Des scientifiques pensent avoir une théorie unifiée de l’univers, cachée dans une mystérieuse « Qbox »

Le défi d’une physique unifiée

Dans un article récent rédigé par Caroline Delbert, une question fondamentale est posée : que se trouve-t-il « au-dessus » de la physique quantique dans notre monde physique ? Une nouvelle théorie offre une perspective inédite qui permet de résoudre un blocage conceptuel vieux de près d’une décennie.

Deux physiciens de l’Université Paris-Saclay ont récemment suggéré une nouvelle physique « méta » capable d’englober à la fois la physique quantique et la physique classique tout en comblant les lacunes restantes. L’idée d’une grande théorie unificatrice rapprochant ces deux domaines est presque aussi ancienne que la physique quantique elle-même. Dès la découverte des règles du domaine quantique, les scientifiques ont réalisé qu’ils faisaient face à certains scénarios où les physiques quantique et classique étaient incompatibles.

Aujourd’hui, dans un nouvel article publié au sein de la revue Physical Review A, les physiciens James Hefford et Matt Wilson suggèrent qu’un concept appelé boîte quantique, ou « QBox », pourrait contenir les deux types de physique sans le moindre conflit. Leurs conclusions peuvent naturellement se contredire, ce qui, écrivent-ils, est une bonne façon d’entretenir la discussion.

L’hyperdécohérence, une étape supérieure

Cette nouvelle approche théorique implique un concept connu sous le nom d’hyperdécohérence. Il s’agit d’une étape théorisée située au-dessus de la décohérence classique, un peu comme l’intégrale en calcul différentiel et intégral. La décohérence de la physique quantique crée la physique classique, ce qui suggère logiquement que l’hyperdécohérence existe bel et bien.

La sagesse actuelle affirme que notre monde classique observable se trouve dans des poches où le système quantique global est trop brouillé. Ce phénomène conduit à des éléments concrets comme la flèche du temps qui avance toujours vers l’avant, ce que nous pouvons observer « localement » au sens de la physique.

Il est alors envisageable que la mécanique quantique se trouve elle-même dans des poches d’hyperdécohérence au sein d’une autre théorie, encore plus globale et englobante. Cette structure en poupées russes permettrait de repenser les fondements mêmes de notre compréhension matérielle de l’univers.

Le théorème de l’impossibilité de 2018

En 2018, les scientifiques Ciaran M. Lee et John H. Selby ont abordé ce sujet complexe en écrivant sur l’hyperdécohérence dans la revue Proceedings of the Royal Society A. Ils ont expliqué la théorie et affirmé que toute version plausible ne devait pas exiger à la fois la causalité, c’est-à-dire le flux prévisible du temps et des événements du présent vers le futur, et la purification.

Dans leur texte original, ils précisent cette exigence fondamentale : « La causalité formalise l’énoncé selon lequel l’information se propage du présent vers le futur, et la purification formalise le fait que chaque état d’information incomplète survient d’une manière essentiellement unique en raison d’un manque d’information sur un environnement. » En d’autres termes, la purification signifie que toute lacune dans notre connaissance d’un système remonte à une information manquante spécifique sur son environnement.

Lee et Selby ont démontré mathématiquement que l’hyperdécohérence ne peut satisfaire ces deux conditions simultanément. Ce résultat constitue ce que l’on appelle un théorème de l’impossibilité. Leur théorie prouve un résultat négatif au sens mathématique strict. Vous pouvez établir une équivalence entre deux choses ou sur une plage donnée et montrer qu’il est impossible de satisfaire les critères avec certaines valeurs. Ils ont conclu leur raisonnement ainsi : « Comme pour tous les théorèmes de l’impossibilité, notre résultat n’est aussi fort que les hypothèses qui le sous-tendent. »

Contourner l’obstacle avec la QBox

James Hefford et Matt Wilson reprennent directement ces travaux en réponse à ce défi intellectuel majeur. Ils expliquent leur méthode de contournement : « Cette carte d’hyper-décohérence évite le théorème de l’impossibilité de Lee et Selby en assouplissant les contraintes sur la signalisation vers le passé et l’unicité des purifications. »

Leur théorie, baptisée QBox, ne s’appuie aucunement sur la causalité. L’équipe suggère qu’elle respecte en grande partie la règle de la purification, car la QBox ne possède pas de purifications uniques, mais des purifications communes pour les états quantiques généraux. Plusieurs états quantiques peuvent correspondre à une seule purification, ce qui, selon Hefford et Wilson, représente la marge de manœuvre dont ils ont besoin pour construire une théorie fonctionnelle autour de l’hyperdécohérence.

Les deux auteurs affirment que la causalité a pu servir de réflexion après coup dans leur théorie. La purification constitue la règle la plus stricte et la plus pertinente si l’on souhaite prouver ou réfuter tout modèle d’hyperdécohérence. La QBox est intrinsèquement non causale, car ses inventeurs la définissent comme « le fragment le plus naturel de la théorie quantique d’ordre supérieur pour modéliser un ordre causal indéfini. »

Une métaphore pour comprendre la sélection

Pour visualiser ce travail de recherche, on peut le comparer au filtrage des résultats dans une boutique en ligne. Imaginez que vous parcourez un catalogue contenant 100 pantalons et que vous constatez que 50 d’entre eux sont à votre taille. L’adéquation est là, mais la recherche n’est pas terminée.

Lorsque vous tentez de ne voir que les pantalons rouges, les résultats tombent soudainement à 0. Le simple fait d’exiger la couleur « rouge » est trop strict. Les vêtements pourraient être répertoriés comme magenta, corail, ou une autre couleur suffisamment proche pour respecter votre code vestimentaire. Vous aviez simplement besoin d’une définition légèrement assouplie des « pantalons rouges », étant donné que vous ne pouvez pas changer instantanément de taille.

La QBox représente ce pantalon à la bonne taille. En choisissant d’exclure uniquement les purifications uniques du modèle mathématique, les physiciens démontrent que nous pourrions tout de même obtenir une certaine nuance de rouge, ouvrant la voie à une nouvelle compréhension de l’univers.

Selon la source : popularmechanics.com