Quanta d'espace et expension de l'Univers

[_Goel_]

Bonjour,

De retour sur ce forum pour une question ou Chat-GPT bloque :
Selon certaines théories (eg. LQG), l'univers serait composés de quantas d'espace, or dans les théories d'expension de l'univers, on parle d'augmentation de l'espace (notamment entre les galaxies). si on considère les constantes G, c et Plank comme... des constantes, cela m'incite à penser que l'expension de l'Univers (selon ces théories) se traduirait par la création de quantas d'espace, est-ce que je me trompe ?

(Oui = explication bienvenues ; non = cool, et ça me suffit comme réponse)

Merci pour vos éclaircissements (en espérant pas faire le boulet qui pose une question triviale ou con)
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[_Goel_]

(réponse de Chat GPT au cas où)

Dans le contexte de la gravité quantique à boucles (LQG), l'espace est modélisé sous forme de réseaux de spins (spin networks), où les bords (edges) et les sommets (vertices) représentent des quantas d'espace.

La réponse de Martin Bojowald explique que, lorsque l'univers se dilate, deux choses se produisent en même temps :

Le nombre de bords et de sommets change (ce qui suggère qu'il y a création de nouveaux quantas d'espace).
Les propriétés géométriques de ces bords et sommets changent aussi (c'est-à-dire leur "excitation", un peu comme des niveaux d'énergie quantiques).
Cependant, dans les modèles cosmologiques simplifiés (comme en Loop Quantum Cosmology - LQC), on fait des approximations drastiques en supposant que l'univers est parfaitement homogène. En faisant ça, tous les détails compliqués des bords et des sommets disparaissent, et on ne se concentre que sur un ou deux "nombres quantiques" globaux pour décrire l'univers. Du coup, dans ces modèles simplifiés, on ne peut pas vraiment voir ce qui arrive aux détails des réseaux de spins.

Bref, la LQG dit que l'expansion de l'univers implique un changement dans les réseaux de spins, mais les modèles cosmologiques simples n'entrent pas dans ces détails. Ils lissent tout et travaillent avec des propriétés à grande échelle.

[Avatar10]

est-ce que je me trompe ?

difficile à dire tellement votre question est interprétable de différentes manières.

l'expension de l'Univers (selon ces théories)

Vous parlez de quelles théories? celles qui quantifient l'espace-temps? la réponse tombe sous le sens...donc je suppose que vous parlez des autres théories, dont la RG, exact? Si c'est le cas, vous comparer des théories et donc des concepts qui parlent du même sujet (l'espace-temps) mais les traitent de manière complètement différente, alors il me semble que c'est une erreur de vouloir amener le concept de quanta d'espace-temps en RG puisque cette théorie n'est pas quantifiée.

[Amanuensis]

Le mot "théorie" est particulièrement piégeant. Faudrait savoir distinguer spéculations (y compris très savantes et ressortissant à la physique), et la physique prédictive, en particulier permettant de concevoir et réaliser des machines fiables...

[A voir en vidéo sur Futura]

[ThM55]

Concernant la LQG, Thomas Thiemann, un physicien spécialiste de cette théorie a écrit quelques articles faciles à lire (en anglais mais si vous ne lisez pas l'anglais vous avez des traducteurs dans les navigateurs ou les moteurs de recherche). Pour les réseaux de spin: https://www.einstein-online.info/en/...spin_networks/ . Pour la quantification de l'espace et la singularité du big bang: https://www.einstein-online.info/en/...ilding_blocks/ .

Il explique que ce réseau de spin est un graphe comportant des sommets reliés par des lignes portant une notion de spin. Un tel réseau doit être compris comme un état quantique, soumis aux relations d'incertitude d'Heisenberg, donc pas quelque chose de figé, c'est beaucoup plus compliqué en fait. C'est une vue microscopique extrême. Le plus curieux est que la grandeur quantifiée concerne le dual du graphe et non pas le graphe lui-même avec ses liens; c'est un opérateur qui représente la mesure d'une aire. Quand une surface coupe un lien, ce lien apporte une contribution à la mesure de son aire qui est quantifiée. Cette aire élémentaire est de l'ordre du carré de la longueur de Planck. Il faut bien voir cela comme un système dynamique et même chaotique au niveau microscopique, avec des sommets et des liens qui apparaissent et disparaissent, des valeurs de spins qui changent etc. L'espace que nous connaissons n'apparaît qu'en moyenne à des échelles beaucoup plus grandes que celle de Planck, où un effet de lissage se produit. Donc en effet si le volume augmente, le nombre de sommets et de liens doit aussi augmenter en moyenne, c'est parfaitement évident.

Je suis sûr que Deedee aurait expliqué tout cela mieux que moi, il connaissait bien ces questions.

C'est bien entendu très spéculatif. On a beaucoup parlé de la théorie des cordes pour signaler qu'elle n'a aucune confirmation expérimentale, mais la LQG n'en a pas davantage. C'est malheureusement le cas pour toutes les théories de quantification de la gravitation et cela est dû à l'extrême faiblesse de la gravité par rapport aux autres forces dans les expériences à notre portée et c'est une situation qui est appelée à durer. Il faut espérer qu'une prédiction précise relative à des choses encore mystérieuses comme la matière noire ou l'énergie sombre puisse aider à rendre réfutable l'une ou l'autre de ces théories.

[Avatar10]

On a beaucoup parlé de la théorie des cordes pour signaler qu'elle n'a aucune confirmation expérimentale.

Il y a des propositions par moyens indirects. Je ne jugerais pas ces propositions, j'en suis bien incapable, mais il me semble que le statut est passé de "impossible à confirmer" à "mouais"

[Amanuensis]

cela est dû à l'extrême faiblesse de la gravité par rapport aux autres forces dans les expériences à notre portée

Curieuse remarque, puisque la "force de gravitation" (telle que présentée par la théorie de Newton) est la seule qu'on ressente à notre échelle! Sans compter ses effets très visibles sur les planètes et autres. Et ce par le côté cumulatif.

La "faiblesse" très relative n'est peut-être pas le problème. La gravitation se démarque fortement des autres phénomènes appelée 'forces' (interactions) par des tas d'aspects, dont on peut citer la relation avec l'inertie, ou la nature de l'énergie-quantité de mouvement.

Même l'appeler une "force" est douteux.

[ThM55]

Curieuse remarque, puisque la "force de gravitation" (telle que présentée par la théorie de Newton) est la seule qu'on ressente à notre échelle! Sans compter ses effets très visibles sur les planètes et autres. Et ce par le côté cumulatif.

La "faiblesse" très relative n'est peut-être pas le problème. La gravitation se démarque fortement des autres phénomènes appelée 'forces' (interactions) par des tas d'aspects, dont on peut citer la relation avec l'inertie, ou la nature de l'énergie-quantité de mouvement.

Même l'appeler une "force" est douteux.

Mince, il faut toujours mettre les points sur les i sur ce forum si on ne veut pas se faire taper sur les doigts! Je faisais évidemment allusion à la nécessité de tenir compte à la fois de la théorie quantique et de la relativité générale, ce qui correspond à l'échelle de Planck. Elle est directement liée à la petitesse de G. Aux échelles les plus habituelles où les effets quantiques sont présents comme les atomes ou les particules, l'interaction gravitationnelle ne joue aucun rôle mesurable, elle est négligeable par rapport aux autres interactions. Ce n'est plus vrai à l'échelle de Planck, de manière essentielle, mais elle est inaccessible à nos expériences actuelles et cela va durer encore longtemps, c'est pourquoi je ne crois pas qu'on aura une théorie quantique de la gravité de notre vivant ni de celui des prochaines générations. Si l'interaction gravitationnelle est dominante à notre échelle et aux échelles cosmiques, c'est dû à des circonstance qui n'ont rien à voir: la neutralisation globale des charges électriques et la faible portée des interactions faible et forte.

[Amanuensis]

Mon point principal n'est pas de "taper sur les doigts", mais de souligner qu'il y a peut-être des raisons plus profondes à la difficulté d'intégrer la gravitation aux autres interactions que les considérations d'échelle.

[Amanuensis]

Bonjour,

J'ai la désagréable impression d'avoir "bloqué" la discussion. Désolé si j'ai offensé, ce n'était pas désiré.

Je reviens sur les deux points que j'ai soulevés.

Le premier est que la GTR (RG en français) fédère la gravitation (au sens de Newton) et les "forces d'inertie". Or ces "forces d'inertie" ne sont pas le résultat cumulatif de "petites forces"; sont parfaitement "sensibles" à notre échelle; et sont aisément sujettes à expérimentation. En GTR ce qui propre à la gravitation se limite à ce qu'en classique on appelle "forces de marées", et cela ne ressemble pas du tout aux autres trois interactions. Et cela indique aussi une relation particulière en le phénomène d'inertie et la gravitation (e.g., comme l'exploite le principe de Mach).

Le deuxième point est l'équivalent de la charge (é.m., ou nucléaire) qu'on présente pour l'interaction gravitationnelle, à savoir l'énergie-quantité de mouvement (qui est présentée comme "source" dans l'équation d'Einstein). Ses propriétés (et même son statut) diffèrent profondément de celles des charges pour les interactions quantifiées. Le plus évident est son universalité: en brutal, il n'existe rien dont l'énergie-qm soit nulle (1). Il y a équivalence entre "exister" (en physique!) et "avoir une énergie-qm non nulle". Une des conséquence est l'impossibilité d'expériences n'impliquant pas, ne serait-ce de manière infime, la gravitation.

(1) L'énergie-qm peut avoir une valeur absolue nulle, sans être nulle. C'est le cas usuellement proposé pour le "photon". Notons que cela empêche de voir la masse, ou tout autre grandeur scalaire, comme la charge pour la gravitation, autre particularité.

Je pense que ces points sont, bien plus que les considérations d'échelle, des raisons de penser, comme ThM55, que la situation actuelle des tentatives de quantifier l'interaction gravitationnelle "est appelée à durer".