{"id":670,"date":"2016-09-28T22:43:08","date_gmt":"2016-09-28T20:43:08","guid":{"rendered":"http:\/\/blogs.futura-sciences.com\/barrau\/?p=670"},"modified":"2016-09-28T23:31:02","modified_gmt":"2016-09-28T21:31:02","slug":"gravitation-quantique-on","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/barrau\/2016\/09\/28\/gravitation-quantique-on\/","title":{"rendered":"Gravitation quantique : o\u00f9 en est-on ?"},"content":{"rendered":"<p>Durant les 15 derniers jours, j\u2019ai eu le plaisir de participer \u00e0 deux congr\u00e8s internationaux de recherche sur la gravitation quantique auxquels j\u2019\u00e9tais invit\u00e9 pour pr\u00e9senter les travaux r\u00e9alis\u00e9s avec mes proches coll\u00e8gues (en particulier Boris Bolliet, Julien Grain, Killian Martineau, Francesca Vidotto). Le premier \u00ab <a href=\"https:\/\/indico.fias.uni-frankfurt.de\/event\/2\/\">Experimental Search for Quantum Gravity<\/a> \u00bb avait lieu \u00e0 l\u2019<a href=\"https:\/\/fias.uni-frankfurt.de\">Institute for Advanced Studies<\/a> de Frankfort, le second \u00ab <a href=\"https:\/\/workshops.aei.mpg.de\/emergentqg\/\">Emergent Spacetime in quantum gravity and Fundamental Cosmology<\/a> \u00bb se tenait \u00e0 l\u2019<a href=\"http:\/\/www.aei.mpg.de\">Institut Albert Einstein de G\u00f6lm<\/a>.<\/p>\n<p>Ce fut pour moi l\u2019occasion de mesurer une fois de plus la formidable vitalit\u00e9 des recherches en cours sur ces th\u00e9matiques ! Commen\u00e7ons par expliquer ce qu&#8217;est la gravitation quantique. Nous avons, en physique, deux grandes th\u00e9ories pour d\u00e9crire le r\u00e9el. D\u2019une part, il y a la m\u00e9canique quantique. Elle rend compte du comportement de la mati\u00e8re, en particulier \u00e0 l\u2019\u00e9chelle microscopique. D\u2019autre part, il y a la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale. Elle rend compte de la nature et de l\u2019\u00e9volution de l\u2019espace-temps. Autrement dit, la premi\u00e8re renseigne sur le contenu, la seconde sur le contenant. H\u00e9las, ces deux th\u00e9ories sont incompatibles l\u2019une avec l\u2019autre !<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-full wp-image-668\" src=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/barrau\/wp-content\/uploads\/sites\/12\/2016\/09\/2d96d9dc7e05c61f6ba7b892ff1e8f40.jpg\" alt=\"Vari\u00e9t\u00e9 de Calai-Yau en th\u00e9orie des cordes (by Stewart Dickson)\" width=\"510\" height=\"550\" srcset=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/barrau\/wp-content\/uploads\/sites\/12\/2016\/09\/2d96d9dc7e05c61f6ba7b892ff1e8f40.jpg 510w, https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/barrau\/wp-content\/uploads\/sites\/12\/2016\/09\/2d96d9dc7e05c61f6ba7b892ff1e8f40-417x450.jpg 417w\" sizes=\"auto, (max-width: 510px) 100vw, 510px\" \/><br \/>\n<!--more--><br \/>\nIl y a des raisons techniques complexes \u00e0 cette incompatibilit\u00e9. Elles sont par exemple associ\u00e9es \u00e0 ce qu\u2019on nomme la non-renormalisabilit\u00e9. La renormalisation est une technique usuelle en th\u00e9orie des champs, permettant de \u00ab r\u00e9gulariser \u00bb des grandeurs infinies afin de les rendre finies gr\u00e2ce \u00e0 une sorte de red\u00e9finition. Elle a fait ses preuves. Mais elle ne fonctionne pas avec la gravitation (d\u00e9crite par la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale). En parall\u00e8le de ces raisons math\u00e9matiques, il y a aussi des raisons plus intuitives \u00e0 la difficult\u00e9 de concilier les mondes quantiques et relativistes. Le temps, par exemple, est un simple param\u00e8tre ext\u00e9rieur en physique quantique. Quand on quantifie un syst\u00e8me il n\u2019est pas remplac\u00e9 par quoique ce soit de nouveau, tandis que la position (c\u2019est-\u00e0-dire l\u2019espace) est remplac\u00e9e par un op\u00e9rateur. Cela signifie qu\u2019en physique quantique l\u2019espace et le temps sont tr\u00e8s diff\u00e9rents. Au contraire, en relativit\u00e9 ils sont essentiellement \u00ab la m\u00eame chose \u00bb ! C\u2019est un probl\u00e8me. Second exemple : la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale est une th\u00e9orie g\u00e9om\u00e9trique. Mais la physique quantique impose, via le principe d\u2019incertitude de Heinserbeg, une sorte de \u00ab flou \u00bb qui est structurellement incompatible avec une description g\u00e9om\u00e9trique. C\u2019est un autre probl\u00e8me.<\/p>\n<p>Dans la plupart des situations il n\u2019est pas g\u00eanant que la physique quantique soit incompatible avec la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale parce que seule l\u2019une de ces th\u00e9ories est utilis\u00e9e. Par exemple quand on \u00e9tudie le comportement d\u2019un atome au laboratoire, les effets de courbure de l\u2019espace-temps sont totalement n\u00e9gligeables et il est possible de n\u2019utiliser que la physique quantique. A contrario, quand on d\u00e9crit deux trous noirs en orbite l\u2019un autour de l\u2019autre, \u00e9mettant des ondes gravitationnelles, nous n\u2019avons besoin que de relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale. Il y a pourtant quelques cas o\u00f9 il est manifeste que relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale et physique quantique sont requises simultan\u00e9ment : le voisinage du Big Bang et le coeur des trous noirs. De plus, la relativit\u00e9 conduit parfois \u00e0 des r\u00e9sultats incoh\u00e9rents et l\u2019histoire de la physique montre que dans de telles situations, c\u2019est souvent le fait de tenir compte de la physique quantique qui a permis de lever les difficult\u00e9s. Enfin, la relativit\u00e9 montre que l\u2019espace-temps est li\u00e9 \u00e0 la mati\u00e8re. Donc si la mati\u00e8re est quantique, l\u2019espace-temps doit l\u2019\u00eatre aussi. Et la gravit\u00e9 quantique est indispensable pour comprendre la v\u00e9ritable origine de l\u2019Univers. Voila de bonne raisons pour chercher cette fameuse th\u00e9orie.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-full wp-image-666\" src=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/barrau\/wp-content\/uploads\/sites\/12\/2016\/09\/foam.gif\" alt=\"Structure possible microscope de l'espace\" width=\"410\" height=\"231\" \/><\/p>\n<p>Elaborer une th\u00e9orie de gravitation quantique a \u00e9t\u00e9 l\u2019un des objectifs majeurs de la physique th\u00e9orique depuis un si\u00e8cle. Sans succ\u00e8s. Les difficult\u00e9s sont immenses. Il existe n\u00e9anmoins des voies prometteuses : la th\u00e9orie des cordes, la gravitation quantique \u00e0 boucles, la triangulation dynamique causale, la s\u00e9curit\u00e9 asymptotique, la g\u00e9om\u00e9trie non-commutative, les ensembles causaux, etc. Toutes ces approches ont leurs int\u00e9r\u00eats et leurs d\u00e9fauts. Aucune n\u2019est consensuelle. Aucune n\u2019est sans faiblesse du point de vue math\u00e9matique. Et, surtout, aucune ne jouit de la moindre corroboration exp\u00e9rimentale. Chaque communaut\u00e9 poursuit les calculs et tente d&#8217;en tirer les cons\u00e9quences.<\/p>\n<p>Trois \u00e9l\u00e9ments m\u2019ont sembl\u00e9 particuli\u00e8rement int\u00e9ressants \u00e0 ces conf\u00e9rences. Le premier est l\u2019extraordinaire vitalit\u00e9 de ce champ de recherche. Les chercheurs th\u00e9oriciens ont clairement (re)pris conscience de l\u2019importance essentielle de la gravitation quantique. Et les exp\u00e9rimentateurs s\u2019y mettent ! Il faut venir \u00e0 bout de ce probl\u00e8me. En particulier, outre les tr\u00e8s grands physiciens du domaine, bien connus et toujours actifs, j\u2019ai \u00e9t\u00e9 tr\u00e8s impressionn\u00e9 par nombre de jeunes chercheurs extr\u00eamement brillants.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-large wp-image-669\" src=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/barrau\/wp-content\/uploads\/sites\/12\/2016\/09\/spinnet-1024x628.png\" alt=\"spinnet\" width=\"474\" height=\"291\" srcset=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/barrau\/wp-content\/uploads\/sites\/12\/2016\/09\/spinnet-1024x628.png 1024w, https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/barrau\/wp-content\/uploads\/sites\/12\/2016\/09\/spinnet-450x276.png 450w, https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/barrau\/wp-content\/uploads\/sites\/12\/2016\/09\/spinnet-768x471.png 768w, https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/barrau\/wp-content\/uploads\/sites\/12\/2016\/09\/spinnet.png 1145w\" sizes=\"auto, (max-width: 474px) 100vw, 474px\" \/><\/p>\n<p>Le second point remarquable concerne le possibilit\u00e9 de faire des pr\u00e9dictions exp\u00e9rimentales ou observationnelles. La longueur de Planck \u00e0 laquelle nous pensons que l\u2019espace devient quantiques est extr\u00eamement petite : mille milliards de fois plus petite que les plus petites distances que l\u2019on peut sonder avec notre \u00ab meilleur \u00bb microscope, le grand acc\u00e9l\u00e9rateur LHC du CERN. C\u2019est pourquoi il est si difficile de faire des exp\u00e9riences en gravitation quantique. Pourtant, la capacit\u00e9 pr\u00e9dictive des mod\u00e8les s\u2019am\u00e9liore grandement. Il est r\u00e9jouissant de constater que certains mod\u00e8les r\u00e9alistes sont d\u00e9j\u00e0 exclus, cela signifie que la gravitation quantique devient une branche de la v\u00e9ritable physique, qu\u2019elle peut \u00eatre mise \u00e0 l\u2019\u00e9preuve des observations. De plus, de nombreuses id\u00e9es d\u2019exp\u00e9riences, certaines tr\u00e8s originales, germent dans ce domaine. Entre les exp\u00e9riences d\u00e9di\u00e9es en laboratoire, les observations cosmologiques et l\u2019astrophysique des hautes \u00e9nergies, je ne serai pas \u00e9tonn\u00e9 que des effets de gravitation quantique puissent \u00eatre bient\u00f4t observ\u00e9s.<\/p>\n<p>Le troisi\u00e8me point tient \u00e0 un certain nombre de concepts qui m\u2019ont sembl\u00e9 appara\u00eetre de fa\u00e7on \u00e9tonnement convergente dans plusieurs approches. Par exemple, la pr\u00e9sence d\u2019un \u00ab rebond \u00bb de l\u2019Univers (en lieu et place du Big Bang), avec une phase de contraction qui aurait pr\u00e9c\u00e9d\u00e9 l\u2019actuelle phase d\u2019expansion devient de plus en plus fr\u00e9quemment pr\u00e9dite par des th\u00e9ories par ailleurs ind\u00e9pendantes. C\u2019est bon signe. L\u2019id\u00e9e, \u00e9galement essentielle, qu\u2019il existe \u00e0 l\u2019\u00e9chelle de Planck une structure \u00ab pr\u00e9-g\u00e9om\u00e9trique \u00bb \u00e0 partir de laquelle \u00ab \u00e9merge \u00bb la g\u00e9om\u00e9trie lisse usuelle semble \u00e9galement faire son chemin et devenir peu \u00e0 peu consensuelle.<\/p>\n<p>La gravitation quantique promet d\u2019\u00eatre l\u2019une des stars des prochaines d\u00e9cennies.<\/p>\n<figure id=\"attachment_673\" aria-describedby=\"caption-attachment-673\" style=\"width: 500px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-673\" src=\"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/barrau\/wp-content\/uploads\/sites\/12\/2016\/09\/id33443.jpg\" alt=\"Espace-temps en triangulation dynamique causale (Figure: T.G. 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Buddh).<\/figcaption><\/figure>\n<!-- AddThis Advanced Settings generic via filter on the_content --><!-- AddThis Share Buttons generic via filter on the_content -->","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Durant les 15 derniers jours, j\u2019ai eu le plaisir de participer \u00e0 deux congr\u00e8s internationaux de recherche sur la gravitation quantique auxquels j\u2019\u00e9tais invit\u00e9 pour pr\u00e9senter les travaux r\u00e9alis\u00e9s avec mes proches coll\u00e8gues (en particulier Boris Bolliet, Julien Grain, Killian Martineau, Francesca Vidotto). 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