Qu'est-ce que la gravité quantique?

La gravité quantique est un terme général pour les théories qui tentent d'unifier la gravité avec les autres forces fondamentales de la physique (qui sont déjà unifiées ensemble). Il pose généralement une entité théorique, un graviton, qui est une particule virtuelle qui assure la médiation de la force gravitationnelle. C'est ce qui distingue la gravité quantique de certaines autres théories de champ unifiées - bien que, pour être juste, certaines théories généralement classées comme gravité quantique ne nécessitent pas nécessairement une graviton.

Quoi's a Graviton?

Le modèle standard de la mécanique quantique (développé entre 1970 et 1973) postule que les trois autres forces fondamentales de la physique sont médiées par des bosons virtuels. Les photons médient la force électromagnétique, les bosons W et Z médient la force nucléaire faible et les gluons (tels que les quarks) médient la force nucléaire forte.

Le graviton, par conséquent, servirait de médiateur à la force gravitationnelle. S'il est trouvé, le graviton devrait être sans masse (car il agit instantanément sur de longues distances) et avoir un spin 2 (car la gravité est un champ tensoriel de second rang).

La gravité quantique est-elle prouvée?

Le problème majeur des tests expérimentaux de toute théorie de la gravité quantique est que les niveaux d'énergie requis pour observer les conjectures sont inaccessibles dans les expériences de laboratoire actuelles.

Même théoriquement, la gravité quantique rencontre de graves problèmes. La gravitation est actuellement expliquée par la théorie de la relativité générale, qui fait des hypothèses très différentes sur l'univers à l'échelle macroscopique que celles faites par la mécanique quantique à l'échelle microscopique.

Les tentatives de les combiner se heurtent généralement au «problème de renormalisation», dans lequel la somme de toutes les forces ne s'annule pas et donne une valeur infinie. En électrodynamique quantique, cela arrivait de temps en temps, mais on pouvait renormaliser les mathématiques pour éliminer ces problèmes. Une telle renormalisation ne fonctionne pas dans une interprétation quantique de la gravité.

Les hypothèses de gravité quantique sont généralement qu'une telle théorie se révélera à la fois simple et élégante, tant de physiciens tentent de travailler en arrière, prédisant une théorie qui, selon eux, pourrait expliquer les symétries observées dans la physique actuelle et voir ensuite si ces théories fonctionnent.

Certaines théories de champ unifiées qui sont classées comme des théories de gravité quantique comprennent:

• Théorie des cordes / Théorie des supercordes / Théorie M
• Supergravité
• Gravité quantique en boucle
• Théorie de Twistor
• Géométrie non commutative
• Gravité quantique euclidienne
• Équation de Wheeler-deWitt

Bien sûr, il est tout à fait possible que si la gravité quantique existe, elle ne sera ni simple ni élégante, auquel cas ces tentatives sont abordées avec des hypothèses erronées et, probablement, seraient inexactes. Seul le temps et l'expérimentation le diront à coup sûr.

Il est également possible, comme le prédisent certaines des théories ci-dessus, qu'une compréhension de la gravité quantique ne consolide pas seulement les théories, mais introduise plutôt une compréhension fondamentalement nouvelle de l'espace et du temps.

Sous la direction d'Anne Marie Helmenstine, Ph.D.