Unifier la gravité et la mécanique quantique sans avoir besoin de la gravité quantique – Physics World

Unifier la gravité et la mécanique quantique sans avoir besoin de la gravité quantique – Physics World

Horodatage: 8 janvier 2024 4:42 AM

Couplage quantique et classique
Couplage aléatoire : Jonathan Oppenheim a développé une nouvelle façon d'unifier la mécanique quantique et la théorie de la relativité générale. (Autorisation : Shutterstock/Rost9)

Jonathan Oppenheim à l'University College London a développé un nouveau cadre théorique visant à unifier la mécanique quantique et la gravité classique – sans avoir besoin d'une théorie de la gravité quantique. L’approche d’Oppenheim permet à la gravité de rester classique, tout en la couplant au monde quantique par un mécanisme stochastique (aléatoire).

Pendant des décennies, les physiciens théoriciens ont lutté pour concilier la théorie de la relativité générale d’Einstein – qui décrit la gravité – avec la théorie quantique, qui décrit à peu près tout le reste de la physique. Un problème fondamental est que la théorie quantique suppose que l’espace-temps est fixe, alors que la relativité générale affirme que l’espace-temps change dynamiquement en réponse à la présence d’objets massifs.

Jusqu’à présent, les efforts de réconciliation ont été dominés par l’idée que notre compréhension actuelle de la gravité est incomplète et qu’une description quantifiée de l’interaction est nécessaire. Ce raisonnement a conduit à de nombreuses pistes de recherche, notamment au développement de la théorie des cordes et de la gravité quantique à boucles. Cependant, les expériences visant à tester ces idées sont extrêmement difficiles et une théorie de la gravité quantique reste insaisissable.

Réalités couplées

La gravité quantique n’est pas la seule voie vers l’unification, et le problème peut être résolu en cherchant à savoir si la mécanique quantique et la relativité générale pourraient être couplées dans un état de coexistence.

Cependant, cette approche a été abandonnée car elle semble invoquer divers « théorèmes interdits » qui rendent le couplage impossible. En effet, de nombreux schémas de couplage violeraient le principe d’incertitude de Heisenberg, qui est un principe central de la théorie quantique.

Une hypothèse clé partagée par les schémas de couplage précédents est que la connexion entre les mondes quantique et gravitationnel est réversible. Cela signifie que si l’état du système est mesuré à un moment donné, il peut être utilisé avec ses équations de mouvement pour prédire son état à tout moment dans le passé ou dans le futur.

Oppenheim soutient que cette hypothèse n’est peut-être pas nécessaire et affirme que le couplage pourrait être stochastique. Cela signifie que les états passés et futurs du système ne peuvent pas être prédits de manière définitive sur la base d’une seule mesure. Au lieu de cela, le passé et l’avenir ne peuvent être prédits qu’à l’aide d’équations probabilistes qui présentent une gamme de possibilités.

Cadre stochastique

Dans son étude, Oppenheim s'appuie sur cette idée pour développer un nouveau cadre stochastique permettant de coupler les mondes quantique et gravitationnel classique. Puisque ces mondes ont des règles fondamentalement différentes, la théorie d’Oppenheim utilise des théories statistiques distinctes pour chacun d’eux.

Du côté quantique, Oppenheim suppose que les états du système sont constamment affectés par des fluctuations aléatoires du milieu environnant. Du côté classique, les états apparaissent plutôt comme des distributions de probabilité dans l’espace des phases du système.

En réunissant ces deux descriptions, Oppenheim décrit un seul « état quantique classique ». Cet état prédit simultanément la probabilité du système d’exister dans une région de l’espace des phases et son état quantique dans cette région particulière.

Cela a permis à Oppenheim de dériver une équation décrivant le couplage entre la mécanique quantique et la gravité classique, tout en préservant chacune de leurs caractéristiques uniques. Cela lui a permis d’explorer les implications physiques plus profondes de ses idées. Celles-ci incluent la possibilité de couplage entre la relativité générale et la théorie quantique des champs qui sous-tend le modèle standard de la physique des particules.

La proposition est décrite dans Examen physique X. Dans un article de point de vue accompagnant le document, Thomas Galley de l’Institut autrichien d’optique quantique et d’information quantique à Vienne, affirme que l’idée d’Oppenheim est à la fois radicale et conservatrice – rejetant des hypothèses fermement ancrées, tout en restant cohérente avec les lois physiques établies de longue date. Cependant, il prévient que « l’échange du quantisme contre la stochasticité comporte ses propres difficultés conceptuelles ». Il souligne que « Oppenheim découvre que des informations quantiques peuvent être perdues dans un trou noir, un résultat que de nombreux physiciens pourraient trouver inacceptable ».

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