

[Sephi]

C'est d'un niveau trop avancé en physique pour être intéressant en Terminale S ...

[mtheory]

Envoyé par Sephi

C'est d'un niveau trop avancé en physique pour être intéressant en Terminale S ...

ça dépend pour qui ,je me souviens d'avoir lu 'Superforce' de Paul Davies et 'La matière -espace-temps' de Spiro Tannoudji en première S.
Bon,c'est vrai que je comprenais pas tout dans le dernier cas mais ça m'a conduit à m'intéresser au principe de moindre action très vite.
Par ailleurs le livre de ST conntenait une large biblio qui m'a fait connaitre l'existence des cours de Feynman et de Landau avant mon entrée à l'Université.

[mort_khan/Triskaël]

Et puis leur prof de spé est partisant du "si ça vous intéresse, même si c'est trop dur pour vous, essayez."

[Sephi]

Le problème, c'est que non seulement c'est dur pour toi, mais ça l'est probablement pour toute la communauté scientifique actuelle

[mtheory]

Envoyé par Sephi

Le problème, c'est que non seulement c'est dur pour toi, mais ça l'est probablement pour toute la communauté scientifique actuelle

Quand tu rentres sérieusement dans les détails ,c'est sûr mais pour prendre un exemple je connais des gens (bons) qui sont docteurs en physique des particules élémentaires et qui ont du mal avec les tenseurs en RG.
Cela ne les empêche pas de parfaitement comprendre les idées essentielles.
Donc racconter deux trois choses sur les problèmes de RG et de MQ ne fait pas de mal ex.
Le rayon de Schwarzschild et la longueur d'onde compton d'une particule sont accessibles à des étudiants de TS.
Dans le cas d'une particule ayant la masse de Planck sa LC est plus grande que son RS,un bon moyen de montrer que la MQ autoriserait des particules à être localisées dans des endroits interdits par la RG.
Numériquement le problème saute aux yeux et c'est rapide/facile.

[Rincevent]

Envoyé par mort_khan/Triskaël

Perso, je ne cherche pas à dire que telle ou telle théorie est de la littérature ou de la physique. Mais j'ai lu dans plusieurs magazines des choses sur ces différentes théories, et à près tout, si la relativité d'échelles peut déboucher sur quelque chose de bien, tant mieux.

je suis d'accord, mais le problème c'est que la relativité d'échelle n'est PAS une théorie. C'est au mieux un poème moderne. La relativité d'échelle ne donne aucune possibilité d'être falsifiée, et à croire son auteur, elle explique tout de la masse de l'électron en passant par les orbites des planètes (solaires ou extra-solaires). Or, quand tu regardes un peu ce qui est supposé être le cadre mathématique derrière la théorie, il n'y a STRICTEMENT rien de solide.

tu entendras souvent parler de la relativité d'échelle dans les magazines de vulgarisation. Mais il n'y a aucun article sérieux sur ce sujet qui a été publié dans une revue de physique théorique (à la rigueur je veux bien croire qu'il y en a eu un par accident mais je l'ai jamais vu). Tous les articles ont été publiés dans des revues d'astrophysique où la plupart du temps les referees ne sont pas très compétents sur les théories sous-jacentes. Mais Nottale est un très bon communicateur et il sait se vendre... je ne vais pas rentrer plus dans les détails, mais je t'assure que je sais de quoi je parle...

Envoyé par mtheory

ça dépend pour qui ,je me souviens d'avoir lu 'Superforce' de Paul Davies et 'La matière -espace-temps' de Spiro Tannoudji en première S.
Bon,c'est vrai que je comprenais pas tout dans le dernier cas mais ça m'a conduit à m'intéresser au principe de moindre action très vite.

sans chercher à te faire gonfler les chevilles, je ne pense pas qu'à l'époque tu étais représentatif de l'étudiant moyen de terminale scientifique...

je n'ai pas lu "superforce", mais pour la "matière-espace-temps" (que je recommande très fortement même s'il n'est pas parmi les livres les plus modernes ni les plus aisés), y'a des trucs que je n'ai réellement compris que plusieurs années après lorsque j'ai eu étudié la théorie quantique des champs en DEA... c'est pas un bouquin trivial... y'a mieux à lire en terminale je crois

[mtheory]

Envoyé par Rincevent

. Mais Nottale est un très bon communicateur et il sait se vendre... je ne vais pas rentrer plus dans les détails, mais je t'assure que je sais de quoi je parle...

Je respecte Nottale et ce qu'il essaye de faire mais j'ai le même jugement sévère sur sa théorie,elle me semble intenable.

sans chercher à te faire gonfler les chevilles, je ne pense pas qu'à l'époque tu étais représentatif de l'étudiant moyen de terminale scientifique...

Je reconnais que j'étais un cas dans mes préoccupations intellectuelles à ce moment là mais il y a toujours des gens qui essayent d'en savoir un peu plus et donc mentionner deux trois choses en guise d'excursion rapide en fin d'année sur ces sujets ne me dérangerait pas.

En fait j'ai dit ça parce que mort_khan/Triskaël avait précisé qu'il avait demandé si ses élèves avaient des questions et qu'au moins un avait demandé quelles théories étaient susceptibles de réconcilier MQ et RG.
Tout à fait d'accord qu'on ne peut/doit pas aller très loin ni être dogmatique à ce sujet.
ça doit rester récréatif et culturel, inutile de l'inscrire dans un programme officiel de TS par ex

je n'ai pas lu "superforce", mais pour la "matière-espace-temps" (que je recommande très fortement même s'il n'est pas parmi les livres les plus modernes ni les plus aisés), y'a des trucs que je n'ai réellement compris que plusieurs années après lorsque j'ai eu étudié la théorie quantique des champs en DEA... c'est pas un bouquin trivial... y'a mieux à lire en terminale je crois

Tout à fait mais à l'époque à part ça j'avais rien d'autres sous la main et les quelques équations qu'il y avait dedans me fascinaient.
Moi aussi je n'ai compris certains truc dedans que bien plus tard, je crois que j'en comprenait qq choses comme 15% seulement mais ça a été un excellent stimulant.
Comme d'habitude ce n'est que mon avis et un témoignage personnel,je ne l'érigerai pas en norme.
Je ne suis intervenu que parce que je suis plutôt adepte de ce qu'a dit mort_khan/Triskaël

Et puis leur prof de spé est partisant du "si ça vous intéresse, même si c'est trop dur pour vous, essayez."

[Rincevent]

Envoyé par mtheory

mentionner deux trois choses en guise d'excursion rapide en fin d'année sur ces sujets ne me dérangerait pas.

je suis d'accord... mais...

Je ne suis intervenu que parce que je suis plutôt adepte de ce qu'a dit mort_khan/Triskaël

je ne peux pas dire que je ne suis pas d'accord étant donné que c'est ce que j'ai moi-même fait, mais j'ai eu une expérience qui m'a fait réaliser les risques qu'il y avait pour certains...

j'ai eu un étudiant de deuxième année qui connaissait plus de trucs que moi (j'ai dit moi, pas toi ) sur les théories de supercordes. Il connaissait par coeur de nombreux théorèmes/résultats et qui les avaient obtenus et quand... très impressionnant... (surtout pour quelqu'un avec une aussi mauvaise mémoire que moi).

Evidemment, il ne maîtrisait pas la background théorique derrière et parfois sa connaissance était "littéraire" et pas "intelligente" (j'ai rien contre les littéraires! ).

En soit, ce n'était évidemment pas problématique: à son âge je "connaissais" moi aussi (via la vulgarisation) pas mal de trucs théoriques sans avoir les connaissances "techniques" qui allaient avec. Mais le hic dans tout ça, c'est qu'au fur et à mesure du temps, j'ai réalisé que cet étudiant (qui avait un certain "sens physique") était passé complètement à côté de pas mal de choses qu'il aurait dû étudier, à force de toujours regarder trop loin... résultat, à l'exam j'ai cru que j'allais le recaler et je ne sais même pas s'il a continué dans la physique après...

bref, tout ça pour dire : regarder à l'horizon pour se motiver, c'est bien. Mais faut pas oublier de regarder où on met les pieds aussi...