mars 29, 2024

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Pourquoi de plus en plus de physiciens commencent à penser que l’espace et le temps sont des « illusions »

Pourquoi de plus en plus de physiciens commencent à penser que l’espace et le temps sont des « illusions »

En décembre dernier, le prix Nobel de physique a été décerné pour la confirmation expérimentale d’un phénomène quantique connu depuis plus de 80 ans : l’intrication. Tels qu’ils ont été conçus par Albert Einstein et ses collaborateurs en 1935, les objets quantiques peuvent être mystérieusement liés même s’ils sont séparés par de grandes distances. Mais aussi bizarre que le phénomène puisse paraître, pourquoi cette idée ancienne mérite-t-elle encore le prix le plus prestigieux de physique ?

Par coïncidence, quelques semaines seulement avant que les récents lauréats du prix Nobel ne soient honorés à Stockholm, une autre équipe d’éminents scientifiques de Harvard, du MIT, de Caltech, du Fermilab et de Google a rapporté qu’ils avaient effectué une opération sur l’ordinateur quantique de Google qui pouvait être interprétée comme une piqûre. Les trous de ver sont des tunnels à travers l’univers qui peuvent agir comme un raccourci dans l’espace et le temps et sont appréciés des fans de science-fiction, et bien que le tunnel réalisé dans cette dernière expérience n’existe que dans un jeu d’univers 2D, cela pourrait être une percée pour de futures recherches. à la pointe de la physique. .

Mais pourquoi l’intrication est-elle liée à l’espace et au temps ? Et en quoi cela pourrait-il être important pour les futures percées en physique ? Le concept d’intrication, bien compris, signifie que l’univers est « monométrique », comme l’appellent les philosophes, et que tout dans l’univers, à un niveau fondamental, fait partie d’un tout unifié. Une caractéristique déterminante de la mécanique quantique est que sa réalité fondamentale est décrite en termes d’onde, et l’univers monadique nécessite une fonction globale. Il y a des décennies, des chercheurs tels que Hugh Everett et Dieter Zeh ont montré comment la réalité de notre vie quotidienne pouvait émerger d’une description aussi complète de la mécanique quantique. Mais ce n’est que maintenant que des chercheurs tels que Leonard Susskind ou Sean Carroll développent des idées sur la façon dont cette réalité quantique cachée pourrait expliquer non seulement la matière, mais aussi le tissu même de l’espace et du temps.

L’intrication est bien plus qu’un simple phénomène quantique étrange. C’est le principe d’action qui explique à la fois pourquoi la mécanique quantique fusionne le monde en un seul et pourquoi nous expérimentons cette unité fondamentale comme autant de choses séparées. En même temps, l’enchevêtrement est la raison pour laquelle nous semblons vivre dans la réalité classique. Il est – au sens littéral du terme – le ciment et créateur de mondes. L’intrication s’applique aux objets constitués de deux composants ou plus et décrit ce qui se passe lorsque le principe quantique selon lequel « tout ce qui peut réellement arriver » est appliqué à ces objets composants. En conséquence, l’état d’intrication est la superposition de toutes les combinaisons possibles dans lesquelles les composants de l’objet composant peuvent se trouver pour produire le même résultat global. Encore une fois, c’est la nature ondulée du champ quantique qui pourrait aider à expliquer comment l’intrication fonctionne réellement.

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Imaginez une mer de verre parfaitement calme un jour de tempête. Maintenant demandez-vous, comment un tel niveau peut-il être produit en superposant deux modèles d’ondes individuels ? Une possibilité est que la superposition de deux surfaces parfaitement planes conduise à nouveau à un résultat parfaitement plat. Mais une autre possibilité qu’une surface plane puisse en résulter est si deux modèles de vagues identiques sont superposés par un demi-cycle d’oscillation l’un sur l’autre, de sorte que les crêtes des vagues d’un modèle éliminent les creux des vagues de l’autre et vice versa. Si nous nous contentions d’observer la circonférence du corps vitré, puisqu’elle est le résultat de deux renflements ensemble, il n’y aurait aucun moyen pour nous de dire les motifs des renflements individuels. Ce qui semble parfaitement ordinaire quand on parle d’ondes a des conséquences encore plus bizarres lorsqu’on l’applique à des réalités concurrentes. Si votre voisine vous dit qu’elle a deux chats, l’un vivant et l’autre mort, cela signifie que le premier ou le deuxième chat est mort et que le chat restant, respectivement, est vivant – ce serait une façon étrange et effrayante de décrire les animaux de compagnie, et vous ne saurez peut-être pas lequel d’entre eux est le plus chanceux, mais vous serez à la dérive du voisin. Ce n’est pas le cas dans le domaine quantique. En mécanique quantique, le même énoncé indique que les deux chats fusionnent en une superposition d’états, dont le premier chat est vivant et le second est mort et le premier chat est mort tandis que l’autre est vivant, mais aussi des possibilités où les deux chats sont à moitié vivant et à moitié mort, ou que le premier chat est Un tiers d’entre eux sont vivants, tandis que les deuxièmes chats totalisent les deux tiers de la vie perdue. Dans une paire quantitative de chats, les destins et les circonstances des animaux individuels se dissolvent complètement dans le cas de l’ensemble. De même, dans l’univers quantique, il n’y a pas d’objets individuels. Tout ce qui existe est combiné en un seul « un ».

L’intrication quantique révèle un tout nouveau et vaste domaine à explorer. Il définit une nouvelle fondation pour la science et bouleverse notre recherche d’une théorie de tout – pour s’appuyer sur la cosmologie quantique plutôt que sur la physique des particules ou la théorie des cordes. Mais dans quelle mesure est-il réaliste pour les physiciens d’adopter une telle approche ? Étonnamment, ce n’est pas seulement réaliste – ils le font réellement. Des chercheurs à la pointe de la gravitation quantique commencent à repenser l’espace-temps en conséquence de l’intrication. Un nombre croissant de scientifiques en sont venus à fonder leurs recherches sur l’inséparabilité de l’univers. Les espoirs sont grands qu’en adoptant cette approche, ils puissent enfin comprendre l’espace et le temps, dans les profondeurs de sa fondation, vraiment.

Que l’espace soit maintenu par un enchevêtrement, que la physique soit décrite par des objets abstraits au-delà de l’espace et du temps ou de l’espace des possibilités représenté par la fonction d’onde universelle d’Everett, ou que tout dans l’univers soit réduit à un seul objet quantique – toutes ces idées partagent un caractère distinctif. saveur de monisme. À l’heure actuelle, il est difficile de juger laquelle de ces idées informera l’avenir de la physique et laquelle finira par s’éteindre. Ce qui est intéressant, c’est que si les idées ont été développées à l’origine dans le contexte de la théorie des cordes, elles semblent avoir dépassé la théorie des cordes, et les cordes ne jouent plus de rôle dans les dernières recherches. Le fil conducteur semble désormais être que l’espace et le temps ne sont plus essentiels. La physique contemporaine ne commence pas avec l’espace et le temps pour continuer les choses disposées dans cet arrière-plan préexistant. Au lieu de cela, l’espace et le temps se voient comme les produits d’une réalité de projection plus fondamentale. Nathan Cyberg, un pionnier des théoriciens des cordes à l’Institute for Advanced Study de Princeton, n’est pas seul dans son sentiment lorsqu’il dit : « Je suis presque certain que l’espace et le temps sont des illusions. Ce sont des concepts rudimentaires qui vont être remplacés par quelque chose de plus complexe. » De plus, dans la plupart des scénarios qui proposent des espaces-temps émergents, l’intrication joue le rôle principal. Comme le souligne le philosophe des sciences Rasmus Yaxland, cela signifie finalement qu’il n’y a plus d’objets individuels dans l’univers ; Que tout est connecté à tout le reste : « Pour embrasser l’intrication comme le monde fait relation, cela se fait au prix de l’abandon de la possibilité de séparation. Mais peut-être que ceux qui sont prêts à franchir cette étape devraient se tourner vers l’intrication pour la relation de base par laquelle elle façonnera ce monde (et peut-être tout le potentiel de l’autre monde). » Ainsi, lorsque l’espace et le temps disparaissent, un unifié émerge.

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Au contraire, du point de vue du monisme quantique, de telles conséquences ahurissantes de la gravité quantique ne sont pas loin. Déjà dans la théorie de la relativité générale d’Einstein, l’espace n’est plus une phase stationnaire. C’est plutôt la source des masses de matière et de son énergie. Tout comme le point de vue du philosophe allemand Gottfried W. Leibniz, il décrit l’ordre relatif des choses. Si maintenant, selon l’unité quantitative, il n’y a plus qu’une chose, il n’y a plus rien à ranger ou à ranger, et finalement il n’y a plus besoin du concept d’espace à ce niveau fondamental de description. Il est « l’Un », un univers quantique unique donnant naissance à l’espace, au temps et à la matière.

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« GR = QM », a déclaré Leonard Susskind avec audace dans une lettre ouverte aux chercheurs en science de l’information quantique : la relativité générale n’est rien d’autre que la mécanique quantique – une théorie centenaire qui a été appliquée avec beaucoup de succès à toutes sortes de choses mais jamais était vraiment. Totalement compréhensible. Comme le souligne Sean Carroll, « la gravité a probablement eu tort de quantifier, et l’espace-temps s’est caché dans la mécanique quantique depuis le début. » Pour l’avenir, « au lieu de quantifier la gravité, nous devrions peut-être essayer la mécanique quantique. Ou, plus précisément mais de manière moins excitante, « trouver la gravité à l’intérieur de la mécanique quantique », suggère Carroll sur son blog. Quantum sérieux dès le départ, si on le comprend comme une théorie qui ne se produit pas dans l’espace et le temps mais dans une réalité de dispositif d’affichage plus fondamentale, de nombreuses impasses dans l’exploration de la gravité quantique auraient pu être évitées. Si nous avions accepté les effets monistes de la mécanique quantique – L’héritage d’un trois-mille- philosophie vieille d’un an adoptée dans l’Antiquité, persécutée au Moyen Âge, ravivée à la Renaissance, bricolée dans le romantisme – dès qu’Everett et Zee y ont fait allusion plutôt que de s’en tenir à l’interprétation de l’abréviation de mécanique du pionnier quantique influent Niels Bohr. en outil, nous serons sur la bonne voie pour démystifier les fondements mêmes de la réalité.

Adapté de Un : comment une idée ancienne détient l’avenir de la physique par Heinrich Bass. Copyright © 2023. Disponible auprès de Basic Books, une empreinte de Hachette Book Group, Inc. Tous droits réservés.