Les quanta
En termes clairs, en quoi la théorie de la relativité et la théorie quantique ne peuvent être compatible pour expliquer tous les phénomènes physiques. Pour infos, je suis qu'un simple curieux de physique, et actuellement, quand je trouve le courage, je lis la théorie de la relativité d' Albert Einstein (sans l'outil mathématique).
Bonjour,
Tout est dans les équations : lorsque l'on essaye d'appliquer la théorie de la relativité générale à très petit échelle (comme dans les trous noirs ou durant le big bang), on arrive à des résultats incohérents (en générale des infinis).en quoi la théorie de la relativité et la théorie quantique ne peuvent être compatible pour expliquer tous les phénomènes physiques.
On trouve par exemple que la densité de matière à l'intérieur d'un trou noir est infini, que son volume est nulle (ces deux exemples étant évidemment liés)...
If your method does not solve the problem, change the problem.
Et que ce passe t'il, par curiosité, si on fait l'inverse:
appliquer la mécanique quantique à grande échelle ?
Puisqu'un ordinateur quantique est possible, est ce la décohérence qui nous fait basculer dans la relativité à grande échelle ?
L'échelle me fait penser aux fractales avec leur propiété d'auto-similarité.
en prenant les théories comme des objets fractals on a un seul objet auto-similaire avec des nuances à chaque échelle
quantique , newtonienne , relativiste mais similaire
Je dirais que cela ne décrirait pas l'univers, car la théorie quantique décrit les forces électromagnétiques, les forces nucléaires faibles et fortes qui régissent le monde à l'échelle nanoscopique, tandis que la relativité générale décrit la force gravitationnelle régissant la monde macroscopique. Donc appliquer la mécanique quantique à grande échelle, on ne trouverait pas de description correcte (d'un point de vue global), car la force gravitationnelle serait omise.Et que ce passe t'il, par curiosité, si on fait l'inverse:
appliquer la mécanique quantique à grande échelle ?
If your method does not solve the problem, change the problem.
Tant que nous ne connaisson pas la nature de la gravité ne pouvons nous supposer qu'elle est de nature electromagnétique puisque la mq connait cette force ?Envoyé par Phys2
Euh oui mais non pas vraiment... La relativité générale ça vous dit quelque chose ?
Il me semble que dans la relativité générale, la gravitation est une concéquence de la masse qui courbe l'espace temps.
un atome possède une masse alors il doit courber l'espace temps à son échelle non ?
La gravitation est un effet de la courbure de l'espace-temps par l'énergie, donc entre autre par la masse en effet.
Et effectivement, un atome courbe l'espace-temps, mais de façon infime par rapport aux corps macroscopiques.
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Dans le langage Newtonien: La masse est le source des forces gravitationnelles.
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Dans le langage de la RG le courbure de l'espace -temps a pour origine la masse des corps (exprimées en énergie E= m.c2) mai aussi l'interaction gravitationnelle entre les mêmes masses ce qui rend l'équation d'Einstein non linéaire, ce qui complique tout.
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Plus généralement toutes les sources d'énergie contribuent à la courbure de l'espace-temps.
.un atome possède une masse alors il doit courber l'espace temps à son échelle non ?
Oui en ne perdant pas de vue que ce n'est pas la masse qui compte mais l'énergie. Ainsi un atome dans un etat excité courbe l'espace plus que le même atome dans l'état fondamental. Bien entendu ces effets sont plus que négligeables.
Oui. Et c'est justement ce qui cloche entre la RG et la MQ : la MQ ne prend pas cet élément en compte : son formalisme ne le permet pas.
Ainsi, en parlant de Quanta (ce qui est impropre en terme de MQ dû à la non-localité des particules, non-localité qui ne se retrouve pas en RG : d'où la tension entre les deux théories), toute énergie ponctuelle (un Quanta) engendrerait une courbure infinie en ce point comme pour un trou noire de Schwarzschild. Toute particule ponctuelle, si on raisonne de manière RG, devrait engendré localement une métrique de type Schwarzschild. Mais évidemment, la RG ne prenant pas en compte les effets quantiques, on ne peut pas dire si cela est vrai ou pas (très probablement pas). Cependant, c'est de cette idée qu'est naît l'envie de dire que si on augmente l'énergie dans un volume donnée (grace à des accélérateurs à particules de plus en plus puissant qui permettent de concentré beaucoup d'énergie dans de tout petit volume), on devrait obtenir des ''mini-trou-noires''...
Donc pour conclure, ce qui cloche entre la RG et la MQ est qu'elles modélisent la réalité de manière completement différente et que pour le moment on arrive pas à joindre les deux bouts...
L'impossiblité de joindre les deux bouts pousse beaucoup de physiciens à penser qu'il faut une nouvelle théorie (ie. une nouvelle modélisation de la réalité, de ce que l'on observe) qui engloberait la RG et la MQ. Ni la RG ni la MQ ne serait fausse en quelque sorte, elles seraient simplement incomplètes toutes les deux..
je vais poser une question sans-doute ridicule aux yeux d'un physicien, mais je me risque: en quoi est-ce un problème que la densité de matière soit infinie? Est-ce que les densités n'interviennent pas seulement par leurs intégrales sur des ensembles adéquats (des boréliens peut-être)? si toutes les intégrales sont finies, la densité peut bien être infinie et la masse finie. Ou quelque-chose m'échappe?
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Pour la simple raison que la RG est une approximation basse énergie, grande longueur d'onde d'un modèle physique à construire ou plutôt en construction.
.Donc pour conclure, ce qui cloche entre la RG et la MQ est qu'elles modélisent la réalité de manière completement différente et que pour le moment on arrive pas à joindre les deux bouts...
La RG est aujourd'hui comprise comme un modèle, la MQ comme des principes très généraux qui ne relèvent d'aucun modèle. Ils ne peuvent pas être mis sur le même plan.
.L'impossiblité de joindre les deux bouts pousse beaucoup de physiciens à penser qu'il faut une nouvelle théorie (ie. une nouvelle modélisation de la réalité, de ce que l'on observe) qui engloberait la RG et la MQ. Ni la RG ni la MQ ne serait fausse en quelque sorte, elles seraient simplement incomplètes toutes les deux..
Il ne s'agit pas de trouver une synthèse entre RG et MQ mais d'intégrer l'interaction gravitationnelles avec les trois autres interactions qui sont parciellement unifiées dans le modèle standard SU(3).SU(2).U(1).
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Quelques idées solides et courantes:
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Les écarts du champ métrique relativement à l'espace plat de Minkowski peuvent être codées dans un champ a 5 composantes qui sont un spin 2, cad les gravitons qui sont à la RG ce que sont les photons QED sont à l'électromagnétisme classique.
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La théorie de la supersymétrie qui rassemble dans un même multiplet des particules de spin différents. Le groupe de jauge de la théorie a comme propriétés que 2 opérations supersymétriques sont équivalentes à une translation espace-temps. Cette propriété est utilisée dans la théorie des supercordes.
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Dans la théorie des supercordes le graviton (et donc la RG) apparait comme la première excitation d'une corde.
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Dans la théorie LQG la gravité émerge de considérations purement quantiques.
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Dans la théorie de la géométrie non commutative (GNC) de Alain Connes la gravité émerge également de sa théorie. une discussion très récente à eu lieu sur un fil. La GNC se veut être une reformultation de la MQ en évitant toute notion de variétés differentiables et d'espace fibrés. Si l'on en croit son modèle du modèle standard il semble qu'il y a là une profonde avancée sur la MQ.
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Il y a d'autres approches dont j'ai parlé sur d'autres fils.
LQG, qui veut dire?
Pouvez-vous me donner les liens arxiv vers les articles de référence de la LQG?
Merci d'avance
Pour lesquels le procédé de renormalisation échoue ai-je cru lire ?(dans de la vulgarisation j'avoue)
LQG, c'est la Gravité Quantique à Boucles (Loop Quantum Gravity).
oui et non. Quand on dit "RG" on entend deux choses différentes :
- un ensemble de principes fondamentaux (dont le principe de relativité généralisé et la "background independance")
- des équations décrivant le champ de gravitation, son évolution, etc...
la première partie est à mettre au même niveau que les principes de la MQ. Par ailleurs, certains modèles cordesques font ressortir des trucs comme les inégalités d'Heisenberg d'effets "classiques" dans des espaces mathématiques un peu complexes.... il n'est donc pas aussi trivial que ça de dire qui doit être le plus profondément modifié... et encore une fois la solution passe probablement par la modification des 2...
non. Ca c'est une vision "field theory" soutenue par les cordistes. Mais elle ne fait pas l'unanimité, et en particulier la LQG (par exemple) ne cherche pas à unifier (même si certains résultats récents laissent penser qu'elle pourrait le faire sans le chercher, un peu comme Penrose avait annoncé que son approche à base de twistors le conduisait à d'apparentes dimensions supplémentaires qui pourraient redonner les trucs du modèle standard).Il ne s'agit pas de trouver une synthèse entre RG et MQ mais d'intégrer l'interaction gravitationnelles avec les trois autres interactions qui sont parciellement unifiées dans le modèle standard SU(3).SU(2).U(1).
cette description est valable à basse énergie uniquement et en plus il est restrictif de présupposer la métrique de Minkowski comme background...Les écarts du champ métrique relativement à l'espace plat de Minkowski
Le tenseur métrique a 10 composantes dont 2 physiques. Par ailleurs, cette dernière partie de la description est elle aussi valable uniquement à basse énergie car y'a derrière la supposition d'un fond par rapport auquel quantifierpeuvent être codées dans un champ a 5 composantes qui sont un spin 2, cad les gravitons qui sont à la RG ce que sont les photons QED sont à l'électromagnétisme classique.
il apparaît un champ non-massif de spin 2 mais dans un espace-temps à 10 dimensions (ou plus généralement D dimensions)... donc:Dans la théorie des supercordes le graviton (et donc la RG) apparait comme la première excitation d'une corde.
- c'est un objet physique différent d'un graviton 4d
- le fait d'avoir une particule de spin 2 dans le spectre n'est pas si miraculeux que ça puisqu'on a quasiment tout dans celui-ci (en particulier des tenseurs d'ordre 1,2,3, etc)
- ça n'implique pas directement qu'on a retrouvé la RG, au contraire même car : * on a pas de principe d'equivalence, * on a pas de background independance * ce "graviton" vit dans plus de 4 dimensions donc en compactifiant ce qui dépasse, on lui donne des termes d'interactions pas gentils, * etc [d'ailleurs les cordistes auraient bien aimé observé plutôt des violations du principe d'équivalence dans les tests faits dans le Système Solaire ou en astro plus générale : la RG semble marcher encore mieux qu'on ne le prévoyait...]
- par ailleurs, le fait qu'il soit sans masse est pas super miraculeux en ce sens où toutes les particules le sont en 10d... on invoque une brisure de supersymétrie pour générer les masses, mais ça n'a pas été fait explicitement... c'est juste un argument avec les mains.
pas la gravité mais l'espace-temps. La gravité elle est là dès le départ puisqu'on commence avec un "champ" quantique (en tous cas un espace de Fock)Dans la théorie LQG la gravité émerge de considérations purement quantiques.
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Peux-tu éclairer ma lanterne sur ce que l'on appelle le "background independance".
.non. Ca c'est une vision "field theory" soutenue par les cordistes. Mais elle ne fait pas l'unanimité, et en particulier la LQG (par exemple) ne cherche pas à unifier (même si certains résultats récents laissent penser qu'elle pourrait le faire sans le chercher, un peu comme Penrose avait annoncé que son approche à base de twistors le conduisait à d'apparentes dimensions supplémentaires qui pourraient redonner les trucs du modèle standard).
OK, la vision TQC est donc majoritaire mais tout le monde ne travaille pas dans cette direction. Et que penser de la GNC?
.Le tenseur métrique a 10 composantes dont 2 physiques. Par ailleurs, cette dernière partie de la description est elle aussi valable uniquement à basse énergie car y'a derrière la supposition d'un fond par rapport auquel quantifier
Pourquoi 2 physiques? On peut à partir d'un quadri-tenseur symétrique de rang 2 fabriquer un champ a 5 composantes (avec des contraintes de jauge) qui se transforment comme S=2. Les 5 composantes sont bien physiques. Non?
.il apparaît un champ non-massif de spin 2 mais dans un espace-temps à 10 dimensions (ou plus généralement D dimensions)... donc:
- c'est un objet physique différent d'un graviton 4d
Donc le spin S=2 ne dépend pas de la dimension D de l'espace? (au-delà de 3)
.- le fait d'avoir une particule de spin 2 dans le spectre n'est pas si miraculeux que ça puisqu'on a quasiment tout dans celui-ci (en particulier des tenseurs d'ordre 1,2,3, etc)
Effectivement il doit y avoir le quoi de faire son marché!
.- par ailleurs, le fait qu'il soit sans masse est pas super miraculeux en ce sens où toutes les particules le sont en 10d... on invoque une brisure de supersymétrie pour générer les masses, mais ça n'a pas été fait explicitement... c'est juste un argument avec les mains.
A ce propos comment les cordistes gérent-ils les masses générées par la compactification et les masses qui seraient issues d'une brisure de supersymétrie? Un peu des 2?
.pas la gravité mais l'espace-temps. La gravité elle est là dès le départ puisqu'on commence avec un "champ" quantique (en tous cas un espace de Fock)
Oui c'est plutôt l'espace-temps. Par contre mettre la gravité des le départ me parait curieux. Si on part du constat solide que la masse des particules sont liées aux representations irréductibles de Poincaré on est obligé dans une nouvelle théorie de faire émerger en même temps espace-temps-matière comme un tout. C'est pourquoi j'ai du mal a imaginé que LQG part avec de la gravité sans matière!
ça a été abordé récemment dans un autre fil du forum physique (je dis pas ça pour être désagréable, c'est juste pour informer que des trucs ont été dits que je ne vais pas citer). Pour résumer et illustrer par un des trucs principaux, disons que la QFT usuelle repose sur des états asymptotiques reliés à des symétries de la métrique de fond. Or, la RG (et une théorie la généralisant sans en perdre l'esprit doit faire pareil) se passe d'une métrique a priori et donc ne présuppose aucune symétrie à celle-ci, même si évidemment certaines solutions ont des symétries. Ca signifie que pour être réellement "général", on ne doit pas se reposer sur le groupe de Poincaré... pour tenter d'aller plus loin, les cordistes aiment bien quantifier sur l'espace anti-DeSitter car il est aussi maximalement symétrique et permet donc d'explorer l'au-delà de Poincaré tout en ayant des "repères". Mais la background independance suppose de faire de la quantification qui ne repose pas sur des symétries données pour définir des états asymptotiques (libres) ou des concepts (par exemple l'énergie d'une particule est conservée uniquement parce que l'espace-temps admet une certaine symétrie : en cosmologie les particules même libres ne gardent pas une énergie constante). Une voie d'exploration de ça est la "QFT en espace-temps courbe"... on en a discuté récemment dans le forum physique et j'avais donné en réf un récent article de review de Wald sur le sujet... je suis certain que ça t'intéressera... tu devrais pouvoir facilement retrouver le fil, si c'est pas le cas dis-le moi et je rechercherai l'article.
il me semble que des 2 côtés (cordes et LQG) de plus en plus de gens pensent que "LA" solution passera par elle au moins en partie. Reste que c'est un cadre mathématique. Les twisteurs de Penrose reposent sur une philosophie (et sont une approche de la gravitation quantique sur laquelle il bosse depuis quelques décennies) et en même temps Witten a montré qu'ils avaient un rôle dans certains modèles de cordes. En clair, je trouve que bien souvent on a un peu tendance à confondre outils mathématiques et concepts physiques dans tout ça... les mêmes outils semblent surgir dans des approches très différentes, signifiant probablement que ces approches ont plus en commun qu'on ne le croyait [cf ce qu'il s'est produit avec les diverses théories de cordes qui ont toutes été mixées dans la M-théorie]... je dis ça tout en répétant que je ne suis pas expert : mon impression résulte peut-être juste de ma vision externe aux domaines...OK, la vision TQC est donc majoritaire mais tout le monde ne travaille pas dans cette direction. Et que penser de la GNC?
pour revenir/conclure sur la GNC, j'avais lu je sais plus où (mtheory va sûrement nous donner la réf
j'insiste : je ne suis pas spécialiste et c'est un souvenir de lecture passée... je ne certifie donc pas que c'est une image correcte....
en fait avec l'invariance de jauge (qui impose que le champ soit non-massif) on montre que seuls 2 degrés sont physiques (cf le photon en EM).Pourquoi 2 physiques? On peut à partir d'un quadri-tenseur symétrique de rang 2 fabriquer un champ a 5 composantes (avec des contraintes de jauge) qui se transforment comme S=2. Les 5 composantes sont bien physiques. Non?
euh, le spin, non : c'est un tenseur métrique donc d'ordre 2. En revanche, si on suppose que l'invariance de jauge (et le caractère non massif) reste(nt), le nombre d'états physiques changent : d'ailleurs, c'est juste de la théorie des groupesDonc le spin S=2 ne dépend pas de la dimension D de l'espace? (au-delà de 3)
il me semble que oui, un peu des deux... m'enfin, au risque de me répéter : je suis loin d'être expert et ne suis même pas au top niveau "suivi-de-loin-des-dernières-news"... reste que de toutes façons y'a que des "toy-models" à l'heure actuelle....A ce propos comment les cordistes gérent-ils les masses générées par la compactification et les masses qui seraient issues d'une brisure de supersymétrie? Un peu des 2?
ça dépend ce que tu appelles gravité.Oui c'est plutôt l'espace-temps. Par contre mettre la gravité des le départ me parait curieux.
c'est pourtant ce qu'on fait souvent... la gravité sans matière c'est l'espace-temps vide. Déjà en RG c'est un objet physique non-trivial. Les équations d'Einstein dans le vide (tenseur énergie impulsion nul) disent que le tenseur de Ricci est nul, mais il reste plein de liberté dans le tenseur de Weyl... enfin, pour être plus précis, il reste 2 degrés de liberté en RG : les deux polarisations des ondes gravitationnelles/du graviton... Par ailleurs, y'a pas tant de problèmes conceptuels à partir d'espace-temps sans matière et d'arriver aux deux. D'une certaine façon les cordes (qu'on considère souvent comme de la matière) redonnent l'espace-temps. En LQG, c'est têt bien l'inverse comme semblent l'indiquer certains travaux récents : un peu dans le même esprit que l'était la "géométrodynamique" de Wheeler, la matière pourrait être juste de l'espace-temps "très chiffonné"Si on part du constat solide que la masse des particules sont liées aux representations irréductibles de Poincaré on est obligé dans une nouvelle théorie de faire émerger en même temps espace-temps-matière comme un tout. C'est pourquoi j'ai du mal a imaginé que LQG part avec de la gravité sans matière!
pour résumer, on peut dire que c'est un truc vers lequel semblent tendre toutes les tentatives de théories quantiques de la gravitation (mais c'est peut-être inexact malgré tout) : la matière-espace-temps est le prochain concept qu'il nous faudra avaler après celui d'espace-temps
La nature a peur du vide
L'univers serait il né de cette peur ?
Le seul moyen de défier le vide tout en le conservant c'est de le diviser en deux contraires qui peuvent s'anniler.
En voyez vous d'autres ?
Notre univers a du repousser l'antimatière c'était la seule façon pour qu'il survive.
et la lumière fut losrque les contraires adéquats surjirent du néant.
Bonsoir,
Merci de cesser votre discours qui n'a rien de scientifique. Je vous rappelle la charte :
"6. Ayez une démarche scientifique. Ce forum n'est pas un lieu de discussion sur de soi-disant phénomènes paranormaux ou "sciences" parallèles. Toutes idées ou raisonnement (aussi géniaux soient ils) doivent reposer sur des faits scientifiquement établis et non sur de vagues suppositions personnelles, basées sur d'intimes convictions."
Je me pose la même question ridicule et je n'ai pas trouvé de réponse dans le file.
Si une bonne âme acceptait de nous éclairer quitte à dire que ça ne colle pas avec le reste du cadre théorique, je m'en contenterais.
Contrairement aux mathématiciens qui s'en délectent, les physiciens ont horreur de l'infini et quand une équation donne des solutions infinies, ils considèrent avec juste raison que quelque chose n'est pas au point dans leur modèle. En physique, l'infini conduit à des absurdités que même le raisonnement philosophique ne peut accepter. C'est justement parce que la RG combinée à la mécanique quantique, conduit à des solutions infinies, qu'il y a encore un schisme entre ces deux théories.
Bonjour,
Ce que je vais dire est peut être bête mais je vais le dire quand même... Il y a probablement des arguments qui tiennent la route pour m'apporter la contradiction.
Si je prend un objet A et que je le regarde d'un point de vue physique et de l'infiniment petit. Il contient une infinité de points physiques.
Maintenant si je prend un objet B, Il contiendra lui aussi une infinité de points.
Maintenant si je considère que l'objet B est inclus dans l'objet A...
J'arrive à cette impossibilité quand je considère mes points : B :infini de points est inclus dans A infini de points ?
quel est l'infini le plus grand ? Impossible de répondre si je ce que j'étudie ce sont des points.
Ou encore :
Je prend un carré A : il contient une infinité de points
Je partage mon carré A en 4 carrés B
un carré B contiendra lui aussi une infinité de points.
j'aurais 1 infini = 4 infinis
Il existe un outil mathématique (les nombres transfinis) pour aborder ce genre de question mais à ma connaissance il n'est pas utilisé par les physiciens
Le "point" est une entité mathématique qui n'a pas d'existence physique. Les maths sont un outils abstrait, la physique elle, traite du réel, on ne peut pas passer comme celà de l'un à l'autre.
Bonjour, les "infinis" existent-ils encore en LQG?
Anton.
Bonjour et merci pour l'explication.
Utiliser le point en tant qu'entitié mathématique pour réaliser des calculs en physique est une démarche cohérente.
Cependant j'ai du mal à accepter qu'il n'ai pas d'existence physique en tant qu'entité.
Cela voudrait dire, si je ne fait pas d'erreur, que la droite n'a qu'une existence mathémathétique et par conséquence qu'un espace physique 3D bien réel n'a qu'une existence mathématique.
Il y a certainement quelque chose qui a du m'échapper, pour arriver à cette formulation.
Ne serait-ce qu'en raison du principe d'incertitude d'Heisenberg, on ne peut pas connaître avec une précision infini la position et la vitesse d'une "entité" physique. Le point mathématique dont la définition ne contient pas cette indétermination ne peut donc être qu'un modèle approximatif de la réalité physique.
ça dépend desquels tu parles... mais ceux liés à la singularité initiale cosmologique et ceux liés à la singularité qui se trouve dans un trou noir, non. En gros, le principe est le suivant : l'espace-temps se retrouve constitué de briques de volume fini ce qui évite que tout se concentre en un point et prenne une valeur infini.
Re : Les Quanta
Merci pour la réponse Rincevent, ainsi les infinis tellement indésirables de la RG seraient éliminés en partie ce qui, j'imagine, permettrait d'explorer un tant soit peu au delà de la dimension de Plank? Mais pourquoi pas ceux liés aux singularités? Si l'espace temps est constitué de quantum et l'énergie également...?
Anton.
