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Chapitre 16 • Notions de mécanique quantique« et» relativiste
chacune de leur côté, donner une description juste et précise de l'univers : vers ]'infiniment grand pour la relativité générale, vers !'infiniment petit pour la mécanique
quantique.
Parmi les points de divergence, on peut citer par exemple :
1. Le hasard quantique : la mécanique quantique est une théorie probabiliste alors
que la relativité est déterministe ;
2. La structure de l'espace-temps : l'espace-temps de la mécanique quantique est
fixe et plat alors que celui de la relativité générale est dynamique et sa courbure
dépend de la répartition de la matière et de l'énergie ;
3. Le rôle du temps : simple paramètre en mécanique quantique, la variable
«temps » a le même statut que les variables «position » en relativité ;
4. Les relations d'Heisenberg : les relations d'indétermination de Heisenberg empêchant de définir avec certitude les positions et vitesses des particules de matière, il n' est pas possible de déterminer la valeur du champ gravitationnel en
un point;
5. L'énergie du vide : elle est infinie selon la mécanique quantique, mais nulle
selon la relativité
2 .
Plusieurs théories alternatives ont été proposées au cours des dernières décennies
pour tenter de concilier les grands principes de ces deux théories di scordantes : théorie des cordes, gravitation quantique à boucles, géométrie non-commutative, relativité
d 'échelle ... Mais aucune n'est, pour l'instant, suffisamment complète et consistante.
Citons, pour finir, un extrait du livre, Rien ne va plus en physique, de Lee Smolin
paru en 2007 :
« Deux découvertes expérimentales ont été faites ces dernières décennies
d' une part, les neutrinos ont une masse et, d' autre part, l'univers est dominé
par la mystérieuse matière noire et semble être en expansion accélérée. Mais
nous n'avons aucune idée de la cause de la masse des neutrinos (ou de toute
autre particule) et nous ne savons pas expliquer son apparition. Quant à la matière noire, elle ne s'explique avec aucune des théories physiques existantes.
( ... )Ces deux découvertes, la relativité et la quantique, nous ont, chacune, demandé de rompre avec la physique de Newton. Pourtant, malgré ce très grand
progrès accompli au cours du siècle dernier, ces deux découvertes restent incomplètes. Chacune d' elles possède des faiblesses et des défauts, qui tendent
2. La récente découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers a conduit certains chercheurs
à introduire un nouveau type d 'énergie, l'énergie sombre, dont serait issue la force responsable de
cette accélération et qui, dans les équations de la relativité générale d'Einstein vues au chapitre 9,
apparaîtrait sous la forme d' une constante cosmologique non-nulle. Estimée à quelques GeV/m 3 , cette
énergie sombre est cependant en désaccord total avec les 10
121 GeV/m
3 de l' énergie du vide quantique
prédite par la théorie quantique des champs.
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chacune de leur côté, donner une description juste et précise de l'univers : vers ]'infiniment grand pour la relativité générale, vers !'infiniment petit pour la mécanique
quantique.
Parmi les points de divergence, on peut citer par exemple :
1. Le hasard quantique : la mécanique quantique est une théorie probabiliste alors
que la relativité est déterministe ;
2. La structure de l'espace-temps : l'espace-temps de la mécanique quantique est
fixe et plat alors que celui de la relativité générale est dynamique et sa courbure
dépend de la répartition de la matière et de l'énergie ;
3. Le rôle du temps : simple paramètre en mécanique quantique, la variable
«temps » a le même statut que les variables «position » en relativité ;
4. Les relations d'Heisenberg : les relations d'indétermination de Heisenberg empêchant de définir avec certitude les positions et vitesses des particules de matière, il n' est pas possible de déterminer la valeur du champ gravitationnel en
un point;
5. L'énergie du vide : elle est infinie selon la mécanique quantique, mais nulle
selon la relativité
2 .
Plusieurs théories alternatives ont été proposées au cours des dernières décennies
pour tenter de concilier les grands principes de ces deux théories di scordantes : théorie des cordes, gravitation quantique à boucles, géométrie non-commutative, relativité
d 'échelle ... Mais aucune n'est, pour l'instant, suffisamment complète et consistante.
Citons, pour finir, un extrait du livre, Rien ne va plus en physique, de Lee Smolin
paru en 2007 :
« Deux découvertes expérimentales ont été faites ces dernières décennies
d' une part, les neutrinos ont une masse et, d' autre part, l'univers est dominé
par la mystérieuse matière noire et semble être en expansion accélérée. Mais
nous n'avons aucune idée de la cause de la masse des neutrinos (ou de toute
autre particule) et nous ne savons pas expliquer son apparition. Quant à la matière noire, elle ne s'explique avec aucune des théories physiques existantes.
( ... )Ces deux découvertes, la relativité et la quantique, nous ont, chacune, demandé de rompre avec la physique de Newton. Pourtant, malgré ce très grand
progrès accompli au cours du siècle dernier, ces deux découvertes restent incomplètes. Chacune d' elles possède des faiblesses et des défauts, qui tendent
2. La récente découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers a conduit certains chercheurs
à introduire un nouveau type d 'énergie, l'énergie sombre, dont serait issue la force responsable de
cette accélération et qui, dans les équations de la relativité générale d'Einstein vues au chapitre 9,
apparaîtrait sous la forme d' une constante cosmologique non-nulle. Estimée à quelques GeV/m 3 , cette
énergie sombre est cependant en désaccord total avec les 10
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prédite par la théorie quantique des champs.
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