Le temps de Planck

[voicie]

Bonjour

Récemment, The European Physical Journal C. a publié un recherche dans lequel Mir Faizal, physicien à l'Université de Waterloo, et ses homologues annoncent que la plus petite mesure temporelle peut être plusieurs fois inférieure au temps de Planck.

En plus, les physiciens ont démontré que l'existence de cette mesure bouleverse les équations de base qui fonctionnent actuellement en mécanique quantique. Ces modifications nous poussent à réinterpréter la définition du temps.

Est ce vrai ?

Qu'est ce que cela peut changer a la physique moderne.

Merci
-----

[Deedee81]

Salut,

Je ne connaissais pas. J'ai fait quelques recherches pour vérifier et ce que je peux en dire est :
- c'est sérieux
- c'est amha spéculatif

A lire, par exemple :
http://phys.org/news/2016-02-physici...hilosophy.html

[coussin]

[…] - c'est amha spéculatif […]

Oui, ce n'est qu'une proposition théorique. Qui plus est , difficile à confirmer ou infirmer expérimentalement.
Un peu comme la théorie des cordes quoi

[Deedee81]

Un peu comme la théorie des cordes quoi

Pas "un peu", mais "tout à fait"

[A voir en vidéo sur Futura]

[voicie]

Bonjour

Merci pour vos réponses !

[mmanu_F]

Oui, ce n'est qu'une proposition théorique. Qui plus est , difficile à confirmer ou infirmer expérimentalement.
Un peu comme la théorie des cordes quoi

Pas "un peu", mais "tout à fait"

ça tombe bien, il me reste "pas du tout".

[Amanuensis]

Oui, ce n'est qu'une proposition théorique. Qui plus est , difficile à confirmer ou infirmer expérimentalement.

D'un autre côté, l'idée inverse, qu'on voit partout dans la (mauvaise) vulgarisation, l'idée que la durée de Planck serait une limite, n'est même pas une proposition théorique, et au moins aussi difficile à confirmer ou infirmer expérimentalement. (En fait plus facile à réfuter que l'autre...)

La limite donnée par la PhyQ porte sur l'action, pas sur la durée, l'énergie, la longueur, et autres. Une durée inférieure au temps de Planck n'a pas de sens "dans l'absolu", faut la combiner avec une énergie, et arriver ensuite à quelque chose qui implique la gravitation, pour parler du franchissement d'une limite.

Difficile d'imaginer comment cela arriverait à une loi générale ne portant que sur les durées.

[voicie]

Bonjour

Pourtant l'action se situe même en l'absence de toute matière, le vide possède une énergie de point zéro, fluctuante, d'autant plus grande que le volume considéré est petit.

Donc un flux de pression quantique qui ne va pas a l'encontre d'un temps de Planck plus petit que celui que l'ont connais.

Enfin je m'avance un peut la !

[Amanuensis]

La définition de la durée de Planck implique la constante G. Je ne vois pas comment la physique quantique seule pourrait montrer quoi que ce soit à propos de cette durée. (Il me semble que trouver comment serait une avancée majeure!)

[Deedee81]

Salut,

Plusieurs arguments heuristiques assez solides (*), ainsi que théoriques (par exemple la gravité quantique à boucles), montrent que la longueur de Planck (/c = temps de Planck) est quelque chose d'assez particulier. Ce serait une limite fondamentale (pas de longueur plus petite). Et effectivement les fluctuations quantiques devraient donner des trous noirs lorsqu'on atteint cette limite.

Mais vous aurez remarqué le conditionnel

Personne ne sait réellement si :
- la densité d'énergie des fluctuations quantiques influence la gravité (cela revient grossièrement à ajouter à l'équation d'Einstein un terme <Tuv> où le Tuv est ici celui des fluctuations du vide). On trouve cette idée en gravité quantique semi-classique par exemple. Mais les problèmes (**) de cette approche laissent planer de sérieux doutes sur la validité. Peut-être est-ce juste des problèmes "techniques" mais on n'en sait rien !
- si la gravité se comporte comme le décrit la relativité générale à cette échelle

On est dans un brouillard (de Planck ) qui ne pourra être levé que par l'expérience (sans doute pas pour tout de suite).

C'est pour ça que je trouve que les affirmations des théoriciens dans ce domaine (pas seulement sur cette actu) un peu trop sûres. Optimisme ? Enthousiasme ? Passion pour son domaine ? Je ne sais pas, mais ça induit souvent en erreur (***) le profane lecteur de vulgarisation qui ne peut pas distinguer une affirmation fondée d'une affirmation abusive.

(*) Je conseille la lecture de http://arxiv.org/abs/hep-th/0505144 fort intéressant
(**) les grandeurs doivent être renormalisées ce qui conduit à des inconnues dans les équations. J'ai aussi essayé de résoudre le cas de l'évaporation des trous noirs avec un solveur symbolique (à la main c'était un cauchemar EDIT même avec un solveur ce fut galère) et les équations données dans le livre de Birrel et Davies sur la théorie quantique des champs en espace-temps courbe. Il n'est pas exclu que j'aie commis une erreur, mais je suis arrivé à un résultat absurde : pas de solution aux équations (quelles que soient les grandeurs issues de la renormalisation). Ted Jacobson a aussi montré dans un article que les fluctuations de l'énergie du vide ne pouvaient jamais être ignorées. La moyenne ne suffit pas. Ce qui jette le discrédit sur toute cette approche (et explique peut-être mon échec). Bref, on n'est pas sorti de l'auberge danoise (Planck n'était pas espagnol )
(***) simple constat sur les forums, même si l'échantillon n'est peut-être pas représentatif.

[mmanu_F]

Bref, on n'est pas sorti de l'auberge danoise (Planck n'était pas espagnol )

Planck n'était pas danois non plus

[Deedee81]

Planck n'était pas danois non plus

Il est né dans le duché de Schleswig qui était danois à sa naissance (après il a été annexé par l'Allemagne).
La situation de ce duché a quelque peu fluctué au dix-neuvième (je viens de le lire dans wikipedia). Encore un coup des fluctuations quantiques

[Amanuensis]

OK, j'avais zappé la référence donnée message #10.

Il y a quand même des étapes que je ne comprends pas suffisamment.

La notion de confinement de l'énergie devrait s'exprimer par un volume, et non par une longueur. Cela amène à des questions sur l'écroulement en trou noir d'une répartition non sphérique ("nonspherical gravitationnal collapse"), et c'est le sujet de la première référence de l'article cité "K. S. Thorne,
Nonspherical gravitational collapse: A short review" ; je n'arrive pas à en trouver le texte sur le web.

Quelqu'un l'a-t-il trouvé?
,

[Deedee81]

Quelqu'un l'a-t-il trouvé?

J'ai cherché dans les articles universitaires. Il y en a sur le sujet. Mais celui-là, rien.

[mmanu_F]

Quelqu'un l'a-t-il trouvé?

non plus.

je recommande plutôt le garay comme point de départ (plutôt que le calmet et al de deedee) qui est plus complet, comme point de départ.

[Amanuensis]

je recommande plutôt le garay comme point de départ (plutôt que le calmet et al de deedee) qui est plus complet, comme point de départ.

Je n'ai que survolé pour le moment, effectivement bien plus complet.

Je n'ai pas repéré d'entrée d'endroit qui répondrait à mes questionnements, à savoir pourquoi une longueur plutôt qu'un volume (ou même une surface). Et quand je lis "Due to the existence of a minimum proper interval, the notion of event loses one of its characteristic features: it is no longer an invariant concept", cela me met mal à l'aise. La notion d'intervalle propre entre deux événements n'existe pas, à ce que j'en comprends, il n'y a que la longueur propre d'un chemin. Quel chemin? Je ne sais pas de tête ce qu'on peut faire pour les séparations spatiales, mais pour les séparations temporelles, on peut trouver des chemins entre deux événements données de durée aussi petite que l'on voudra. Une longueur min, mais pas une durée min? Curieux. Et si en plus le concept d'événement n'est plus "invariant", de quoi parle-t-on???

Alors qu'en termes de volume et surtout de 4-volume, on n'a moins ou pas ces problèmes, il me semble. (Par exemple qu'il y ait des chemins de durée propre aussi petite que l'on veut entre événements temporellement séparés n'est plus pertinent.)

Ce qui ramène automatiquement à la sphéricité. Car si la contrainte est sur une puissance >1 des longueurs (par exemple sur l'énergie volumique), alors on peut avoir des cas avec une longueur <<Lp, suffit qu'une autre soit >>Lp.

[mmanu_F]

OK, j'avais zappé la référence donnée message #10.

Il y a quand même des étapes que je ne comprends pas suffisamment.

La notion de confinement de l'énergie devrait s'exprimer par un volume, et non par une longueur. Cela amène à des questions sur l'écroulement en trou noir d'une répartition non sphérique ("nonspherical gravitationnal collapse"), et c'est le sujet de la première référence de l'article cité "K. S. Thorne,
Nonspherical gravitational collapse: A short review" ; je n'arrive pas à en trouver le texte sur le web.

Quelqu'un l'a-t-il trouvé?
,

j'ai trouvé celui là http://articles.adsabs.harvard.edu/c...&filetype=.pdf

[Amanuensis]

Je ne trouve pas de trace de la "hoop conjecture" dans ce texte-là. De fait, le wiki https://en.wikipedia.org/wiki/Hoop_Conjecture donne un autre texte de Thorne comme référence pour cette conjecture, sauf que c'est un livre et pas un article de revue?

Dommage qu'on ne trouve pas le texte donné en référence par l'article de Calmet & al...

Néanmoins, je retiens de tout cela que cette conjecture exprimée par Thorne semble un maillon essentiel pour arriver à Lp comme une "distance minimale".

(Au passage on peut remarquer que Thorne utilise bien le périmètre et non le rayon, ce qui est rassurant...)

[mmanu_F]

Je ne trouve pas de trace de la "hoop conjecture" dans ce texte-là. De fait, le wiki https://en.wikipedia.org/wiki/Hoop_Conjecture donne un autre texte de Thorne comme référence pour cette conjecture, sauf que c'est un livre et pas un article de revue?

Dommage qu'on ne trouve pas le texte donné en référence par l'article de Calmet & al...

Néanmoins, je retiens de tout cela que cette conjecture exprimée par Thorne semble un maillon essentiel pour arriver à Lp comme une "distance minimale".

(Au passage on peut remarquer que Thorne utilise bien le périmètre et non le rayon, ce qui est rassurant...)

essaie gibbons : http://arxiv.org/pdf/0903.1580v1.pdf

[mmanu_F]

Je ne trouve pas de trace de la "hoop conjecture" dans ce texte-là. De fait, le wiki https://en.wikipedia.org/wiki/Hoop_Conjecture donne un autre texte de Thorne comme référence pour cette conjecture, sauf que c'est un livre et pas un article de revue?

Dommage qu'on ne trouve pas le texte donné en référence par l'article de Calmet & al...

Néanmoins, je retiens de tout cela que cette conjecture exprimée par Thorne semble un maillon essentiel pour arriver à Lp comme une "distance minimale".

(Au passage on peut remarquer que Thorne utilise bien le périmètre et non le rayon, ce qui est rassurant...)

https://williewong.wordpress.com/201...c-space-times/ pour une analyse (qui semble très poussée) de la conjecture

[voicie]

Bonjour

Merci pour vos réponses a cette discussion palpitante !

Encore aujourd'hui la gravité et mécanique quantique = un mariage impossible a vérifier.

[Amanuensis]

L'article de Thorne est dans http://bookzz.org/dl/2463922/339a6f

[azizovsky]

Encore aujourd'hui la gravité et mécanique quantique = un mariage impossible a vérifier.

Il faut passer de la courbure à la fonction d'onde ou champ de courbure , du géométrique à l'ondulatoire .

ps: même un atome peut courber l'espace-temps (diffraction...)

[mmanu_F]

L'article de Thorne est dans http://bookzz.org/dl/2463922/339a6f

bien joué. dis-nous si tu y as trouvé ton bonheur.

[mmanu_F]

Je n'ai que survolé pour le moment, effectivement bien plus complet.

Je n'ai pas repéré d'entrée d'endroit qui répondrait à mes questionnements, à savoir pourquoi une longueur plutôt qu'un volume (ou même une surface). Et quand je lis "Due to the existence of a minimum proper interval, the notion of event loses one of its characteristic features: it is no longer an invariant concept", cela me met mal à l'aise.

Salut,

je comprends ton malaise. L'échelle de Planck (longueur/temps/masse) est le point de concours où les effets gravitationnel, quantique, relativiste doivent tous être pris au sérieux simultanément. Ce que l'on finit toujours par constater c'est que cette limite ne peut pas être atteinte de manière cohérente si on essaie de prolonger naîvement nos théories qui décrivaient la physique liée aux trois constantes fondamentales séparément (dans un régime où elles pouvaient être séparée). La relativité générale et la théorie quantique des champs doivent être démontées pour pouvoir recombiner la physique différemment.

L'évaporation des trous noirs (qui est le problème qui est discuté autour de ta citation) est un exemple flagrant de ce constat. Hawking pousse la relativité générale et la théorie quantique des champs dans leurs derniers retranchements. Leur union conduit à un paradoxe, celui de l'information. Si la relativité générale est gardée en l'état, l'information est perdue et la mécanique quantique s'écroule (elle n'est plus unitaire). Si la quantique est préservée, la relativité générale s'éffrite (on perd le principe d'équivalence). La question est toujours d'actualité (avec le paradoxe du mur de feu en 2012) et je ne veux pas m'étendre trop sur le sujet, mais la solution la plus conservatrice (qui préserve le principe d'équivalence et l'unitarité) pointe vers une violation subtile de la localité. Dans le cas discuté ici, ça se traduit par la "relativité" de la notion d'évenement. C'est ce que je comprends par "the notion of event loses one of its characteristic features: it is no longer an invariant concept". Du point de vue de l'observateur qui passe l'horizon la notion d'évenement est toujours donné par les régles quantiques et relativiste (il peut localiser des particules avec une résolution de l'ordre de leur longueur d'onde de Compton). Du point de vue de l'observateur qui est resté à l'infini, les mêmes événements ne peuvent plus du tout être étudié avec la même précision, la résolution maximale est celle du rayon de Schwartzschild du trou noir.

Je me rends compte que c'est exactement ce que raconte Lenny Susskind dans sa conclusion (philosophique) de l'article [80] cité par Garay. Il prend un évenement particulier, celui de la mort de l'observateur qui tombe dans le trou :

Black hole complementarity and its realization in string theory imply profound changes in our current views of matter and space-time. These concepts further erode the classical realism of the Newtonian picture of the universe. They entail a new degree of relativity and observer dependence of reality. The special theory of relativity destroyed the invariant meaning of simultaneity. Quantum theory introduced the idea of incompatible measurements and eliminated the classical concept of a well-defined trajectory. What was left intact is the invariant event, occurring in a well-defined space-time location even if that event can only be predicted statistically. Now, however, even that can no longer be relied upon. Consider, for example, that the destruction of an individual falling into a black hole takes place in a space-time region and in a manner which appears entirely different to observers in free fall and those supported outside the horizon. To those in free fall, the individual easily survives the passage through the horizon but is destroyed by infinite tidal forces much later. The outside observer witnesses death by heat at the stretched horizon. Which is correct? In my view there is no more an answer to this question than to whether two events really are simultaneous or to which of the two paths a photon traveled.
All of this is possible only because matter is not anchored in space-time as in classical or quantum field theory. The more precisely one tries to resolve the location of the constituents of matter, the more they fluctuate to large distances. Probing strings with infinite time resolution reveals that each bit of string fills space out to infinite distances. Only because finite energy implies finite time resolution do we see localized matter.

Comme Lenny le suggère, la théorie des cordes résoud cette difficulté de part sa nature même : les particules ponctuelles ne le sont pas réellement. Cette conséquence s'impose lorsque on prend la quantique et la relativité au sérieux (J'en ai déjà parlé un peu ici). Dans ce cadre la gravitation émerge mais dans une forme (infiniment) plus riche que la relativité générale qui en n'est qu'une limite à basse énergie. Il y a beaucoup de mystère qui se dissolvent quand on prend ce point de départ.

L'autre point de départ possible (celui de la gravitation quantique à boucle) est de prendre au sérieux la quantique et la gravité (sous sa forme einsteinienne), l'espace et le temps apparaissent alors discret et c'est la relativité qu'il faut refaire émerger. J'ai toujours l'impression que c'est cette espace-temps discret et souvent ce que beaucoup imaginent quand ils lisent des assertions du type (toujours dans ta citation) "Due to the existence of a minimum proper interval" mais ce n'est pas une obligation. Pour être encore plus précis, la phrase juste au dessus de ta citation dans le texte de Garay me plait encore moins :

Of course, this could be expected because if Lorentz transformations did not saturate, then highly boosted particles could be used as arbitrary accurate probes, in contradiction with the minimum length uncertainty relation .

Je ne sais pas de quelle relation d'incertitude il veut parler (parce que je m'en fous). Ce que je sais, c'est que 10 ans après, l'expérience ne lui donne pas raison, on observe des photons dont la longueur d'onde originale semble sonder des distance arbitrairement plus petite que la langueur de Planck. Et ça fait réfléchir.

[mmanu_F]

ah oui, j'ai oublié de dire : toute cette histoire de complémentarité va servir de point de départ à une incroyable révolution dans notre compréhension de la gravité quantique. Il va conduire au principe holographique (toujours par Susskind mais aussi par Gerardus 't Hooft) puis à la dualité entre théorie quantique de jauge au bord et théorie quantique de la gravitation à l'intérieur de Juan Maldacena. Et ça fait encore plus réfléchir.

[mmanu_F]

Alors qu'en termes de volume et surtout de 4-volume, on n'a moins ou pas ces problèmes, il me semble. (Par exemple qu'il y ait des chemins de durée propre aussi petite que l'on veut entre événements temporellement séparés n'est plus pertinent.)

Ce qui ramène automatiquement à la sphéricité. Car si la contrainte est sur une puissance >1 des longueurs (par exemple sur l'énergie volumique), alors on peut avoir des cas avec une longueur <<Lp, suffit qu'une autre soit >>Lp.

En ce qui concerne les considérations purement RG (qui ne pourront pas suffir pour comprendre de manière cohérente toute la physique, puisqu'il faut une théorie quantique de la gravitation), as-tu jeté un oeil sur l'explication rapide en terme d'équation d'einstein avec une 4-densité (dans un 4-volume donc) dans le Garay au milieu de l'introduction et les quelques détails donnés dans la section 1 page 4 ? Bon, je sais, tu vas râler que l'on considère toujours un cas sphérique. Mais si tu préfères tu peux regarder les infos de jeudi prochain et tu verras ce qui arrive à un trou noir pas encore stationnaire (c'est à dire pas encore sphérique pour un schwrtzschld) : il émet des ondes gravitationnelles (3 masses solaires selon mes calculs) ! On appelle ça le "ringdown" et les modes quasi-normaux sont un bon outil théorique pour décrire la physique. En passant, les modes quasi-normaux s'incorporent très bien dans la cadre de la théorie des cordes et donnent du fil à retordre à la communauté à boucle. Je dis ça, je dis rien.

[coussin]

Quelle est un exemple de cette prétendue incompatibilité entre gravitation et physique quantique dont j'entends parler sans vraiment comprendre à quoi ça fait référence ?
Parce que d'un côté
- mettre un peu de quantique dans un truc purement RG on sait faire, c'est par exemple les gravitons pour décrire les ondes gravitationnelles.
- mettre un peu de RG dans un truc purement quantique on sait faire, c'est par exemple l'interprétation des expériences d'interférométrie atomiques en termes de différents chemin 4D empruntés par les atomes.

Il me semble qu'on arrive quand même pas mal à combiner les deux théories, non ?

[Nicophil]

Bonjour,

Si la quantique est préservée, la relativité générale s'éffrite (on perd le principe d'équivalence). La question est toujours d'actualité (avec le paradoxe du mur de feu en 2012) et je ne veux pas m'étendre trop sur le sujet, mais la solution la plus conservatrice (qui préserve le principe d'équivalence et l'unitarité) pointe vers une violation subtile de la localité.

Comme dirait Jospin, le principe d'équivalence est "usé, vieilli, fatigué" : qu'il dégage ! place aux jeunes !

[mmanu_F]

Quelle est un exemple de cette prétendue incompatibilité entre gravitation et physique quantique dont j'entends parler sans vraiment comprendre à quoi ça fait référence ?
Parce que d'un côté
- mettre un peu de quantique dans un truc purement RG on sait faire, c'est par exemple les gravitons pour décrire les ondes gravitationnelles.
- mettre un peu de RG dans un truc purement quantique on sait faire, c'est par exemple l'interprétation des expériences d'interférométrie atomiques en termes de différents chemin 4D empruntés par les atomes.

Il me semble qu'on arrive quand même pas mal à combiner les deux théories, non ?

tout à fait, on sait même calculer les corrections quantiques au potentiel de Newton !

c'est à haute énergie que les problèmes arrivent, et plus particulièrement quand on s'approche de l'énergie de Planck.

On peut construire une théorie quantique de champs pour décrire la gravitation (via le graviton dont tu parlais). pour les autres interactions (électromagnétique, faible, forte) quand tu augmentes l'énergie tu te retrouves avec une théorie sans échelle d'énergie/longueur particulière (on appelle ça une théorie conforme), typiquement parce que la masse au repos des particules peut être négligée vis à vis de l'énergie cinétique (que tu viens d'augmenter) et que se sont ces masses au repos qui fixe l'échelle caractéristique de la théorie. Ce n'est pas du tout le cas pour la gravitation et les résponsables sont bien entendu ... les trous noirs qu'on crée inévitablement en augmentant l'énergie : on n'a pas une théorie conforme à haute énergie pour la gravitation.

C'est une manière de voir, qui permet d'éviter de trop rentrer dans les détails de la procédure de renormalisation. Elle a un autre avantage c'est qu'elle permet de comprendre avec les mains, ce qui fait frémir les physiciens depuis 18 ans : la dualité AdS/CFT que j'ai évoqué dans mon message #26. J'en profite donc pour en dire un peu plus.

Je viens de dire qu'on a une théorie quantique des champs décrivant la gravitation (dans un univers à D dimensions) mais elle ne correspond pas à une théorie quantique conforme des champs à haute énergie (toujours dans le même univers à D dimensions) et que de fait, elle n'est pas une bonne théorie de la gravitation, elle n'est pas complète, elle n'est pas cohérente, elle ne décrit pas toute la physique qu'elle devrait décrire. Mais une chose intéressante se passe dans un univers avec une constante cosmologique négative (qu'on appelle AdS pour Anti de Sitter), toute la physique (avec la gravitation quantique) dans cet univers (à D dimensions) peut être encodée dans une théorie conforme des champs (CFT pour Conformal Field Theory) mais pas dans le même univers à D dimensions, mais dans un univers avec une dimension de moins (à D-1 dimensions). On a ainsi une théorie complète, prédictive, quantique de la gravitation mais décrite en terme d'une théorie conforme (et sans gravitation du tout !) et définie à sa "surface" !

Enfin, il est intéressant de constater que dans un univers à 2+1 dimensions, il n'y a aucun problème pour quantifier directement la gravité. J'en parle un peu ici (section: flatland est flat).