Il y a un siècle, la physique a connu une succession rapide de découvertes qui ont révolutionné notre compréhension de l’univers. Cependant, ces derniers temps, ce domaine semble avoir atteint un plateau. Les mêmes questions fondamentales qui ont perplexé les scientifiques il y a un siècle continuent de nous intriguer aujourd’hui. En particulier, les mystères de la matière noire, la véritable signification de la mécanique quantique et l’harmonie insaisissable entre la gravité et la physique quantique sont restés sans solution.
Récemment, un mince espoir est apparu avec les travaux de Jonathan Oppenheim, professeur de théorie quantique à University College London. La perspective unique d’Oppenheim a attiré mon attention car nous partageons tous les deux une histoire intellectuelle d’étude des trous noirs et du paradoxe de l’information qui les entoure. Bien que nos chemins divergent en ce qui concerne la cause profonde du problème, la proposition d’Oppenheim de blâmer la gravité offre une possibilité intrigante.
Oppenheim suggère une idée simple mais radicale : introduire de l’aléatoire dans la gravité, semblable à l’imprévisibilité inhérente de la mécanique quantique. Contrairement à d’autres forces fondamentales, telles que l’électromagnétisme et les forces nucléaires forte et faible, qui sont décrites par des processus quantiques, la gravité reste une théorie classique, telle que décrite par la relativité générale d’Einstein. Elle adhère au déterminisme, où les événements futurs peuvent être déduits des événements passés. En revanche, la mécanique quantique embrasse l’aléatoire et les incertitudes inhérentes.
Einstein, un partisan fervent du déterminisme, croyait que l’aléatoire de la mécanique quantique indiquait une incomplétude fondamentale dans la théorie. Son espoir était de trouver une théorie classique qui puisse expliquer pleinement le fonctionnement de l’univers. Malgré le succès empirique de la relativité générale, elle ne parvient pas à expliquer certaines situations qui se produisent dans la nature où les propriétés quantiques sont en jeu.
Par exemple, considérez la célèbre expérience des fentes d’Young avec des électrons. Ces particules présentent une dualité onde-particule, ce qui signifie qu’elles peuvent passer à travers les deux fentes simultanément. Cependant, si les électrons possèdent une masse, ce qui génère une attraction gravitationnelle, comment la relativité générale peut-elle prendre en compte leur présence simultanée en deux endroits ? La théorie n’offre pas de réponse satisfaisante.
Des difficultés similaires surgissent lorsqu’on essaie de comprendre des phénomènes tels que les trous noirs et le Big Bang. Les mathématiques d’Einstein ne peuvent tout simplement pas traiter ces cas extrêmes. Les physiciens ont depuis longtemps cherché une théorie qui puisse concilier la mécanique quantique avec la gravité, appelée « gravité quantique ».
Bien que des tentatives aient été faites dans les années 1930 pour formuler une théorie quantique de la gravité, ces efforts ont finalement échoué. Richard Feynman et Bryce DeWitt, entre autres, ont exploré les possibilités de quantifier la gravité à l’aide de cadres mathématiques existants. Malheureusement, la théorie résultante, connue sous le nom de gravité quantifiée de manière perturbative, s’est révélée insuffisante lorsqu’elle est étendue à des scénarios extrêmes.
Malgré les défis, la proposition d’Oppenheim d’introduire de l’aléatoire dans la gravité ouvre de nouvelles avenues d’exploration. En embrassant la nature imprévisible de la mécanique quantique et en la fusionnant avec la gravité, nous pourrions enfin trouver une solution aux problèmes de longue date qui ont tourmenté les physiciens pendant un siècle. Bien que le chemin à parcourir puisse être ardu, avec les travaux d’Oppenheim comme source d’inspiration, nous pouvons renouveler nos efforts pour dévoiler les mystères de l’univers et forger une nouvelle compréhension de la physique.
FAQ :
1. Quels sont les principaux mystères non résolus en physique ?
Les principaux mystères non résolus en physique incluent la nature de la matière noire, la véritable signification de la mécanique quantique et la conciliation de la gravité avec la physique quantique.
2. Qui est Jonathan Oppenheim ?
Jonathan Oppenheim est un professeur de théorie quantique à l’University College London. Il a apporté des contributions à l’étude des trous noirs et du paradoxe de l’information qui les entoure.
3. Quelle est la proposition d’Oppenheim pour résoudre les mystères de la physique ?
Oppenheim propose d’introduire de l’aléatoire dans la gravité, semblable à l’imprévisibilité inhérente de la mécanique quantique. Cela pourrait potentiellement concilier la mécanique quantique avec la gravité et fournir des solutions à des problèmes de longue date en physique.
4. Quelle est la différence entre la mécanique quantique et la relativité générale ?
La mécanique quantique est une théorie qui décrit le comportement des particules au niveau atomique et subatomique et qui embrasse l’aléatoire et les incertitudes inhérentes. La relativité générale, en revanche, est une théorie classique qui décrit la gravité et adhère au déterminisme, où les événements futurs peuvent être déduits des événements passés.
5. Pourquoi la relativité générale ne parvient-elle pas à expliquer certaines situations ?
La relativité générale ne parvient pas à expliquer certaines situations, telles que le comportement des particules présentant à la fois des caractéristiques ondulatoires et particulières (dualité onde-particule) et des scénarios extrêmes tels que les trous noirs. La théorie est insuffisante lorsqu’il s’agit d’incorporer des propriétés quantiques.
Termes clés :
1. Matière noire : Une forme de matière hypothétique qui est censée représenter une partie importante de la masse totale de l’univers, mais qui n’émet, n’absorbe ni n’interagit avec la lumière ou le rayonnement électromagnétique.
2. Mécanique quantique : Une branche de la physique qui étudie le comportement des particules au niveau atomique et subatomique, impliquant les principes de la dualité onde-particule, de la superposition et de l’incertitude.
3. Relativité générale : La théorie de la gravité d’Einstein qui décrit la force gravitationnelle comme la courbure de l’espace-temps causée par la masse et l’énergie.
4. Déterminisme : Le concept philosophique selon lequel tous les événements, y compris les événements futurs, sont déterminés par des événements antérieurs et les lois de la nature.
Liens connexes :
Physics World
Nature – Physics
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