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La gravité quantique est un terme général désignant les théories qui tentent d’unifier la gravité avec les autres forces fondamentales de la physique (qui sont déjà unifiées ensemble). Elle repose généralement sur une entité théorique, un graviton, qui est une particule virtuelle qui sert de médiateur à la force gravitationnelle. C’est ce qui distingue la gravité quantique de certaines autres théories de champ unifié – bien que, pour être juste, certaines théories qui sont typiquement classées comme gravité quantique n’ont pas nécessairement besoin d’un graviton.
Qu’est-ce qu’un Graviton ?
Le modèle standard de la mécanique quantique (développé entre 1970 et 1973) postule que les trois autres forces fondamentales de la physique sont médiatisées par des bosons virtuels. Les photons sont responsables de la force électromagnétique, les bosons W et Z de la force nucléaire faible, et les gluons (comme les quarks) de la force nucléaire forte.
Le graviton, par conséquent, servirait de médiateur à la force gravitationnelle. S’il est trouvé, le graviton devrait être sans masse (parce qu’il agit instantanément à longue distance) et avoir un spin 2 (parce que la gravité est un champ tenseur de second rang).
La gravité quantique est-elle prouvée ?
Le problème majeur de la mise à l’épreuve expérimentale de toute théorie de la gravité quantique est que les niveaux d’énergie nécessaires pour observer les conjectures sont impossibles à atteindre dans les expériences actuelles en laboratoire.
Même en théorie, la gravité quantique pose de sérieux problèmes. La gravitation est actuellement expliquée par la théorie de la relativité générale, qui fait des hypothèses très différentes sur l’univers à l’échelle macroscopique que celles faites par la mécanique quantique à l’échelle microscopique.
Les tentatives de les combiner se heurtent généralement au « problème de la renormalisation », dans lequel la somme de toutes les forces ne s’annule pas et se traduit par une valeur infinie. En électrodynamique quantique, cela arrive parfois, mais on peut renormaliser les mathématiques pour éliminer ces problèmes. Une telle renormalisation ne fonctionne pas dans une interprétation quantique de la gravité.
Les hypothèses de la gravité quantique sont généralement qu’une telle théorie s’avérera à la fois simple et élégante. C’est pourquoi de nombreux physiciens tentent de travailler à rebours, en prédisant une théorie qui, selon eux, pourrait expliquer les symétries observées dans la physique actuelle, puis de voir si ces théories fonctionnent.
Parmi les théories de champ unifié qui sont classées comme des théories de la gravité quantique, on trouve
Bien sûr, il est tout à fait possible que si la gravité quantique existe, elle ne soit ni simple ni élégante, auquel cas ces tentatives sont abordées avec des hypothèses erronées et, probablement, seraient inexactes. Seul le temps et l’expérimentation le diront avec certitude.
Il est également possible, comme le prédisent certaines des théories ci-dessus, qu’une compréhension de la gravité quantique ne se contente pas de consolider les théories, mais introduise plutôt une compréhension fondamentalement nouvelle de l’espace et du temps.
Sous la direction de Anne Marie Helmenstine, Ph.D.
