salut,
la physique quantique et la relativité ne sont absolument pas en contradiction. Il existe simplement des "domaines d'application" pour lesquels avec notre compréhension actuelle des choses on a des problèmes (or idéalement, on voudrait qu'elles soient compatibles partout).
voici en gros les idées principales:
- la relativité
restreinte (Einstein 1905) repose sur le principe selon lequel les lois de la physique sont les mêmes dans tous les référentiels inertiels se déplaçant à
vitesse constante les uns par rapport aux autres et également (ajout très important) sur le postulat selon lequel
la vitesse de la lumière dans le vide est une grandeur dont la valeur ne dépend pas du référentiel. Si tu regardes cela comme ça, tu vois que c'est "juste un peu plus que" la relativité de Galilée: tous les référentiels inertiels - nommés aussi galiléens ou lorentziens - sont équivalents, ce que Galilée a exprimé sous la forme "le mouvement n'est comme rien". Il voulait dire par là que la vitesse absolue n'a pas de sens, seule la vitesse relative en a un. Concrètement: quand tu es dans un train qui roule à vitesse constante, tu ne peux pas dire si c'est lui qui roule ou l'univers qui bouge. L'exemple le plus flagrant étant lorsque ton train est en gare et roule lentement à côté d'un autre train: je suis presque certain que si une telle situation t'est déjà arrivée, tu t'es demandé si ton train avançait ou si c'était l'autre. La seule différence est qu'Einstein dit "mais le statut de la lumière est différent". Cette simple phrase implique le besoin de renoncer aux notions de temps absolu et de simultanéité bien définie. Mais les effets de la relativité sont importants seulement pour les
vitesses proches de celle de la lumière dans le vide (qui dans cette théorie devient une borne maximale pour les vitesses de particules matérielles).
- la physique quantique repose grossièrement sur le principe selon lequel
tu ne peux pas "observer" une particule sans interagir avec elle et donc la perturber dans son évolution. L'idée est que pour voir un objet, tu dois au moins l'éclairer (s'il n'émet pas de lumière par lui-même). Or, ce faisant, tu le perturbes car tu "lui tapes dessus avec de la lumière" (ou autre chose). Si ton objet est assez gros, la perturbation est négligeable et la physique non-quantique suffit. Mais si le truc que tu veux regarder est "de la même taille" que la lumière que tu utilises, ça revient à être dans le noir et à utiliser des ballons pour trouver (grâce au bruit émis lors de la collision) un autre ballon: quand celui que tu lances touchera celui que tu cherches, celui-ci va aussitôt bouger pour aller ailleurs et tu n'en sauras pas beaucoup plus qu'avant (mais un peu quand même: tu sauras où il était). Cette description est un peu simpliste et néglige des problèmes fondamentaux (c'est une description qui autorise les théories à variables cachées alors que l'on sait par ailleurs que la physique quantique et l'expérience d'Aspect les excluent), mais elle permet de "déduire" les conséquences principales:
tu perds la notion de déterminisme et dois donc recourir à une théorie probabiliste où les notions de trajectoires et de vitesse sont désuettes. C'est la physique quantique (qui implique en fait également aussi que les particules sont des objets qui sont ni onde ni corpuscule, mais plutôt un mélange des deux qui nous présente un visage différent selon la façon dont on les regarde) qui a été très bien testée mais est
nécessaire surtout pour les "petites distances", c'est-à-dire les échelles atomiques ou inférieures.
- lorsque l'on essaie de mettre ensemble les deux choses précédentes (la relativité restreinte et la physique quantique), on arrive à diverses choses, la première d'entre elles étant l'équation de Dirac (équivalent relativiste de l'équation de Schroedinger) qui prévoit innocemment l'existence du spin et de l'antimatière...
l'étape suivante (qui marche très bien aussi) est celle où l'on cherche une description à la fois quantique et relativiste de l'électromagnétisme (et pas seulement de la matière comme avec l'équation de Dirac). Ca te donne l'électrodynamique quantique (une théorie reposant sur la théorie quantique des champs) que l'on vérifie et utilise quotidiennement en physique des particules.
- parallèlement au développement de la physique quantique, Einstein travaillait de son côté sur une description relativiste de la gravitation. L'électromagnétisme de Maxwell était en effet relativiste (au sens restreint que je vais expliquer en-dessous) dès sa "découverte" alors que la théorie de Newton de la gravitation ne l'était pas. Mais réfléchissant au moyen de formuler une théorie relativiste de la gravitation, Einstein a vu que cela se faisait assez facilement en élargissant le cadre de sa relativité formulée en 1905: en effet, cette dernière s'appliquait aux référentiels qui se déplacent à vitesse contante les uns par rapport aux autres, mais elle était incapable de traiter les référentiels accélérés. Or, par une "expérience de pensée" (spécialitée personnelle du gars en question
) Einstein compris que l'un des postulats de base de la physique dans les référentiels accélérés devait être que l'on ne peut pas
localement faire la différence entre un champ de gravitation et une accélération: c'est la fameuse histoire de la comparaison entre l'ascenseur (immobile dans un champ de gravitation) et la fusée (en accélération). Mais Einstein compris également que ce postulat et la prise en compte de sa relativité restreinte (qui ne parlait que des référentiels à vitesses constantes) qui rejetait la notion de temps absolu le "mixant" avec l'espace (pour donner l'espace-temps, un truc figé) impliquait que l'espace-temps ne devait plus être vu comme un truc donné une fois pour toutes, mais plutôt comme une sorte de réceptacle dont la forme dépend du contenu:
"la matière courbe l'espace-temps et en retour celui-ci dit à la première comment elle doit bouger" (pseudo traduction d'une phrase du physicien Américian Wheeler résumant la relativité générale, théorie à laquelle Einstein a ainsi abouti).
- avec tout cela, on arrive à la situation suivante:
1)
aux échelles atomiques, on décrit la matière et les interactions qui agissent sur elle comme des champs quantiques aux propriétés absolument pas déterministes, mais dans un espace-temps qui est celui de la relativité restreinte: un truc
plat donné une fois pour toutes et figé;
2) lorsque l'on traite la gravitation là où son intensité est importante (près d'objets astrophysiques très denses et massifs par exemple), la description relativiste s'impose et elle passe par le renoncement à l'idée d'un espace-temps donné pour aboutir à "l'utilisation" d'un espace-temps
courbe aux propriétés changeantes, mais
en gardant le déterminisme.
mais si on regarde un peu tout ça de plus près, on s'aperçoit que si on s'intéresse à des échelles de distance de plus en plus petites, il arrive un moment (ce que l'on appelle l'échelle de Planck qui vaut en gros 10^-33 cm) où il devient nécessaire de prendre en compte les deux trucs en même temps. Et c'est là qu'on a des problèmes... on a du mal tant du point de vue conceptuel (il faut "au moins" trouver une description probabiliste de l'espace-temps) que du point de vue technique: d'habitude on a des méthodes qui marchent très bien pour obtenir une théorie quantique partant de la version classique de cette même théorie, mais dans le cas de la gravitation, ça donne plein de trucs infinis pas gentils (ils s'accumulent au lieu de se compenser
).
à l'heure actuelle, on a quand même quelques pistes:
- en faisant de la théorie quantique des champs (de manière linéaire) dans un espace-temps courbe (mais fixé), on a eu des premières idées de ce qui peut se produire par la suite: c'est ainsi qu'Hawking a prédit le rayonnement des trous noirs qui porte son nom;
- la théorie des (super-)cordes est l'un des candidats pour avoir une description quantique de la gravitation relativiste (et de toutes les autres interactions). Mais même dans la version "approximative" dont on dispose actuellement, c'est une théorie extrèmement complexe et on n'est sûr ni de sa validité (elle ne permet pas de donner des prédictions facilement vérifiables expérimentalement) ni du fait qu'elle ne repose pas sur un postulat faux (on y suppose que les objets fondamentaux ne sont pas des particules ponctuelles, au sens quantique, mais des sortes de cordes quantiques). Il existe d'ailleurs d'autres théories de la gravitation quantique reposant sur d'autres approches. Chacune a ses qualités et ses défauts, la question est loin d'être tranchée.
j'espère t'avoir éclairé un peu sans avoir été trop technique... mais si tu veux plus d'éléments de réponses ou des détails sur certains points, il existe un
dossier sur la physique quantique et divers fils sur la relativité dans ce forum (et peut-être un dossier sur la relativité, mais j'arrive plus à le trouver
)
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