Mécanique quantique & Relativité générale:
2 théories en contradiction

Au début du XX^e siècle, naissent deux grandes théories, qui sont les bases de la physique moderne:
- d'une part, la mécanique quantique qui donne une description précise du monde microscopique: des atomes, des noyaux ...
- d'autre part, la relativité générale, une théorie de la gravitation qui décrit le monde astronomique, le comportement de la matière aux grandes échelles: des planètes, des galaxie, de l'univers ...

Depuis le XVII^e siècle, avec Galilée, les physiciens tentent de décrire les phénomènes physiques de la nature à l'aide d'équations. Pour décrire la façon dont la nature agit sur la matière, 4 forces ont été répertoriées:
- la force gravitationnelle, qui est à l'origine de la chute d'une pomme, du mouvement des planètes et astres etc...
- la force électromagnétique, qui est à l'origine de l'électricité, des aimants, du comportement de la lumière etc...
- la force nucléaire faible, responsable de la radioactivité et de la stabilité des atomes,
- la force nucléaire forte, qui assure la cohésion des éléments constituant les noyaux.

La théorie de la relativité générale étudie l'action de la force gravitationnelle sur la matière, tandis que la mécanique quantique décrit les phénomènes relatifs aux 3 autres forces.

Alors que ces 2 théories décrivent parfaitement leur propre univers, elles sont incompatibles entre elles. Les mondes décrits par l'une et l'autre sont  différents. Les notions de bases de la physique (force, espace, temps, matière) ne sont pas décrites de la même façon. Certaines prévisions sont même parfois contradictoires.

C'est la description de la matière qui est remise en question dans la mécanique quantique.

Alors que classiquement, la matière est vu comme un regroupement de corpuscules matériels bien définis, la vision quantique décrit la matière comme des quantas. Ce sont des "objets" de la physique quantique, interprétables en terme de corpuscule ou d'onde, selon les types d'expérience et la manière de les envisager. Ces quantas sont soit porteurs de matière, tels que les électrons, les quarks, soit vecteurs de forces, comme les photons.

Relativité générale

La notion de gravitation et d'espace-temps est modifiée dans la théorie de la Relativité Générale [1][2].

Classiquement, comme chez Newton, la gravitation est une force qui se déploie à travers l'espace et le temps. Cette force fait qu'un objet étend autour de lui un champ gravitationel attirant à lui d'autres objets.
D'après la relativité générale, la gravitation est imbriquée dans la structure même de l'espace-temps. En effet, c'est la présence d'un objet qui modifie la structure de l'espace et l'écoulement du temps: une sorte de zone de dépression spatio-temporelle se créé autour de l'objet. Cette dépression est d'autant plus prononcée que la masse de l'objet est importante. On parle d'espace-temps courbe. Dans cette zone, le rayon des faisceaux lumineux est dévié.

Une façon imagée de représenter cette idée est un tissu que l'on tient tendu, de façon à ce que sa surface soit plane. Ce tissu représente l'espace-temps en l'absence d'objet. Si on pose une boule dessus, le tissu (l'espace-temps) va se déformer sous le poids de la boule.

Les lois fondamentales de la nature sont validées expérimentalement aussi bien dans le monde de l'infiniment petit que de l'infiniment grand. Mais les scientifiques se heurtent à un obstacle : les deux piliers de la physique sont inconciliables.

Les 4 grands points de discordes entre ces 2 théories sont [3]:

Une description harmonieuse de l'Univers ?

Un certain nombre de scientifiques se sont penchés sur la question, à savoir créer une nouvelle théorie qui puisse unifier les 2 précédentes. Plusieurs théories ont été créées [3], parmi lesquelles:

-la théorie des cordes, qui promet de réconcilier la mécanique quantique et la gravité et qui propose d'unifier toutes les particules et toutes les forces de la nature. Pour cela, elle émet l'hypothèse que toutes les particules élémentaires et toutes les forces correspondent aux vibrations d'une seule entité: un filament infime et fini appelé "corde". L'application de la théorie quantique sur ces entités amène aux équations de la relativité générale et à l'obtention de toutes les particules actuellement connues. Cette théorie propose également l'hypothèse selon laquelle l'univers contient des dimensions cachées et plus de particules que celles que nous connaissons. C'est le scientifique italien Gabriele Veneziano qui proposa pour la première fois cette théorie en 1968.

- la gravitation quantique à boucle, créée par l'italien Carlo Rovelli et l'américain Lee Smolin en 1988. Ils cherchent à réinterpréter la façon dont la relativité générale lie l'espace-temps et la gravitation: d'après eux la gravitation n'est pas due à la courbure de l'espace-temps (donc à la présence de masse), mais c'est plutôt l'espace-temps qui est une manifestation de la gravitation. De plus, cet espace présente une structure discrète (par opposition au continuum espace-temps de la relativité générale) l'espace est en quelque sorte divisible en des morceaux primitifs, sortes d'« atomes » d'espace.

- la relativité d'échelle, développée par Laurent Nottale. Il cherche à généraliser la théorie de la relativité générale en considérant que l'espace-temps est fractal. Un objet est alors caractérisé par un état « d'échelle » (assimilable à la résolution des instruments de mesure utilisés pour le décrire) qui ne peut être défini que relativement à un référentiel, à l'image des états de position et de mouvement.

- la théorie du tout exceptionnellement simple, proposée par Anthony Garrett Lisi en novembre 2007. Il prétend pouvoir retrouver mathématiquement les 4 forces fondamentales ainsi que les différentes particules à l'aide de l'objet mathémathique abstrait groupe E8. Cette découverte a été publiée sur internet et est sujet à controverse.

Harmonie de l'univers et Energie universelle

Dans les différents articles écrits à ce sujet, on parle souvent de théories concurrentes, car bien souvent l'idée fondamentale de base et donc les outils mathématiques utilisés sont totalement différents. Le premier réflexe est alors de les envisager comme des théories complètement différentes, voire contradictoires entre elles.

En fait, je comprends parfaitement que l'on puisse avoir un tel regard, surtout quand il s'agit de son bébé, du travail que l'on est en train de développer. Je pense que la complexité des mathématiques employés et des concepts analysés fait que le chercheur se consacre totalement à la théorie sur laquelle il travaille, aux détriments des autres. Cette complexité rend nécessaire un investissement totale de sa part pour mener au mieux ses investigations.
De plus, je pense que chacun voit le monde à l'image de ce qu'il est, de sa propre sensibilité, cela me semble donc tout à fait logique que chacun voit les choses différemment, selon son propre point de vue.
Enfin, nous vivons actuellement dans une société où nous avons tendance à séparer les diverses idées, quelque fois à les rendre concurrentes entre elles. Ainsi regarder toutes ces théories comme concurrentes répond bien à cette tendance. De plus, il y a très certainement une course contre la montre entre les différents laboratoires, car "la gloire" est à celui qui trouvera le premier "la bonne" théorie.

En revanche, je n'arrive pas à les voir avec un tel regard. Il est vrai que je ne maîtrise absolument pas les outils mathématiques usités, de ce fait, je m'attache principalement la description physique des concepts, à leur interprétation et aux différents commentaires que j'ai pu trouver dans des articles ou sur internet. De ce fait, je vois ces différentes théories comme complémentaires. Je vois même de la cohérence entre ces différentes idées. Dans son article [3], Science & Vie employe la belle expression: « chacune s'attaque à cette montagne par une face qui lui est propre. »

De plus, à la lecture de ces articles, je n'ai pu m'empêcher de penser à la notion d'énergie universelle (chakras), à la façon dont le monde ou l'être humain est décrit dans les sociétés ancestrales, dans certaines méthodes de soins et discussions philosophiques ou spirituelles.

C'est pourquoi, il me semble intéressant de développer plus profondément ce parallèle entre la physique fondamentale, les idées qui y sont sous-jacantes et les descriptions ancestrales. Ce travail est en cours de réalisation, il ne sera donc pas encore mis sur le site.

Bibliographie

[1] Les trous noirs, Jean-Pierre Luminet, éd. Belfond
[2] Espace-temps, et s'il fallait tout reprendre à zéro ? Science & Vie n° 1068 (septembre 2006)
[3] Dépasser Einstein ! Ils veulent réinventer l'espace et le temps Science & Vie n° 1051 (avril 2005)