(particules de pixels/Getty Images) Au cours des dernières décennies de sa vie, Albert Einstein espérait unir sa description de la gravité avec les modèles existants d'électromagnétisme sous une seule théorie maîtresse.
C'est une quête qui continue à contrarier les physiciens théoriciens à ce jour. Deux de nos meilleurs modèles de réalité – celui d'Einstein théorie générale de la relativité et les lois de la mécanique quantique - sont aussi immiscibles que le pétrole et l'eau.
Quelle que soit l'apparence d'une combinaison des deux, elle révélera presque certainement les fondations de l'Univers, contrairement à tout ce que nous pouvons visualiser.
Une découverte mathématique récemment publiée décrit l'émergence de la gravité dans un modèle dit « holographique » de l'Univers ; il a été découvert par une équipe de chercheurs de l'Université de technologie Chalmers en Suède et du MIT aux États-Unis.
Aussi étrange que cela puisse paraître, c'est le meilleur endroit pour commencer notre recherche d'une compréhension complète de la façon dont l'espace, le temps et la matière émergent tous de lois plus profondes.
'Lorsque nous cherchons des réponses à des questions en physique, nous sommes souvent amenés à de nouvelles découvertes en mathématiques également', dit Mathématicien de l'Université Chalmers, Daniel Persson.
'Cette interaction est particulièrement importante dans la recherche de la gravité quantique, où il est extrêmement difficile de réaliser des expériences.'
Malgré leur capacité discrète à prédire le comportement de tout, des sauts d'électrons aux trou noir bosses avec une précision étonnante, la physique quantique et relativité générale résultent de deux systèmes de pensée très différents.
L'univers quantique est en blocs, mais flou lorsqu'il est vu de près, comme des pixels qui se fondent dans un désordre de couleurs déroutant lorsque vous appuyez votre visage contre l'écran.
La relativité générale repose sur un continuum homogène d'espace et de temps qui se courbe en réponse à la masse avec une conviction claire, même lorsqu'elle est vue à la plus petite des échelles.
Il existe d'autres métaphores que nous pouvons utiliser pour décrire comment l'Univers pourrait fonctionner, chacune avec ses propres cadres mathématiques, chacune un peu plus obscure que la précédente.
Certains impliquent ajouter des dimensions invisibles enveloppé dans des géométries hallucinantes. Le principe holographique utilisé par les chercheurs ici est un exemple étrange qui consiste à prendre des dimensions une façon .
Vous pouvez y penser comme ceci : toutes les informations indiquant comment les particules poussent et tirent ensemble sont encodées sur quelque chose qui ressemble plus à une surface plane que l'espace 3D dans lequel nous pensons vivre, un peu comme la sensation de profondeur qui apparaît lorsque vous regardez un autocollant holographique plat.
Il y a une bonne raison de penser la physique de cette façon. Les versions quantiques de la gravité intégrées dans l'espace-temps 4D deviennent rapidement extrêmement compliquées et inapplicables.
Si notre espace-temps devait se recourber suffisamment sur lui-même pour créer une sorte de cylindre, il aurait nécessairement une frontière « plate ». Il se trouve aussi que ces théories lourdes de la gravité quantique auraient des théories correspondantes sur cette frontière, théories beaucoup plus simples travailler avec.
Ce nouvel article mélange efficacement différents modèles régissant les particules et leurs ondes et comment elles se transforment en champs dans un cadre holographique, pour atterrir sur l'équivalent mathématique de la gravité fonctionnant comme une conséquence naturelle de ces interactions.
'Le défi consiste à décrire comment la gravité apparaît comme un phénomène 'émergent' . Tout comme les phénomènes quotidiens - tels que l'écoulement d'un liquide - émergent des mouvements chaotiques de gouttelettes individuelles, nous voulons décrire comment la gravité émerge d'un système mécanique quantique au niveau microscopique », dit mathématicien Robert Berman, également de l'Université Chalmers.
En prime, ces nouveaux travaux pourraient également ouvrir la voie à des explications sur d'autres phénomènes à grande échelle, tels que le carburant d'expansion de l'Univers que nous appelons actuellement énergie noire .
Aussi élégantes que puissent être les mathématiques, les théoriciens ont le luxe de remplir leur travail de mises en garde et d'hypothèses afin de trouver de nouveaux modèles intrigants. Par exemple, si notre univers se courbe suffisamment de recul sur lui-même pour avoir le type de frontière nécessaire au principe holographique est une question ouverte en soi, dont quelques cosmologistes sont convaincus.
Pourtant, lorsque vous essayez de résoudre un problème que même Einstein n'a pas pu résoudre, commencer par l'inimaginable n'est pas une mauvaise façon de commencer.
Cette recherche a été publiée dans Communication Nature .