Et si tout était classique ? Une approche surprenante de la gravité quantique à 5 dimensions

L’impossible mariage de la physique

C’est un peu l’histoire de deux géants qui ne parviennent pas à se parler. D’un côté, il y a la mécanique quantique, formidable pour décrire le comportement des atomes et des particules. De l’autre, la relativité générale d’Einstein, qui explique si bien la gravité et la structure de l’espace-temps. Deux théories incroyablement réussies, chacune dans son domaine.

Mais voilà, depuis des décennies, les physiciens butent sur un problème de taille : comment les réconcilier ? Comment obtenir une théorie unifiée, une seule image claire de la réalité ? On a l’impression qu’il manque une pièce essentielle du puzzle. La plupart des scientifiques partent du principe qu’il faut quantifier la gravité, la faire entrer dans le moule quantique. Comme le disait le grand Richard Feynman, « Nous sommes dans le pétrin si nous croyons à la mécanique quantique mais ne quantifions pas la gravité. »

Pourtant, cette voie est semée d’embûches. La mécanique quantique elle-même, aussi performante soit-elle, traîne avec elle des problèmes conceptuels profonds et non résolus. Elle peine à expliquer comment une mesure donne un résultat définitif. Et puis, elle repose sur des idées qui défient notre intuition quotidienne : des objets qui sont à la fois onde et particule, des connexions instantanées entre systèmes éloignés… des choses qui, franchement, nous laissent perplexes.

L’impasse quantique et une idée radicale

Ces bizarreries quantiques ne sont pas de simples curiosités. Elles sont cimentées par un théorème redoutable : le théorème de Bell. En gros, ce théorème démontre qu’aucune théorie basée sur des idées qui nous semblent pourtant de bon sens – comme la localité (les choses n’agissent que sur leur voisinage), une réalité objective, et la liberté de choisir nos mesures – ne peut reproduire toutes les prédictions de la mécanique quantique dans notre bon vieil espace-temps à quatre dimensions.

Ces prédictions, notamment celles liées à l’intrication quantique (un phénomène étrange discuté pour la première fois par Einstein, Podolsky et Rosen, qu’on appelle souvent le paradoxe EPR), ont été vérifiées maintes et maintes fois en laboratoire. Le constat est donc sans appel : les explications classiques simples, limitées à quatre dimensions, sont insuffisantes.

Alors, que faire ? Ces sérieux problèmes conceptuels posent une question fondamentale, presque philosophique : est-ce que nos expériences quantiques révèlent un univers vraiment aussi bizarre, ou est-ce que nous les interprétons tout simplement depuis le mauvais point de vue ?

C’est là que mon travail, publié récemment dans Scientific Reports, propose une voie différente, voire radicale. Plutôt que de forcer la gravité à devenir quantique, j’explore l’idée inverse : et si les effets quantiques et la gravité émergeaient tous deux d’une structure plus profonde, qui serait… classique ? Mais pour y parvenir, il faut accepter de voir plus grand. Littéralement.

Une théorie classique dans un monde à cinq dimensions

Mon raisonnement est assez direct. Si le théorème de Bell nous dit qu’une explication intuitive et classique est impossible à quatre dimensions, alors le problème vient peut-être de l’espace-temps lui-même. J’ai donc ajouté une cinquième dimension, qui agit comme un paramètre d’évolution supplémentaire. Imaginez que notre espace-temps familier n’est pas figé ; il évolue, se construit progressivement le long de cette nouvelle dimension.

Au cœur de cette théorie, il y a une idée clé : les particules ne sont pas des objets tout faits dès le départ. Elles se « construisent » à partir de chemins, qu’on appelle des « lignes d’univers ». Ces lignes se forment petit à petit à mesure que le paramètre d’évolution avance. Au début, elles peuvent montrer une dynamique variée, un peu chaotique, mais elles finissent par se « verrouiller », se stabiliser, pour finalement donner le monde classique et stable que nous expérimentons tous les jours.

Ces dynamiques sont essentielles. Elles permettent, du point de vue d’un observateur comme nous, de reproduire les résultats étranges de la mécanique quantique. Mais dans l’image plus profonde, à cinq dimensions, les processus sous-jacents restent entièrement classiques et locaux. Rien de magique.

Pour démontrer le potentiel de ce cadre, j’ai construit des modèles théoriques qui reproduisent deux expériences quantiques célèbres. D’abord, les corrélations de type EPR (l’intrication). Elles émergent parce que les influences peuvent maintenant se propager le long des lignes d’univers en fonction de ce paramètre supplémentaire. Pour un observateur, l’effet semble instantané, mais les particules elles-mêmes ne dépassent jamais la vitesse de la lumière. C’est une question de perspective.

Ensuite, l’expérience iconique de la double fente. Dans mon modèle, une seule particule est décrite par de nombreuses lignes d’univers en interaction. Ensemble, elles créent le motif d’interférence ondulatoire. Mais la ligne d’univers unique qui atteint finalement le détecteur donne le résultat ponctuel, particulaire. Les deux aspects, onde et particule, coexistent dans la description à cinq dimensions.

Et la gravité dans tout ça ? Elle a aussi sa place. Les effets gravitationnels apparaissent via la relaxation progressive du potentiel gravitationnel (ou, plus généralement, de la courbure de l’espace-temps) par rapport à ce fameux paramètre d’évolution. Comme la matière et la gravité se développent graduellement dans la direction avant du temps, cette théorie offre même une explication naturelle à quelque chose d’encore mystérieux : pourquoi le temps semble s’écouler dans une seule direction.

Implications, prédictions et la route à venir

Ce qui me surprend le plus, c’est de voir que des phénomènes quantiques clés comme l’intrication et les interférences peuvent être expliqués d’une manière aussi claire, aussi classique, dans ce cadre à cinq dimensions. Une compréhension intuitive de la physique quantique est souvent considérée comme impossible dans les cadres standards. Le fait que des aspects fondamentaux de la gravité s’intègrent naturellement au même modèle pourrait donc ouvrir une nouvelle route vers une théorie de la gravité quantique.

Cette approche est conçue pour éviter les problèmes tenaces de la physique quantique, comme le fameux « problème de la mesure » ou le besoin de concepts comme la superposition d’états ou l’influence non-locale instantanée. Alors, en applissant le rasoir d’Ockham (le principe de simplicité), je pense qu’une description classique et claire à cinq dimensions pourrait être préférable à des théories de gravité quantique qui abandonnent complètement toute compréhension intuitive.

Mais attention, ce n’est pas qu’un jeu d’esprit philosophique ! La théorie fait des prédictions testables qui diffèrent des approches quantiques-gravitationnelles standards. Par exemple, un effet souvent attendu si la gravité est quantique, l’« intrication induite par la gravité », n’apparaît pas dans ce cadre. Autre prédiction intrigante : en principe, il pourrait être possible de savoir par quel chemin une particule est passée dans l’expérience de la double fente en effectuant des mesures gravitationnelles, sans pour autant détruire le motif d’interférence. Ces différences offrent des opportunités claires pour des tests expérimentaux futurs.

En résumé, cette nouvelle théorie suggère que les effets quantiques et la gravité pourraient s’expliquer de manière unifiée et classique, à condition d’accepter que la réalité ne se limite pas à quatre dimensions. L’étrangeté de la physique quantique ne serait peut-être pas une propriété fondamentale de la nature, mais simplement le reflet de notre perspective limitée sur une réalité classique plus profonde et de plus haute dimension.

Bien sûr, ce n’est qu’un premier pas. Beaucoup de travail reste à faire. Il faut vérifier si cette approche peut reproduire tous les succès de la théorie quantique, y compris le Modèle Standard de la physique des particules, et si elle tient la route dans des environnements extrêmes comme les trous noirs. Si c’est le cas, elle pourrait vraiment ouvrir une nouvelle direction passionnante dans la quête séculaire d’une théorie unifiée.

Selon la source : phys.org

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