Nous pouvons essayer de nous représenter l'ensemble des théories en physique, comme un vaste magasin ou entrepôt presque à perte de vue. À lui seul, le rayon des théories qui cherchent à unir la physique quantique et la relativité générale est passablement garni. Une chatte peut en perdre facilement ses petits. C'est sans compter la multitude de théories qui cherchent à étendre la relativité générale d'Einstein ou qui ont proposé d'autres théories de la gravitation sans tenir compte de les faire fusionner à la mécanique quantique. Sans parler, bien sûr, du champ, encore plus vaste, de tous les autres domaines théoriques de la physique. Face à une telle explosion conceptuelle, soit les membres de cette communauté choisissent de travailler sur une théorie qui leur semble prometteuse, soit ils en proposent une nouvelle. Parmi ces conceptions théoriques, certaines, qui sont anciennes, connaissent parfois une résurrection. C'est de l'une d'elles dont il va être question un peu plus loin, mais avant de vous la présenter, je pense qu'il est bon de se demander pourquoi la gravité devrait-elle avoir à la fois une composante classique et une composante quantique?
En fait, posséder à la fois une composante quantique et une composante classique est une idée qui est explorée pour concilier la relativité générale et son espace-temps continu, et la mécanique quantique avec son monde discret. En gros, l'idée est que la gravité se comporte de manière classique à grande échelle, tout en révélant des aspects quantiques, voire des « quanta d'espace-temps », à l'échelle de Planck. Ce qui apparaît par contre si naturel s'avère étonnamment difficile. Face à d'incessantes difficultés, théoriciens et théoriciennes exigent chaque fois plus que leur imagination leur révèle des conceptions jusque-là insoupçonnées de notre univers. Plusieurs de celles-ci sont intéressantes, voire stimulantes, au nombre desquelles on trouve des théories faisant appel à des dimensions supplémentaires, certaines spatiales, d'autres temporelles.
C'est déjà un tour de force que d'arriver à concocter une théorie qui respecte tous les critères de cohérence qu'il se doit tout en retrouvant bien sûr les résultats expérimentaux obtenus jusqu'ici. C'en est un autre encore plus grand que de parvenir à formuler une théorie qui puisse avoir une chance d'être validée expérimentalement avec les moyens technologiques de notre époque du fait de nouvelles prédictions de ladite théorie. Bien souvent, le chemin est long pour y parvenir.
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Pour en revenir au problème central de cet article, si la conception unificatrice pour unir monde classique et monde quantique rencontre tant de problèmes, pourquoi alors ne pas explorer plus à fond la conception dualiste? Accepter que deux composantes de la gravité, l'une classique et l'autre quantique, puissent se référer à deux espaces distincts : l'un pour les phénomènes classiques et l'autre pour les phénomènes quantiques. De façon naturelle, le premier référerait à la continuité spatio-temporelle de la relativité générale sans rencontrer d'échelle limite, alors que le second espace serait celui où l'on retrouverait les phénomènes quantiques. Cet espace existe aussi, c'est celui du vide quantique. Soit mais pourquoi les maintenir distincts plutôt que d'essayer de les unifier? Et bien pour retrouver une autre dualité bien connue : la dualité onde-particule. Il faut rappeler que c'est sur l'existence des ondes électromagnétiques de Maxwell que s'est édifiée la théorie de la relativité. De là, en découlent, via la relativité restreinte, la relativité générale et son espace-temps continu. Or, tout le domaine des ondes électromagnétiques est celui où se manifeste la continuité spatiale et temporelle. À contrario, celui des atomes et des particules nous révèle la discontinuité de divers phénomènes, dont les fameux sauts quantiques des électrons des orbites électroniques des atomes.
Il n'y aura peut-être pas de cadre théorique qui prendra en charge ce type de dualité spatiale et temporelle proposée ici, mais il est malgré tout intéressant de présenter dans cet article la théorie renouvelée dont je vous parlais plus haut. On l'a baptisé "gravité quadratique". Celle-ci a vu le jour au milieu des années 1970. Kellogg Stelle en est le créateur. Il s'agit d'une extension de la relativité générale. Dès le départ, elle avait le mérite d'éviter de voir surgir des infinis dans les calculs. On dit qu'elle est renormalisable. Elle a finalement été mise de côté, car elle faisait surgir un type de particules d'énergie négative. Ce n'est que dans les années 2010 que l'on s'est intéressé réellement de nouveau à cette formulation en s'apercevant, entre autres, que les difficultés engendrées par le type de particules négatives en question n'étaient pas insurmontables. On s'est aussi aperçu qu'elle pouvait rendre compte de certains modèles d'inflation cosmique en cosmologie. Bref revoilà donc cette théorie sur les rails. Un fait mathématique important concernant les collisions de gravitons a aussi été mis en évidence : plus les collisions sont intenses, plus la gravité s'affaiblit, simplifiant les calculs – un phénomène connu sous le nom de liberté asymptotique. Cette constatation renforce l’idée de l'existence d'un espace-temps continu à toutes les échelles. Voilà qui est intéressant, car si cela se confirme, nous aurons alors dans une même théorie l'existence de gravitons - signature d'une gravité quantique - et celle d'un espace-temps continu - signature d'une gravité classique. D'où l'idée de faire intervenir ces deux composantes comme étant nécessaires à cette force gravitationnelle et, par le fait même, impliquer l'existence de deux espaces distincts. Dans le prochain article, j'apporterai un indice qui suggère que la gravité pourrait avoir une composante quantique et une composante classique.




