Gravité quantique - Définition et Explications

Introduction


Mécanique quantique
 \hat H | \psi\rangle = i\hbar\frac{{\rm d}}{{\rm d}t}|\psi\rangle
Postulats de la mécanique quantique

Histoire de la mécanique quantique

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La gravité quantique est une branche de la physique théorique (La physique théorique est la branche de la physique qui étudie l’aspect théorique des lois...) tentant d'unifier la mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de...) et la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale...).

Problématique

La plupart des difficultés rencontrées lors de cette unification (Le concept d'unification est une notion centrale de la logique des prédicats ainsi que...) proviennent des suppositions radicalement différentes de ces théories sur le fonctionnement de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).

Une autre difficulté vient du succès de la mécanique quantique et de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) 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 (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :). Aussi aucune observation expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) n'est disponible pour donner des indices sur la façon de les combiner.

La mécanique quantique est basée sur les particules de médiation (Depuis l'essor de la médiation dans les années 1980, il existe plusieurs conceptions et...) des différentes forces utilisées dans l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise...) plat de la mécanique newtonienne (La mécanique newtonienne est une branche de la physique. Depuis les travaux d'Albert Einstein,...) ou de la relativité restreinte (La relativité restreinte est la théorie formelle élaborée par Albert Einstein...) tandis que la théorie de la relativité générale modélise la gravité comme une courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure...) de l'espace-temps dont le rayon se modifie lorsque la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) se déplace. Les voies les plus triviales pour combiner ces deux théories (telles que traiter la gravité comme un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) possédant une particule de médiation : le graviton) se heurtent au problème de renormalisation (En théorie quantique des champs (ou QFT), en mécanique statistique des champs, dans la...). En effet la gravité est sensible à la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) donc d'après le principe d'équivalence de la masse et de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) en relativité restreinte elle est aussi sensible à l'énergie. Un graviton (Le graviton est une particule élémentaire hypothétique qui transmettrait la...) 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 (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) 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 (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) 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 (Le champ de pesanteur (ou plus couramment pesanteur) est un champ attractif auquel sont soumis tous...) 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.

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