Gravité quantique - Définition
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Introduction
Mécanique quantique | ||||||||||||||
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| Postulats de la mécanique quantique Histoire de la mécanique quantique
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La gravité quantique est une branche de la physique théorique tentant d'unifier la mécanique quantique et la relativité générale.
Problématique
La plupart des difficultés rencontrées lors de cette unification proviennent des suppositions radicalement différentes de ces théories sur le fonctionnement de l'univers.
Une autre difficulté vient du succès de la mécanique quantique et de la théorie de la relativité générale. Toutes deux sont couronnées de succès et aucun phénomène ne les contredit. Les énergies et conditions auxquelles la gravité quantique pourrait être vérifiée sont inaccessibles à notre technologie. Aussi aucune observation expérimentale n'est disponible pour donner des indices sur la façon de les combiner.
La mécanique quantique est basée sur les particules de médiation des différentes forces utilisées dans l'espace-temps plat de la mécanique newtonienne ou de la relativité restreinte tandis que la théorie de la relativité générale modélise la gravité comme une courbure de l'espace-temps dont le rayon se modifie lorsque la matière se déplace. Les voies les plus triviales pour combiner ces deux théories (telles que traiter la gravité comme un champ possédant une particule de médiation : le graviton) se heurtent au problème de renormalisation. En effet la gravité est sensible à la masse donc d'après le principe d'équivalence de la masse et de l'énergie en relativité restreinte elle est aussi sensible à l'énergie. Un graviton doit donc interagir avec lui-même ce qui crée de nouveaux gravitons qui à leur tour interagissent à nouveau... Il apparaît donc des valeurs d'énergie infinies qui ne peuvent être éliminées.
L'approche générale utilisée pour dériver une théorie de la gravité quantique est de présumer que la théorie sous-jacente est simple et élégante puis d'examiner les symétries et indices pour les combiner en une théorie globale. Un problème avec cette approche est que l'on ne sait pas si la gravité quantique est une théorie simple et élégante.
Une telle théorie est nécessaire pour comprendre les problèmes invoquant de larges masses de matière ou d'énergie et de très petites dimensions d'espace telles que les trous noirs ou l'origine de l'univers.
Effet de la gravité en mécanique quantique
Bien qu'on ne dispose pas de description quantique de la gravité, il est possible de déterminer le comportement d'un objet quantique en présence de gravité. Prédire le mouvement d'une particule dans un champ de gravité (on utilise l'expression newtonienne de la gravité, suffisamment précise à cette échelle) est même un exercice classique pour les étudiants. On montre que les niveaux d'énergie potentielle de pesanteur sont bien quantifiés, même si la gravité elle-même ne l'est pas.
L'expérience a depuis été réalisée par Valery Nesvizhevsky et montre que les neutrons se trouvent bien aux trajectoires prédites par la mécanique quantique.
