Mécanique quantique et relativité générale...

[invite3cc09d31]

Bonjour à toutes et à tous,
je suis nouveau sur le forum, je ne sais pas si c'est ici que je devrai exposer mon problème mais peu importe… alors voilà, en ce moment je m'intéresse à la théorie du tout, je pense avoir un minimum compris cette théorie sauf sur un point : la difficulté rencontré par les chercheurs est la gravitation, oui mais pourquoi ? J'ai beau lire des tonnes d'articles à ce sujet, il n'y a aucune précision sur ce problème, il est juste dit que c'est un problème !
Si quelqu'un pourrait m'expliquer cela simplement, j'apprécierait
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[invite23876543123]

Salut msfts0 !

C'est que la gravitation est une déformation de l'espace-temps et n'est pas considéré comme une force (àpart entière) !

Or en MQ, l'espace-temps est classique, c'est difficile de concilier un espace-temps courbe aux hautes énergies mais peut-être qu'on brûle des étapes !

@ +

[Pio2001]

Bonjour msfts0,
La relativité générale stipule que la présence de matière ou d'énergie (ce qui est exactement la même chose dans ce contexte, avec E=mc2) détermine la courbure de l'espace-temps à cet endroit. Plus la masse est importante, plus le champ de gravitation est fort. Une conséquence est que l'écoulement du temps est ralenti pour un observateur situé à distance. En bref, pour faire court, la présence d'énergie ralentit l'écoulement du temps.

De son côté, la mécanique quantique montre, grâce à la relation de Heisenberg, qu'il existe une indétermination entre l'énergie et le temps. Plus le temps d'observation considéré est court, plus l'énergie est "indéterminée".
La nature de cette indétermination est celle de la superposition quantique : tel le chat de Schrödinger, ni mort ni vivant, la valeur de l'énergie n'est ni haute ni basse, mais est décrite par des amplitudes de probabilité.

Si on met les deux principes bout à bout, on en déduit que le ralentissement du temps est lui-même en superposition quantique ! Il y a une certaine probabilité pour qu'il s'écoule à une certaine vitesse, et en même temps une certaine probabilité pour qu'il s'écoute à une vitesse légèrement différente.

Or aucune des deux théories n'accepte deux écoulement temporels différents simultanément. L'équation de Scrödinger, par exemple, comporte une dérivée par rapport au temps. Cela voudrait dire que le système serait gouverné par deux équations de Schrödinger simultanément, en superposition quantique. Une avec un certain d/dt, l'autre avec un autre d/dt légèrement différent. Superposition qui serait elle-même gouvernée par l'équation de Schrödinger !

La contradiction devient significative au coeur des trous noirs, ou vers l'instant du big bang. L'instant de Plank, 10^-43 secondes après l'instant zéro fictif de la relativité générale, représente une durée si courte, que l'incertitude de Heisenberg associée sur la densité d'énergie est gigantesque. Suffisante pour qu'on lui associe une incertitude significative sur la courbure de l'espace-temps... du même ordre de grandeur que la courbure résultant de l'expansion qui aurait théoriquement eu lieu durant ces 10^-43 secondes !

[doul11]

Bonsoir,

Le problème n'est pas uniquement théorique, il est a mon avis surtout expérimental : on n'a aucune donné de gravité quantique, il ne peut donc être que très difficile d'arriver a théoriser quelque chose dont on n'a pas de données.

Plus j'en apprends en physique et moins je comprends pourquoi la gravité devrait se modéliser comme les autres forces.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite34688568]

J'ai l'impression que c'est plus simple: personne ne sait exactement ce qu'est la gravitation, elle existe spontanément avec la masse, peut s'accroître grâce à la vitesse.
On arrive vaguement à la produire, on ne sait la mesurer que sur ses effets extérieurs, on ne sait pas la supprimer et on ne sait même pas la conserver.

C'est très ironique pour une des forces fondamentales de l'Univers.

[invite3cc09d31]

Merci pour vos réponses, mais j'ai l'impression que les physiciens sont dans une impasse, ou du moins sont à court d'idée, dur dur la recherche… attendons donc le prochain génie, celui qui viendra bousculé le domaine scientifique, tel Einstein au début du siècle dernier. Mais ni a t'il aucune théorie proposant d'unifier ces deux? La théorie des cordes c'est pas ça?

[invite34688568]

Il ne faut pas trop s'inquiéter, la théorie du tout n'est pas neuve, elle date en réalité du concept des 4 éléments des grecs (au minimum si ils ne l'ont pas pompé d'ailleurs) mais surtout de la légende de la table d'émeraude (4ème siècle ap JC) qui est surtout une déformation des théories d'Aristote.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Table_d%27%C3%A9meraude

Il n'y a pas d'impasse, seulement, des mystères et si il n'y avait plus de mystères, il n'y aurait plus besoin de scientifiques donc plus besoin de curiosité et de recherches.
La théorie des cordes est la théorie actuellement à la mode qui y arrivera peut-être ou peut-être pas car elle parle de phénomènes qui sont encore difficiles à observer avec nos instruments actuels.
Songes qu'après un siècle, nous n'avons même pas encore épuisé les expériences autour de la théorie de la Relativité.

[invite3cc09d31]

Ah j'apprend quelque chose, je n'avais jamais entendu parlé de la table d'émeraude ! Comme vous le dite, c'est vraie que nous somme limité par la technologie actuel, qui a pourtant beaucoup évolué depuis le siècle dernier, mais comme depuis toujours, nous trouverons la solution aux problèmes présent dans quelques décennies, et de ce fait, nous serons face à de nouveaux questionnement, telles sont les sciences…

[invite34688568]

Et chaque réponse amène encore plus de questions bien souvent.

[invite3cc09d31]

Exact, puisque certaines découvertes nous ouvre de nouveaux domaines d'étude, quel cercle vicieux !

[Deedee81]

Salut,

mais j'ai l'impression que les physiciens sont dans une impasse, ou du moins sont à court d'idée

Pas vraiment. En fait, des idées, on en a même trop

Je reprend la suite après l'excellent message de Pio.

Synthétisons la difficulté de base :
- La relativité générale est une théorie classique, pas quantique. En particulier, la courbure de l'espace-temps est donnée par le tenseur énergie-impulsion classique de la matière (équation d'Einstein, qu'on peut écrire pour faire simple : G = T).
- La mécanique quantique décrit les états comme des superpositions quantiques d'états plus simples, par exemple une particule peut être dans l'état "je suis en x et je suis en y", les particules sont ubiquistes (image de leur caractère ondulatoire). Et les grandeurs physiques comme l'énergie peuvent aussi avoir cette forme.

Par conséquent, si le tenseur d'énergie-impulsion est un état superposé, alors la courbure de l'espace-temps aussi. Et là, la relativité générale devient incapable de traiter ça.

On a essayé. Il existe des procédures mathématiques pour passer d'une formulation classique à une formulation quantique. Si on applique cela à l'équation d'Einstein on obtient l'équation de Wheeler-DeWitt.... que personne ne sait résoudre !!!! Elle a deux défauts :
- Le temps a disparu de l'équation. C'est une équation qui s'applique à l'état de l'univers comme un tout : passé et futur inclut. Comment manipuler un tel monstre ?
- Les variables prennent des valeurs dans un espace mathématique mal défini et mal connu.

Alors, on a essayé plusieurs approches. J'arrête ici car je manque de temps et de place dans ce message. Je vais me contenter de citer ces approches :
- théorique quantique des champs en espace-temps courbe classique => le fameux rayonnement des trous noirs, de Hawking, c'est ça
- champ gravitationnel traité comme une perturbation et quantifiée comme on le fait des autres champs. Ca donne des infinis qu'on ne sait pas tous éliminer (procédure dite de renormalisation). La théorie perd tout sens (ou presque, elle peut quand même donner quelques résultats)
- Amélioration (insuffisante) : la supergravité (l'approche précédente + supersymétrie + des dimensions supplémentaires)
- On fait disparaître les infinis en considérant que les particules ne sont plus ponctuelles : théorie des cordes
- On utilise une approche différente pour quantifier la relativité générale pour éviter l'écueil de Wheeler-DeWitt : ça donne la gravité quantique à boucles
- On change l'espace-temps : approche des géométries non commutatives

Donc, des idées, on n'en manque pas.

Le problème est : quelles sont les bonnes idées ? Il y a une seule manière de savoir, les confronter à l'expérience.

Et c'est là qu'est vraiment le problème !!!! L'essentiel du domaine physique concerné est totalement hors de notre portée. Il faudrait pouvoir créer des mini trou noirs ou voir le tout début du Big Bang (qui était opaque pendant les trois cent premiers millier d'années).

Mais on commence à chatouiller le dragon (le LHC devrait approcher ou atteindre "une nouvelle physique", on teste avec une précision extrême le principe d'équivalence et autre aspect fondamental, on commence à décrypter le spectre des sursauts gammas qui pourraient mettre en évidence une "granularité" de l'espace-temps).

A demain,