Est-il nécessaire d'unifier relativité générale et mécanique quantique ?

[gatsu]

Amis de la quantique, bonjour

On lit un peu partout que la physique fondamentale butte sur ce problème d'unification, essentiellement à cause de la gravitation, seule des quatre forces à échapper à la description quantique et à son mécanisme d'échange de bosons virtuels pour expliquer la force.

Mais, la relativité explique que la gravitation n'est en fait qu'une déformation de l'espace temps créée par la masse ou l'énergie, non ?

Donc, la gravitation n'est pas une force en elle même, mais un leurre créé par cette déformation (?).

Ainsi, la relativité générale explique l'espace temps et la gravitation,
et la quantique, les particules et les trois autres forces fondamentales.
Pas d'opposition là dedans mais une simple complémentarité, non ?

je sais, c'est encore une question naïve, mais je ne peux m'empêcher de revenir aux fondamentaux

Salut,

Je pense personnellement qu'il y a un problème de coherence et que c'est celui la qui est a régler indépendamment des systèmes que l'on souhaite étudier.

En théorie générale de la relativité, la courbure de l'espace-temps satisfait une equation différentielle dont la source (au sens de source de courbure) est le tenseur énergie-impulsion de la "matière" dans le système.

Hors, autant que l'on sache, la matière est le mieux décrit par la théorie quantique des champs et le tenseur énergie-impulsion est en fait un opérateur hermitien dont les valeurs mesurables ne sont que ses valeurs propres.

Avoir une equation dont le membre de gauche est déterministe et "classique" et dont le membre de droite devrait normalement être décrit par un opérateur quantique (agissant alors sur un état quantique) me semble être un problème manifeste de coherence.

Il ne s'agit pas que de se demander ce qu'il se passe au big bang ou dans un trou noir; si je veux savoir comment se comporte la matière (qui est la mieux décrite par la TQC), je dois avoir également une théorie qui me dise comment cette matière dont toutes les observables physiques sont quantiques retro-agit sur l'espace-temps.

Rester avec les deux comme ca, c'est un peu comme si, lorsque les gens ont développé la mécanique quantique, ils avaient admit que les particules matérielles suivaient les règles de la mécanique quantique et qu'on pouvait comprendre le comportement quantique de particules chargées dans un champ EM extérieur mais ou a l'inverse on n'aurait pas considéré tout de suite le fait que ces particules quantiques devaient aussi être des sources pour les champs EM et qu'on imaginait que ce champ EM devait rester "classique". Cela me semble personnellement incoherent.
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[Christian Arnaud]

Salut,

Je pense personnellement qu'il y a un problème de coherence et que c'est celui la qui est a régler indépendamment des systèmes que l'on souhaite étudier.

En théorie générale de la relativité, la courbure de l'espace-temps satisfait une equation différentielle dont la source (au sens de source de courbure) est le tenseur énergie-impulsion de la "matière" dans le système.

Hors, autant que l'on sache, la matière est le mieux décrit par la théorie quantique des champs et le tenseur énergie-impulsion est en fait un opérateur hermitien dont les valeurs mesurables ne sont que ses valeurs propres.

Avoir une equation dont le membre de gauche est déterministe et "classique" et dont le membre de droite devrait normalement être décrit par un opérateur quantique (agissant alors sur un état quantique) me semble être un problème manifeste de coherence.

Il ne s'agit pas que de se demander ce qu'il se passe au big bang ou dans un trou noir; si je veux savoir comment se comporte la matière (qui est la mieux décrite par la TQC), je dois avoir également une théorie qui me dise comment cette matière dont toutes les observables physiques sont quantiques retro-agit sur l'espace-temps.

Rester avec les deux comme ca, c'est un peu comme si, lorsque les gens ont développé la mécanique quantique, ils avaient admit que les particules matérielles suivaient les règles de la mécanique quantique et qu'on pouvait comprendre le comportement quantique de particules chargées dans un champ EM extérieur mais ou a l'inverse on n'aurait pas considéré tout de suite le fait que ces particules quantiques devaient aussi être des sources pour les champs EM et qu'on imaginait que ce champ EM devait rester "classique". Cela me semble personnellement incoherent.

Bonjour , british Gatsu

Eh, oui, à chacun ses points de blocage et d'interrogation

Malheureusement, je n'ai pas le niveau nécessaire pour argumenter de manière consistante avec ton propos, bien que j'en comprenne les traits majeurs

Vivement une nouvelle approche

@

[coussin]

On en revient aux domaines d'application des différentes théories : faut-il utiliser la mécanique quantique pour décrire le tenseur énergie-impulsion d'une galaxie ?

[nlm.nlm]

je vous pose cette question : la certitude des mathématiques est elle suffisante pour décrire la réalité ?

Ne cessons nous pas de passer "à coté" du réel ?

Néanmoins :

L'unification des deux infinis est une quête nécessaire pour rendre cohérent l'intuition a priori d'un univers aujourd'hui en expansion.

Le déterminisme peut naître de l'indéterminé et du probabiliste ( voir la thermodynamique par ex), je ne vois pas de contradiction dans une équation à mettre des termes quantiques d'un côté et relativistes généralisés de l'autre à condition d'avoir pour les premiers une convergence reposant sur un grand nombre de propriétés.

[gatsu]

On en revient aux domaines d'application des différentes théories : faut-il utiliser la mécanique quantique pour décrire le tenseur énergie-impulsion d'une galaxie ?

La RG ne se limite pas à l'astrophysique et la cosmologie que je sache. Ce sont peut être les domaines d'application fréquents mais pas les domaines de validité. Je pense que cette objection est valable pour les applications mais pas d'un point de vue fondamental. Il manquerait plus que ça que la théorie la plus fiable que l'on est de l'espace et du temps ne marche "qu'en astrophysique mais pas ailleurs ".

[Deedee81]

Salut,

je vous pose cette question : la certitude des mathématiques est elle suffisante pour décrire la réalité ?

On n'en sait rien. Si ce n'est que jusqu'ici ça a bien marché

[nlm.nlm]

Si ce n'est que jusqu'ici ça a bien marché

Salut deedee , tu fais des tautologies maintenant ?

[Amanuensis]

Bof... Une réponse vide à une question vide, ce n'est pas faire des tautologies, juste du tennis verbal.

[Deedee81]

Salut deedee , tu fais des tautologies maintenant ?

Ce n'est pas une tautologie.

Je dit juste que la physique s'est construite (depuis Galilée) sur l'hypothèse que la physique pouvait être mathématisée. Et en suivant : physique théorique -> physique appliquée -> applications industrielles et commerciales, force est de constater que les succès sont innombrables.

C'est un constat, pas une tautologie.

Je suis par contre incapable de dire si tout (même en se limitant à la physique fondamentale) peut se modéliser à l'aide d'outils mathématiques. Mon opinion est que oui, mais je ne peux pas le démontrer.

Mais je n'ai pas tout relevé dans ton message. Par exemple, tu dis :

L'unification des deux infinis est une quête nécessaire pour rendre cohérent l'intuition a priori d'un univers aujourd'hui en expansion.

Donc, pour toi, l'univers en expansion est un une intuition a priori. Hors c'est totalement faux. Ce n'est pas une intuition (au contraire, l'intuition inverse a fait faire une gaffe à Einstein qu'il a lui même qualifié de "la plus grande erreur de ma vie"). C'est un constat. Et bien entendu la modélisation (la physique) doit suivre ce constat puisque l'on modélise l'univers qui nous entoure et non un univers imaginaire.

[coussin]

La RG ne se limite pas à l'astrophysique et la cosmologie que je sache. Ce sont peut être les domaines d'application fréquents mais pas les domaines de validité. Je pense que cette objection est valable pour les applications mais pas d'un point de vue fondamental. Il manquerait plus que ça que la théorie la plus fiable que l'on est de l'espace et du temps ne marche "qu'en astrophysique mais pas ailleurs ".

Vous avez raison.
Je pense, pour ma part, qu'il est :
- ridicule de vouloir résoudre les équations d'Einstein pour décrire l'atome d'hydrogène et
- ridicule de chercher des effets de cohérences quantiques dans la dynamique d'une galaxie.
C'est en ce sens que je réponds par la négative à la question du présent fil de discussion. Mais ce n'est que mon avis…
Des recherches se font "à la limite", je pense notamment à l'étude des phénomènes de décohérence pour des "petits" objets tel que la Lune. Ce sont des recherches intéressantes mais pour moi anecdotiques vus les temps de cohérence epsilonesques trouvés.

[Deedee81]

Salut,

Je pense, pour ma part, qu'il est :
- ridicule de vouloir résoudre les équations d'Einstein pour décrire l'atome d'hydrogène et
- ridicule de chercher des effets de cohérences quantiques dans la dynamique d'une galaxie.

Tu as tout à fait raison.

Et même plus encore : il est absurde d'utiliser la relativité générale pour calculer la trajectoire d'un objet lancé avec une catapulte. Même si ça marche parfaitement.
(tandis que pour l'hydrogène ça ne marche pas. Pour la MQ et la dynamique d'une galaxie c'est probablement correct sauf que cela n'a guère de sens vu la décohérence quantique).

La gravité quantique et donc les théories unifiées incluant la gravitation n'ont d'intérêt que dans des situations extrêmes où à la fois la RG et la MQ sont incontournables (avec des effets liés). Par exemple, le début de l'univers ou le centre d'un trou noir.
Avec la contrainte que dans le situations que l'on vient de citer, cette "nouvelle théorie" doit se ramener aux théories déjà connues avec les approximations appropriées.

Tout ceci en dehors aussi, bien entendu, du simple plaisir de chercher et trouver

[Mct92mct]

Pouvez-vous citer, à l'heure actuelle, un phénomène physique inexpliqué ? Il n'y en a qu'un qui me vient : la matière noire...

Un détail... aux dernières nouvelles 80% de l'histoire...

[Mct92mct]

je m'excuse de la réponse précédente, j'ai répondu spontanément à un message de la première page, sans me rendre compte qu'il y avait 3 pages fort intéressantes de réponses après ce message.
Cordialement

[nlm.nlm]

sur l'hypothèse que la physique pouvait être mathématisée

c'est la "nature" pas la physique qui peut être compris par les mathématiques ...

Expliquer que les maths marchent bien pour décrire la réalité quand on se pose justement cette question ... t'appelle ça un constat ? ah bon. Pour moi c'est une tautologie presqu'une totologie.

Comment sais tu que l'univers est en expansion ? Grâce aux tenseurs de la RG. La preuve est donc apodictique (l'expérience ne sert qu'à cautionner la représentation que nous nous en faisons). Il s'agit bien d'un a priori au sens de Kant comme d'ailleurs tout ce qui provient des mathématiques ( tu as déja vu un triangle en réalité? ben non jamais ... tu as vu comme les autres un concept tracé au crayon sur une feuille de papier - tu n'as vu que sa représentation)

Einstein s'était trompé non pas à cause de son intuition mais de son opinion

Quant à dire que tout est mathématisable ... c'est aussi une opinion mais tu es libre de penser ce que tu veux . N'oublie pas entre autre que les artistes touchent ou décrivent la réalité comme aucun scientifique n'est capable de le faire : mais ceci est un autre débat.

La matière noire a été invoquées pour rendre compte de certaines anomalies dans la distribution de vitesses des étoiles de notre galaxie : hypothèse ontologique

Rien ne dit que la solution ne puisse être législative et qu'il faille reconsidérer la RG ( théorie mond)

Pouvez-vous citer, à l'heure actuelle, un phénomène physique inexpliqué ? Il n'y en a qu'un qui me vient : la matière noire..

- La perte de cohérence des systèmes quantiques
- la supraconductivité
- le moteur de l'expansion de l'univers
- le statut de la lumière
- l'origine de l'oscillation des neutrinos
- etc.

[Christian Arnaud]

c'est la "nature" pas la physique qui peut être compris par les mathématiques ...

Expliquer que les maths marchent bien pour décrire la réalité quand on se pose justement cette question ... t'appelle ça un constat ? ah bon. Pour moi c'est une tautologie presqu'une totologie.

Bon, là on dévie nettement de ma question initiale

=>nlm : si tu veux développer ton questionnement entre nature/physique/réel/mathématiques, ouvre une nlle discussion stp

=> Deedee : peux tu clore la discussion stp (j'ai eu mes réponses, merci)

A bientôt dans d'autres fils

[gatsu]

Tu as tout à fait raison.

je trouve cette affirmation un peu trop condescendante; coussin a au moins l'obligeance de preciser que c'est son opinion (que je peux comprendre) et non pas une vérité absolue.

Et même plus encore : il est absurde d'utiliser la relativité générale pour calculer la trajectoire d'un objet lancé avec une catapulte. Même si ça marche parfaitement.

ce n'est absolument pas le meme problème, il n'y a pas de soucis de coherence (a part dans un trou noir) au sein de la RG quelque soit le système sur lequel on decide de l'appliquer, "gros" ou "petit".

La gravité quantique et donc les théories unifiées incluant la gravitation n'ont d'intérêt que dans des situations extrêmes où à la fois la RG et la MQ sont incontournables (avec des effets liés).

ce n'est pas une question d'intérêt mais de cohérente. L'intérêt est somme toute une notion arbitraire comme ces histoire de "gros" et "petit".

Le problème reste que la meilleure equation que l'on pourrait écrire en RG étendue est F&$ked up parce qu'en gros le membre de droite (tenseur énergie-impulsion) n'est pas du tout le meme type d'objet que le membre de gauche dans l'equation d'Einstein.

Par ailleurs, je ne comprends pas comment ne pas trouver de problème a travailler avec deux theories d'espace-temps distinctes respectivement en théorie quantique des champs et en relativité générale; quelle est la bonne description du temps en MQ ou en général est un problème indépendant des "systèmes d'intérêt".

[Deedee81]

Salut,

c'est la "nature" pas la physique qui peut être compris par les mathématiques ...

J'employais "physique" dans ce sens.

Comment sais tu que l'univers est en expansion ? Grâce aux tenseurs de la RG.........[snip les remarques découlant d'une ignorance du sujet]

Non. Parce qu'on l'observe (*). La physique c'est la paillasse. C'est avant tout des mesures et des observations. Après, les mathématiques n'interviennent que modéliser quantitativement : c'est indispensable, mais ce n'est pas le coeur de la physique.

Evidemment, on peut toujours nier les observations, mais alors on ne fait plus de la physique mais de la métaphysique en pantoufles.

(*) Rappelons qu'on l'observe depuis environ un siècle, c'est archi confirmé, mais qu'en plus l'hypothèse alternative (lumière fatiguée) a été invalidée. On pourra approfondir ce point si nécessaire.

=> Deedee : peux tu clore la discussion stp (j'ai eu mes réponses, merci)

Je vais laisser ouvert vu le nombre d'intervenants. Il pourrait encore y avoir des questions "internes au fil" à régler.

Mais si ça dérappe je fermerai, évidemment (ce qui arrive trop souvent, snif).

[callypso]

[]Salut à tous,

Si on se base sur la théorie du bigbang et de l'atome primitif (voir George Lemaitre), on ne peut pas unir

la mécanique quantique à la théorie de la relativité générale à cause du facteur d'échelle, du taux d'expansion, de la courbure spatiale et de la G constante de la gravitation (voir les 2 équations d'Alexander Friedmann)...

Peut-être que je me trompe allez savoir...!!!

Callypso

[Science sans conscience n'est que ruine de l'âme]

[Murmure-du-vent]

@Coussin

Si il n'y a presque plus de choses incomprises, tu conseillerais plutot à un jeune d'etre ingénieur plutot que de perdre son temps dans la recherche théorique?

[GrisBleu]

L'article est souvent cité, mais je n'arrive pas souvent à voir l'à-propos.

Bonjour

Cet article a ete eclairant pour moi, car il repond (ainsi que quelques autres de Rovelli et autres) a pas mal de question que je m'etais posees dans ma demarche autodidacte (des professeurs y auraient surement repondues)
- La premiere est que pas mal de fois dans mes lectures, le formalisme Hamiltonien ne traite pas t de la meme maniere que x, y et z, meme avec de la RR. Exemple : "A First Course in String Theory" (ch5) ou l'auteur utilise un Lagrangien relativiste, calcule les impulsion px, py et pz, puis en deduit un Hamiltonien (non nul). Je ne comprenais pas pourquoi une impulsion temporelle pt n'etait pas utilisee. De plus quand je le faisais, j'arrivais a un H nul que je ne savais pas interprete
- La seconde est en MQ, l'utilisation d'etat |x> et non |x,t> comme base. Quand je l'ai vu en cours, je ne me suis pas pose de question, mais apres, lorsque je voulais le faire par moi meme, ca ne menait nul part. Puis j'ai vu cet article http://arxiv.org/pdf/gr-qc/0111016.pdf qui detaille le ch V de l'article dont on discute et, encore une fois, des questions que j'avais sur le traitement du temps ont eu une reponse

Par contre, l'apparition a notre echelle du temps tel qu'on le constate (ch VI) est peut etre plus "hypothetique"

A tres bientot

[Amanuensis]

Je ne disais pas que l'article était inintéressant ou non éclairant (je pense le contraire!). Juste que je le voyais souvent cité sans que j'en comprenne l'à-propos.

(Ou, pour être plus précis, que j'avais souvent l'impression que c'était juste le titre, et non son contenu, qui pouvait expliquer qu'il soit cité. Et le titre peut être mal interprété.)

[chaverondier]

Quelle est la bonne description du temps en MQ ou en général est un problème indépendant des "systèmes d'intérêt".

J'ai constaté une certaine tendance, dans tous les milieux et chez à peu près tout le monde, à nier les problèmes ou à les qualifier d'anecdotiques (ou à leur accoler telle ou telle étiquette dévalorisante pour discréditer la question) quand on ne sait pas les résoudre ou quand ils conduisent à des conclusions qu'on n'a pas envie d'entendre (les exemples abondent et sortent largement du domaine de la science).

Concernant le temps en MQ, j'ai été longtemps favorable à une interprétation philosophique réaliste de la mécanique quantique (cf par exemple "La mécanique quantique pour non-physiciens" de Jean Bricmont, http://www.mathematik.uni-muenchen.d...ont-mq1new.pdf) ainsi qu'une interprétation réaliste de l'écoulement irréversible du temps et du principe de causalité.

Une petite réflexion sur le caractère supraluminique et cependant Lorentz invariant de l'effet tunnel m'ont amené à commencer à accepter l'interprétation time symmetric de la physique quantique. Selon moi, il y a en effet invariance de Lorentz de l'effet tunnel et cependant observation physique d'une violation de causalité relativiste (c'est une (sur ?)interprétation très minoritaire. Tant pis). Dans cette interprétation, le principe de causalité n'est pas sauvable par recours à un référentiel quantique privilégié (comme l'ont proposé les Bohm, Scarani, Valentini, Percival, Bricmont et Goldstein par exemple). C'est alors la symétrie T qui prend le dessus. L'effet tunnel prend place sans souci dans l'interprétation time symmetric de la physique quantique (comme d'ailleurs pas mal d'autres effets paradoxaux en dehors de ce cadre). On perd donc le principe de causalité (du moins sous la frontière classique quantique) mais on respecte la symétrie T et l'invariance de Lorentz.

J'ai donc fini par plus ou moins accepter (en tout cas pour l'instant) l'interprétation rétrocausale de la mesure faible ainsi que l'hypothèse du temps thermique proposée par Rovelli, Connes et Martinetti dans Diamonds's Temperature: Unruh effect for bounded trajectories and thermal time hypothesis P. Martinetti, C. Rovelli, Feb 2004, http://arxiv.org/abs/gr-qc/0212074 , dans Von Neumann Algebra Automorphisms and Time-Thermodynamics Relation in General Covariant Quantum Theories, A. Connes, C. Rovelli, Jun 1994 http://arxiv.org/abs/gr-qc/9406019 et dans forget time http://fqxi.org/data/essay-contest-f...velli_Time.pdf

En fait, je ne vois pas comment on pourrait marier une théorie classique (la relativité générale) avec la physique quantique sans recourir à ce qui fait émerger un monde classique : l'entropie propre à une classe d'observateurs, bref la thermodynamique et la redondance de l'information irréversiblement enregistrée dans l'environnement par décohérence (Environment as a Witness: Selective Proliferation of Information and Emergence of Objectivity in a Quantum Universe, Harold Ollivier, David Poulin, Wojciech H. Zurek, Nov 2005 http://arxiv.org/abs/quant-ph/0408125). L'idée de Rovelli : faire émerger la physique classique à partir d'une physique intrinsèquement quantique (la loop quantum gravity) me semble donc être, au plan des principes, une bonne idée (est-ce que sa proposition va finir par marcher techniquement : ça c'est une autre question).

Nota : la décohérence n'est pas intrinsèquement irréversible (son caractère d'évolution hamiltonienne, donc respectueux de la symétrie T, est fréquemment rappelé) mais, selon moi, il n'existe pas plus de phénomène intrinsèquement irréversible que de "réalité" intrinsèquement classique, ni de temps objectif s'écoulant irréversiblement d'un passé objectif vers un futur objectif dans un espace-temps qui serait objectif.

[Christian Arnaud]

ouf !! la discussion est montée d'un cran , là !