La gravitation quantique à boucles et Carlo Rovelli

[viiksu]

Sur Jensky la chaîne youtube scientifique de radio-France une interview de Carlo Rovelli postée aujourd'hui ou hier (49mn). Ma dernière conception du temps après moult référence au spécialiste Etienne Klein était celle-ci : le temps est le moteur qui fait que les choses changent. C'est la meilleure définition que j'ai pu trouver sans tautologies. Et bien CR inverse exactement cette proposition : C'est parce que les choses changent (par relations) que le temps émerge. De même la flèche du temps liée à l'entropie croissante, selon CR celle-ci (entropie) est aussi une perspective émergente de notre entendement humain du monde.

C'est intéressant même si la notion de réalité en soi par rapport à la réalité pour soi a déjà été développée par Kant et Bernard D'Espagnat.

Quant à l'équation de Wheeler-De Witt qui sous tend la GQB c'est loin très loin de mon entendement.
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[shub22]

Sur Jensky la chaîne youtube scientifique de radio-France une interview de Carlo Rovelli postée aujourd'hui ou hier (49mn). Ma dernière conception du temps après moult référence au spécialiste Etienne Klein était celle-ci : le temps est le moteur qui fait que les choses changent. C'est la meilleure définition que j'ai pu trouver sans tautologies. Et bien CR inverse exactement cette proposition : C'est parce que les choses changent (par relations) que le temps émerge. De même la flèche du temps liée à l'entropie croissante, selon CR celle-ci (entropie) est aussi une perspective émergente de notre entendement humain du monde.

C'est intéressant même si la notion de réalité en soi par rapport à la réalité pour soi a déjà été développée par Kant et Bernard D'Espagnat.

Quant à l'équation de Wheeler-De Witt qui sous tend la GQB c'est loin très loin de mon entendement.

Ce qui est dommage c'est que ça ne dit pas pourquoi les choses changent!

[viiksu]

Excellente question peut être que le non
changement est le néant.

[Lebleu34]

Sur Jensky la chaîne youtube scientifique de radio-France

Je ne savais pas que c'était la chaîne de radio-France, je pensais que c'était la chaîne d'un particulier qui partageait les dernières émissions (entre autre de radio France) mais aussi différentes conférences...

Au passage, excellente chaîne de vulgarisation de physique, peut-être la meilleure.

J'écoute presque tout ce qu'il partage !... et je ne comprends quasiment rien, vu mon trèèès faible niveau... mais ça me fait tripper !

[A voir en vidéo sur Futura]

[albanxiii]

Ma dernière conception du temps après moult référence au spécialiste Etienne Klein était celle-ci : le temps est le moteur qui fait que les choses changent. C'est la meilleure définition que j'ai pu trouver sans tautologies. Et bien CR inverse exactement cette proposition : C'est parce que les choses changent (par relations) que le temps émerge. De même la flèche du temps liée à l'entropie croissante, selon CR celle-ci (entropie) est aussi une perspective émergente de notre entendement humain du monde.

Comparer un pilleur de textes écrits par d'autres à un scientifique... cherchez l'erreur.

[invite69d38f86]

je suppose bien que le scientifique c est rovelli....
en tout cas je n'ai pas trouvé de vidéo de lui datée de 2018

[Deedee81]

Salut,

Je conseille la lecture du livre Loop Quantum Gravity de Rovelli, dont l'avant-dernière édition est gratuite sur le net.
Une très grosse partie (les trois quart) du livre sont vulgarisés ou techniques mais très faciles à comprendre (au pire après avoir papillonné sur wikipedia pour chercher la signification de certaines choses).
Et il y explique et argumente en profondeur ses conceptions sur le temps, l'importance de certains concepts (les "leçons" de la relativité générale) et sur la manière d'aborder la problématique de la gravité quantique.
J'aime beaucoup.

[viiksu]

Suite à une demande la vidéo (en fait émission de radio avec CR)

//https://www.youtube.com/watch?v=tNF2b5dqKxc

[invite69d38f86]

le lien est erroné essayer celui ci

[invite69d38f86]

le temps classique disparait chez rovelli mais il est remplacé par autre chose, par des probabilités.
prenons deux etats i et f
i etant l'etat initial classiquement i passerait de i a f de facon continue en fonction du temps on aurait i(t)
le changement devient l'amplitude <f | i>
le temps linéaire est remplacé par des probabilités de transitions.

[Deedee81]

le temps linéaire est remplacé par des probabilités de transitions.

Exact. Et des grandeurs physiques faisant office "d'horloge".

[viiksu]

Donc si j'ai bien compris le temps correspondrait à des transitions quantiques aléatoires mais le temps et plutôt linéaire il me semble.

[viiksu]

Exact. Et des grandeurs physiques faisant office "d'horloge".

Tu peux préciser?

[Deedee81]

Donc si j'ai bien compris le temps correspondrait à des transitions quantiques aléatoires mais le temps et plutôt linéaire il me semble.

C'est pour ça qu'en gravité quantique à boucles le temps (et l'espace !) est une quantité émergente. Un peu comme la température (qui est relativement uniforme à l'échelle macroscopique mais qui résulte de fluctuations aléatoires à l'échelle microscopique : l'agitation thermique).

Tu peux préciser?

Rovelli donne un exemple simple dans son livre. Prenons une planète en mouvement orbital elliptique. Habituellement on donne sa trajectoire somme r(t), theta(t) (distance et angle en fonction du temps).
Mais en réalité toute la physique du phénomène est décrite par la relation r(theta), la distance en fonction de l'angle. Et on peut voir le temps comme une variable physique comme une autre t(theta).
(*)

Et c'est d'ailleurs ce qu'on fait quand on mesure le temps avec une horloge : on identifie le temps à la position d'une aiguille, d'un engrenage, d'un poids dans une horloge, ou à une onde électromagnétique associée à la transition hyperfine de l'atome de césium. Quant aux notions typiquement "temporelles" comme la flèche du temps, il s'agit d'une notion macroscopique (l'irréversibilité) d'origine macroscopique/statistique/thermodynamique. Et comme Rovelli le montre bien, les attributs associés au temps dépendent fortement du caractère plus ou moins fondamental de la théorie qui décrit la physique et plus la théorie est fondamentale plus les attributs du temps disparaissent (jusqu'à ce que le concept de temps lui-même perde toute signification).

Rovelli donne dans son livre un joli tableau avec les propriétés du temps ainsi que les différentes théories, c'est très parlant.

Il montre d'ailleurs que le concept de temps en relativité générale est déjà fort sujet à caution, la notion de temps coordonnées n'étant pas directement attribuable à une grandeur physique et définir un temps physique revient toujours à se rapporter à d'autres grandeurs physiques (par exemple, comparer le temps en deux points séparés n'a guère de sens à moins d'un échange, par exemple une onde électromagnétique, et dans ce cas le temps est lié aux propriétés de l'onde électromagnétique).

C'est d'ailleurs ces difficultés avec la relativité générale qui rendent sa quantification canonique difficile la fameuse disparition du temps dans l'équation de Wheeler-DeWitt. Et Rovelli s'attache donc longuement à montrer comment formuler la physique "sans le temps", l'exemple de l'orbite (*) ci-dessus est donné dans cette optique.

[Deedee81]

la fameuse disparition du temps dans l'équation de Wheeler-DeWitt

Quand on effectue la quantification canonique d'une théorie physique (par exemple la mécanique classique avec ce bon vieux Schrödinger) on tombe sur une équation du type :
dérivée partielle par rapport au temps de |état> = H * |état>

H étant l'opérateur hamiltonien correspondant en fait à l'énergie (typiquement l'énergie cinétique avec l'opérateur impulsion plus une énergie potentielle)

Mais en relativité générale On trouve :
0 = H * |état>
(où l'état est ici l'état de l'espace-temps)

Et on peut retracer ça à deux choses pas indépendantes) :
- les variables dynamiques sont encodées dans l'état et l'espace d'états (espace de Hilbert). Mais en relativité générale le temps est une variable dynamique comme une autre, par un paramètre externe !!!!
- En relativité générale, la formulation hamiltonienne donne H = 0 (on parle d'hamiltonien de contrainte), parler de l'énergie de l'univers globalement perd tout son sens (et pour cause, l'énergie est la quantité conservée associée à l'invariance par translation temporelle, merci Madame Noether, mais quand on parle de l'espace-temps pris globalement, elle est où l'invariance par translation ????)

L'équation de W-D posait trois problèmes énormes :
- Cette disparition du temps (comment résoudre cette équation ??? Comment décrire les états ????)
- L'espace d'états était mal connu
- l'opérateur hamiltonien contenait des multiplications d'opérateurs à valeur distribution, ce qui est mathématiquement mal défini

La révolution des boucles à consister à :
- une nouvelle formulation de la relativité générale (introduction d'une connexion de spin complexe et d'une contrainte supplémentaire). Ashtekar.
- le travail de plusieurs physiciens qui a permit de montrer comment manipuler cette équation "sans temps", à rendre mathématiquement consistante la contrainte hamiltonienne et à définir l'espace d'états (espace des holonomies)
- passer à une connexion réelle plutôt que complexe (je sais plus qui l'a trouvé, mais ce fut une étape importante car elle éliminait la difficile "contrainte de réalité"')
- résoudre la contrainte de Gauss et la contrainte par difféomorphisme, ce qui a donné la formulation en réseaux de spins
- trouver comme "dégeler" le temps : la formulation en mousses de spin.
...... et là ça coince. On sait le faire rigoureusement en gravité 2+1 mais on ne sait pas le faire en gravité 3+1.
On a quelques approches approchées (si je peux dire ), comme la description par les tresses et autres idées particulières. Mais ça stagne depuis un moment.
On attend le prochain génie ashtekarien

[viiksu]

personnellement je ne suis pas convaincu de réduire le temps à la façon dont on le mesure. Par contre soit le temps est le moteur du changement: i.e sans lui point de changement, soit plus près de Rovelli le temps émerge du changement : i.e puisque le choses changent le symptôme en est le temps.

[Deedee81]

Tout les physiciens ne sont pas d'accord avec Rovelli. Certains le considèrent le temps comme quelque chose de fondamental. Et les différents points de vue ont déjà engendré des débats houleux entre spécialistes.

Personnellement j'aime beaucoup la façon de voir de Rovelli car :
- il démontre très bien son point de vue, pas à pas (ça lui prend au bas mot une cinquantaine de pages), avec des arguments tant mathématiques que physique
- cette façon de voir correspond à ma propre philosophie (ça joue !)

Toutefois, la démonstration va forcément jusqu'à la gravitation quantique et, là, on n'a pas encore de théorie validée. Et ça dépend donc de la façon de concevoir/construire/imaginer la gravité quantique.
Il y a donc encore porte ouverte à discussion.

personnellement je ne suis pas convaincu de réduire le temps à la façon dont on le mesure. Par contre soit le temps est le moteur du changement: i.e sans lui point de changement, soit plus près de Rovelli le temps émerge du changement : i.e puisque le choses changent le symptôme en est le temps.

Cette façon de le dire me gêne car "changement = différents états physiques à des instants différents". Donc "changement = temps". C'est synonyme !!!!
Par conséquent dire "le temps est le moteur du changement" ou "puisque les choses changent le symptôme en est le temps" me fait un peu l'effet d'une tautologie littéraire (ça se dit ça ? ) et donc n'apporte pas vraiment d'eau au moulin du débat. EDIT par contre j'ai déjà vu l'affirmation avec "mouvement", et là je ne suis pas d'accord, c'est faux, je connais des contre-exemples (en mécanique quantique) !

[viiksu]

Il est vrai que depuis la mise à mal du temps absolu de Newton on peut se poser des questions, le temps c'est ici et a telle condition et pas ailleurs. Sa majesté le temps a pris un coup de vieux si l'on peut dire. Plus sérieusement si j'ai bien compris on Hilbertise l'espace-temps car le temps vient de gagner son statut de dimension (merci Albert) alors qu'il n'était qu'un paramètre cheveu sur la soupe. Mais en même temps on le vire?

[viiksu]

T
Cette façon de le dire me gêne car "changement = différents états physiques à des instants différents". Donc "changement = temps". C'est synonyme !!!!
Par conséquent dire "le temps est le moteur du changement" ou "puisque les choses changent le symptôme en est le temps" me fait un peu l'effet d'une tautologie littéraire (ça se dit ça ? ) et donc n'apporte pas vraiment d'eau au moulin du débat. EDIT par contre j'ai déjà vu l'affirmation avec "mouvement", et là je ne suis pas d'accord, c'est faux, je connais des contre-exemples (en mécanique quantique) !

C'est bien l’ambiguïté dissocier le changement du temps, je pensais sortir de la tautologie mais tu as raison c'est impossible, tautologie = définir une notion avec elle-même. Donc le temps n'est pas définissable en soi (Merci Emmanuel).

[viiksu]

Donc si le temps n'est pas définissable je ne vois pas comment on peut à fortiori le "redéfinir" dans le cadre de la GQB?

[invite69d38f86]

on peut considérer qu'on a des graphes reliant des couples d'états. dans la vision classique a un etat la fleche
va pointer vers l'etat suivant dans le temps. On a un flot sur l'espace des etats. tout etat peut aussi pointer vers
les autres etats possibles et dans ce cas a chaque fleche on associe un nombre qui est la probabilité de transition
vers l'autre etat. c'est une genéralisation du premier graphe si toutes les fleches portent un 0 et un seul un 1
(ce n'est pas le formalisme des boucles que je décris ici)

[invite69d38f86]

pour rovelli l'origine du temps provient du caractere aléatoire des mesures. qu'on a acces qu'a des moyennes;
et du dégagement de chaleur associé.
Connes insiste sur le role de la non commutativité de certaines mesures. le temps interviendrait pour remettre un
peu de commutativité dans tout ca.

[invitee6546ae1]

Tout les physiciens ne sont pas d'accord avec Rovelli. Certains le considèrent le temps comme quelque chose de fondamental. Et les différents points de vue ont déjà engendré des débats houleux entre spécialistes.

Personnellement j'aime beaucoup la façon de voir de Rovelli car :
...
- cette façon de voir correspond à ma propre philosophie (ça joue !)

C'est amusant, perso j'aime beaucoup la façon de voir de Lee Smolin... exactement pour la même raison!
Et vu que je suis à des années-lumière de posséder les connaissances pour appréhender les subtilités de la gravitation quantique, ben je me dis qu'au fond, cette concordance philosophique, c'est un critère pas si mauvais que ça.

[invite69d38f86]

Que dit Smoiln sur le temps?

[Deedee81]

Salut,

Il est vrai que depuis la mise à mal du temps absolu de Newton on peut se poser des questions, le temps c'est ici et a telle condition et pas ailleurs. Sa majesté le temps a pris un coup de vieux si l'on peut dire. Plus sérieusement si j'ai bien compris on Hilbertise l'espace-temps car le temps vient de gagner son statut de dimension (merci Albert) alors qu'il n'était qu'un paramètre cheveu sur la soupe. Mais en même temps on le vire?

Jusqu'à la dernière phrase c'est tout à fait ça. Pour ce qui est de le "virer" je serais plus circonspect car en relativité générale (et donc en gravité quantique) le temps (ou plutôt l'espace-temps, on ne peut pas le dissocier de l'espace !!!!!) devient une variable dynamique comme les autres : énergie, impulsion, etc....

Ce genre de chose n'est pas bien grave en physique classique où avec le formalisme mathématique adopté les variables dynamiques apparaissent explicitement dans les équations. Ca rend juste les choses un peu plus compliquées (par exemple en relativité générale, l'équation d'Einstein n'est pas élémentaire à résoudre, mais le tenseur de courbure à gauche de l'équation, exprimé en termes de la métrique par exemple, est un ensemble d'expressions avec des dérivées partielles par rapport à l'espace et au temps coordonnées. Au moins ça reste intuitif).

Mais les choses se gâtent en mécanique quantique car là l'état d'un système est encodé dans un vecteur d'état appartenant à un espace de Hilbert. Plus de variables dynamiques dans les équations. En tout cas pas de manière aussi simple. Les variables dynamiques sont représentées par des opérateurs et les valeurs par le spectre de ces opérateurs avec tout le tralala havbituel (règle de Born pour les probabilités, valeurs propres, vecteurs propres, etc...).

En mécanique quantique orthodoxe (Schrödinger, Dirac, et même la théorie quantique des champs, même en espace-temps courbe comme avec le rayonnement de Hawking où l'espace-temps est imposé), pas de problème pour le temps. N'étant pas une variable dynamique, le temps (et l'espace aussi d'ailleurs, ou l'espace-temps) n'est pas représenté par un opérateur. C'est une variable classique qui apparait normalement, par exemple sous forme de dérivées (dérivée partielle par rapport au temps, gradient spatial, d'alembertien relativiste...)

Mais avec la gravité quantique tout ça nous revient en pleine tronche. On tombe sur deux difficultés à la fois :
- cette fois l'espace-temps est une variable dynamique, pouffffffffffff, il disparait des équations, il est "encodé" dans le vecteur d'état et il faut le représenter par des opérateurs (*)
- c'est de la relativité, on ne peut pas séparer espace et temps et tout ce qu'on peut avoir est un opérateur espace-temps et comme le temps n'est plus un paramètre externe, un vecteur d'état encode tout l'état de "l'univers", passé et futur inclut, et donc même cet état et opérateur ne se décomposent pas en espace et temps comme ça tout seul (**).

(*) En gravité quantique à boucles, ce sont les opérateurs surfaces et volumes (pas spatiaux mais spatio-temporels). Curieusement l'opérateur longueur est mal défini, je ne sais pas trop s'il y a une raison physique à ça (j'ai déjà pensé me pencher sur le problème en utilisant les graphes duaux, mais c'est hyper costaud et je manque de temps pour me plonger là dedans..... je ne suis pas physicien de métier).

Repasser à un temps explicite peut/doit se faire de deux manières (il faut les deux) :
- une transformation (qui ressemble un peu à une transformation de Wick.... très formellement, ou à une formulation par intégrales de chemin) qui sépare l'espace et le temps, c'est la formulation mousse de spins. Mais ça coince (mathématiquement, c'est difficile).
- une description des états semi-classiques (on a ça en théorie quantique des champs, une impulsion classique de lumière correspond à un état semi-classique quantique, typiquement un état de photon(s) avec une distribution gaussienne des fréquences). C'est important ici à cause de l'émergence du temps (hypothèse, bien fondée, du "temps thermique", la séparation espace <-> temps devant faire appel à des critères thermodynamiques, c'est lié au (**) ci-dessus). Or là aussi ça coince, pour trois raisons :
-- il est difficile de définir ces états semi-classiques, les auteurs ne sont pas d'accord entre-eux !!!! (mais ce n'est pas le plus ennuyant)
-- les états trouvés n'appartiennent pas à l'espace de Hilbert !!!! (en fait on trouve des solutions non compactes, au sens topologiques, alors que l'espace-temps considéré est compact. En fait c'est une lacune de la théorie. Pour définir l'espace d'état et appliquer les contraintes de Gauss et de difféomorphisme, on doit supposer cette compacité pour bénéficier de certains théorèmes mathématiques : sans eux, on n'y arrive pas, tout bêtement. C'est donc une contrainte anormale posée à la théorie simplement à cause de difficultés mathématiques).
-- il reste difficile de résoudre les équations et trouver les états semi-classiques. C'est à un point tel qu'on ne sait même pas à quoi correspond l'espace-temps de Minkowski, l'état semi-classique le plus simple !!! On a bien quelques idées et approximations (états de tresses) mais sans certitude et sans grande rigueur mathématique. Ce qui semble-t-il a conduit à des erreurs (calcul de la propagation "ralentie" de photons d'énergie extrême dans un espace-temps "granuleux", ce qui semble en désaccord avec l'étude récente des gamma ray burst, les théoriciens se sont alors penché sur leurs calculs. Conclusions ": merde, nos approximations sont trop sauvages" Ce n'est pas si rare, on a eut ce genre de surprise avec le plasma quark-gluon qui se comporte comme un super-fluide et non comme on le croyait comme un gaz parfait, mais là au moins, les calculs on pu être refait avec des approximations moins brutales. En LQG, c'est beaucoup plus difficile).

Ces difficultés ont conduit à d'autres approches, comme les triangulations causales (en gros c'est comme si on passait directement au mousses de spins en faisant un doigt d'honneur aux réseaux de spins) mais là c'est les bases qui manquent et on ne sait pas trop quelles sont les règles/postulats utiliser. Et ça ne va pas bien loin à ce que j'ai déjà pu en voir.

[viiksu]

Bon Deedee pour un non professionnel c'est imposant je ne peux même pas répondre avec citation. Bon ça me dépasse largement mais je vais essayer d'approfondir. Quelques questions:

Si le temps devient une variable dynamique il peut évoluer dans les deux sens passé et avenir?
Je vois mal comment naît le temps de quel type de relations non temporelles naît il?

[invite69d38f86]

quand dans une théorie on introduit un hamiltonien a la main en écrivant sa forme (c'est la cas de tous les modeles)
on colle de l'extérieur une notion de temps. n'est ce pas le cas avec les mousses de spins?

[Zefram Cochrane]

Comparer un pilleur de textes écrits par d'autres à un scientifique... cherchez l'erreur.

Qui est le pilleur de textes?
pourrais tu développer?

[Zefram Cochrane]

Bonjour,
Faudra que je me mette un jour sérieusement à la MQ

...


Ces difficultés ont conduit à d'autres approches, comme les triangulations causales (en gros c'est comme si on passait directement au mousses de spins en faisant un doigt d'honneur aux réseaux de spins) mais là c'est les bases qui manquent et on ne sait pas trop quelles sont les règles/postulats utiliser. Et ça ne va pas bien loin à ce que j'ai déjà pu en voir.

Voici ma proposition :
Postulat des traingulation causales : Fuck les réseaux de spins.




J'ai vu une vidéo dans laquelle était évoquée l'hypothèse d'un temps émergeant et l'idée générale était qu'une particule élémentaire n'aurait pas de temps propre.
Je me suis demandé alors comment un neutrino pouvait-il changer de saveur ?

[Deedee81]

Si le temps devient une variable dynamique il peut évoluer dans les deux sens passé et avenir?

Oui, mais ça ne veut pas dire que ce soit nécessairement le cas. Dans un tel cas, le temps macroscopique reste lié à la flèche du temps pour des raisons statistiques/macroscopiques.

Je vois mal comment naît le temps de quel type de relations non temporelles naît il?

J'avoue avoir du mal aussi avec ça. Je suppose qu'en potassant le passage des réseaux de spins aux mousses de spins en gravité 2+1 (ça on sait faire) on peut mieux comprendre.
Mais je ne maîtrise pas jusqu'à ce point. Désolé (j'ai potassé deux fois le cours de Thiemann, et j'ai potassé quelques lacunes qu'il me restait notamment en topologie plus le livre de Rovelli plus quelques articles assez pointus, et je reste pourtant un amateur éclairé, le sujet est franchement difficile).

quand dans une théorie on introduit un hamiltonien a la main en écrivant sa forme (c'est la cas de tous les modeles)
on colle de l'extérieur une notion de temps. n'est ce pas le cas avec les mousses de spins?

Non, ce n'est pas le cas. C'est comme en RG, l'hamiltonien n'a pas un temps extérieur ajouté à la main. C'est un hamiltonien de contrainte (H = 0 au lieu de par exemple dH/dq = dp/dt, avec des dérivées partielles).
Mais en RG ça reste gérable car le temps apparait comme coordonnées dans la métrique. C'est juste plus compliqué (par exemple dans un calcul numérique, il faut découper l'espace-temps en tranches et travailler avec des variables dite de "shift" et de "time lapse" qui agissent comme des multiplicateurs de Lagrange. Ce qui est évidemment compliqué quand on cherche justement à calculer l'espace-temps qui résulte des équations dynamiques. La construction des tranches doit se faire "pas à pas". C'est un joli travail de calcul numérique pour les amoureux des éléments finis ).

En fait, dans ce cas, H n'est pas l'énergie (ou l'opérateur énergie). Comme on en a l'habitude (en mécanique analytique traditionnelle ou dans l'équation de Schrödinger "orthodoxe" par exemple). C'est juste une contrainte fixant la structure dynamique de la solution.