Une percée potentielle promet de réconcilier les deux piliers de la physique moderne

Dans le monde de la physique, deux théories ont longtemps dominé, dictant la compréhension de l’Univers à des échelles radicalement différentes : la relativité générale et la théorie quantique. Jusqu’à présent, ces deux géants semblaient inconciliables, mais une nouvelle théorie proposée par Jonathan Oppenheim, physicien à l’University College London, publiée dans Physical Review X, avec une méthode expérimentale décrite dans Nature Communications, pourrait changer la donne.

La dualité historique entre la relativité générale et la théorie quantique

Dans le monde de la physique, certaines rivalités semblent insurmontables. On pourrait penser à des duels célèbres de l’histoire ou de la fiction, mais dans le domaine scientifique, c’est la tension entre la relativité générale et la théorie quantique qui domine. Ces deux cadres théoriques, essentiels pour comprendre l’Univers, ont longtemps semblé irréconciliables.

Lire aussi Des physiciens observent pour la première fois une particule décrite il y a plus d’une décennie

L’Univers présente un comportement non uniforme à toutes les échelles. Basée sur la façon dont la gravité courbe l’espace-temps, la relativité générale est la théorie qui explique les interactions gravitationnelles dans l’Univers physique à grande échelle. La relativité générale permet de prédire certains aspects de l’Univers, tels que les ondes gravitationnelles, l’effet de lentille gravitationnelle et les comportements spécifiques des trous noirs.

En parallèle, la théorie quantique, avec ses règles distinctes, décrit le comportement de la matière à l’échelle atomique et subatomique, là où la gravité opère différemment. Les physiciens cherchent depuis des décennies à unifier ces deux théories. Des approches comme la théorie des cordes et la théorie des boucles quantiques tentent de quantifier la gravité. Cependant, la proposition d’Oppenheim s’écarte radicalement de ces idées.

La proposition d’Oppenheim

Jonathan Oppenheim souligne l’importance de résoudre l’incompatibilité mathématique entre la théorie quantique et la relativité générale d’Einstein. Il questionne la nature de l’espace-temps et les modifications nécessaires à apporter à la théorie quantique pour résoudre ce paradoxe. Sa théorie suggère que l’espace-temps, plutôt que d’être quantifié, pourrait être entièrement régi par la physique classique.

Lire aussi Des scientifiques dévoilent la structure interne d’un neutron avec une précision effarante

Oppenheim compare la réalité à l’écran d’un ordinateur : de loin, l’image semble continue, mais en se rapprochant, on découvre qu’elle est composée de pixels. La théorie quantique perçoit l’Univers de cette manière. Cependant, si l’espace-temps n’est pas quantique, il resterait lisse, peu importe le niveau de zoom.

La théorie d’Oppenheim postule que l’espace-temps serait non seulement lisse, mais aussi sujet à des fluctuations imprévisibles. Ces fluctuations devraient être plus importantes que celles prédites par la théorie quantique, offrant ainsi une possibilité de test expérimental. Zach Weller-Davies, de l’University College London, explique que si l’espace-temps est dépourvu de nature quantique, il devrait présenter des fluctuations aléatoires de courbure avec une signature spécifique, détectable expérimentalement.

L’avis de la communauté scientifique

La résolution de la divergence entre relativité et mécanique quantique nécessitera des preuves exceptionnelles. La proposition d’Oppenheim rencontre une certaine résistance dans la communauté scientifique. Des physiciens comme Carlo Rovelli et Geoff Penington, convaincus que la théorie quantique peut expliquer la gravité, ont même parié contre sa théorie.

Lire aussi Des scientifiques dévoilent le tout premier portrait d’un photon isolé

Néanmoins, même l’absence de résultats dans une expérience peut apporter des enseignements précieux. Les expériences proposées pour tester la nature de l’espace-temps, bien que complexes, sont cruciales pour la compréhension des lois fondamentales de la nature. Selon le physicien Sougato Bose de l’University College London, ces expériences pourraient apporter des réponses dans les deux prochaines décennies.

La théorie d’Oppenheim ouvre un nouveau chapitre dans la quête de l’unification de la physique. Que cette théorie soit validée ou réfutée par des expériences futures, elle marque un pas significatif dans la quête incessante de compréhension de l’Univers. Elle rappelle que dans le domaine de la physique, chaque nouvelle idée, chaque proposition audacieuse est une pierre ajoutée à l’édifice du savoir, rapprochant un peu plus des réponses aux grandes questions de l’Univers.