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Accueil du site > Actualités > Technologies > La gravité : une illusion ?

La gravité : une illusion ?

Le titre de la revue Pour la science du mois de janvier est un peu trop racoleur, mais c’est bien à une nouvelle révolution copernicienne que nous pourrions assister, avec cette si étrange « théorie holographique de la gravitation » !

Il ne peut y avoir de doute sur le fait que la gravitation n’est en aucun cas une "illusion". Elle est aussi réelle que l’alternance du jour et de la nuit. Ce qui peut être remis en cause, c’est uniquement notre "représentation" naïve du monde (de même que ce n’est pas le soleil qui tourne autour de la Terre, malgré ce qu’on voit tous les jours, mais la Terre qui tourne autour du soleil et sur elle-même) !

L’hypothèse d’un monde quantique réduit à 2 dimensions spatiales (comme la surface d’une feuille) n’est pas vraiment nouvelle, proposée par le prix Nobel Gerard ’t Hooft depuis 1974, sous le nom de "principe holographique" :

« De même qu’un hologramme peut reproduire une image tridimensionnelle à partir d’un film bidimensionnel spécial, tous les événements physiques que nous rencontrons pourraient n’être correctement encodés que par des équations définies dans un monde de plus basse dimension », L’univers élégant, Brian Greene, Laffont, 2000, p446

.

Ce qui est nouveau, c’est que cette théorie holographique semble s’imposer désormais pour analyser le résultat d’une expérience récente de physique des particules. Qu’est-ce à dire ? Qu’elle simplifie les calculs et la représentation, tout comme l’héliocentrisme de Copernic était plus simple que l’astronomie ptoléméenne, mais, surtout, en prime, on obtient une nouvelle théorie quantique de la gravitation, tout comme la gravitation newtonienne découlait logiquement de la "révolution des planètes" autour du soleil ! « 

La description holographique est davantage qu’une simple curiosité intellectuelle ou philosophique. Un calcul très difficile dans un monde pourrait se révéler assez élémentaire dans l’autre, ce qui permettrait de transformer des problèmes de physique insolubles en problèmes aisés à résoudre. De plus, la théorie holographique offre une nouvelle perspective pour l’élaboration d’une théorie de la gravitation qui respecte les principes de la physique quantique. Or, une théorie quantique de la gravité constitue une pierre angulaire de tout effort visant à unifier les forces de la nature. Elle est requise pour comprendre à la fois ce qui se passe dans un trou noir et ce qui s’est passé durant les premières nanosecondes après le Big Bang […] Plus précisément, ces théories prédisent que le nombre de dimensions réelles serait une question de perspective : les physiciens pourraient choisir de décrire la réalité comme étant soumise à un certain nombre de lois (dont celle de la gravité) en trois dimensions ou, de façon équivalente, comme obéissant à un jeu de lois différentes dans un espace bidimensionnel (sans gravité cette fois) ».

C’est un peu la même chose qu’une représentation centrée sur la Terre ou centrée sur le soleil. On sait qu’on peut croire que c’est notre train qui bouge quand un autre train démarre. De même ne serions-nous en aucune façon capables de déterminer quelle théorie est "vraiment" la bonne, précise l’auteur de l’article. Effectivement, les calculs de Ptolémée étaient à peu près aussi fiables que ceux de Copernic, sauf qu’il est beaucoup plus simple et conforme aux forces physiques en jeu de considérer que la Terre tourne autour du soleil !

Hélas, il faut bien dire que la théorie holographique décourage l’imagination, tout aussi impossible à se représenter que la relativité ! Elle signifierait que l’univers peut se comparer à une sphère où toutes les interactions se font à la surface (interne), en 2 dimensions courbées (courbure négative), et que ce sont ces interactions qui déterminent tout ce qui se passe à l’intérieur de la sphère, en 3 dimensions (dit "espace-temps anti-de Sitter" !). C’est donc bien une sorte d’hologramme qui se dessine sur la face interne de la boule et se projette (ou se matérialise) en 3 dimensions dans l’espace interne. La découverte la plus extraordinaire ici, c’est que la gravitation serait un effet de ce mécanisme de projection.

« En termes simples, l’idée est la suivante : la théorie quantique de la gravitation à l’intérieur d’un espace-temps anti-de Sitter est entièrement équivalente à une théorie quantique ordinaire de particules évoluant sur le bord de cet espace-temps […] Les lois en surface mettent en jeu des particules ayant des charges de couleur et interagissant de façon très semblable aux quarks et gluons de la physique des particules habituelles […] (Les quarks sont les constituants des protons et des neutrons ; les gluons, de la même famille que les photons, véhiculent l’interaction nucléaire forte qui maintient les quarks liés) […] Les lois physiques sévissant à l’intérieur ont la forme d’une théorie des cordes incluant la force de gravitation ».

La théorie holographique ne se contente pas, en effet, de donner une formulation alternative des interactions de particules, elle dégage de nouvelles propriétés étonnantes, de nouvelles symétries de la nature :

« Dans un tel espace, une particule éjectée du centre y retourne comme si elle était tirée vers le centre. Un flash de lumière va jusqu’au bord de l’espace et en revient dans le même temps […] Tout objet lancé vous reviendrait comme un boomerang. De façon surprenante, le temps mis par un objet pour revenir serait indépendant de la force déployée pour le lancer. La seule différence serait que si vous le lanciez plus fortement, il irait plus loin avant de vous revenir plus vite ».

Tout ceci est très amusant, mais d’où vient la troisième dimension, si les particules se déplacent sur une surface plane à deux dimensions ? Voyons comment on explique l’émergence d’une dimension supplémentaire :

« Deux cordes d’épaisseur différente interagissent peu : tout se passe comme si elles étaient séparées spatialement l’une de l’autre. On peut interpréter l’épaisseur de la corde comme une nouvelle coordonnée spatiale, qui croît à mesure qu’on s’éloigne du bord. Ainsi, une corde mince, appartenant au bord de l’espace-temps, est l’analogue d’une corde proche du bord, tandis qu’une corde épaisse est une corde éloignée de la frontière. La coordonnée supplémentaire est précisément la coordonnée nécessaire pour décrire les mouvements à l’intérieur de l’espace-temps ! […] Dans cette description, la gravité en quatre dimensions émerge de l’interaction des particules dans un monde tridimensionnel dépourvu de gravité ».

La théorie des trous noirs perd alors beaucoup de ses mystères, et il devient possible d’expliquer, par exemple, la température des trous noirs (et leur évaporation) par l’agitation de leurs particules agglutinées à la surface de l’espace. Dans ce cas, un trou noir correspond simplement à une configuration particulière de particules sur la frontière. Le nombre de particules est alors très élevé, et elles s’agitent fortement.

Impossible d’aller plus loin ici, il n’est pas question de prétendre y comprendre quelque chose au-delà d’une certaine poésie, ni que ce soit une théorie achevée. Voilà, du moins, de quoi s’agiter fortement les neurones, et de quoi ébranler nos certitudes les plus ancrées. Il vaut mieux savoir que nous allons vivre une nouvelle révolution de nos représentations de l’espace et de la gravitation, aussi difficile à intégrer que l’avait été la révolution copernicienne ou la relativité, mais décidément, il n’y a rien de plus exotique que la physique théorique, et il n’y a, paradoxalement, rien de mieux que la science pour s’évader hors du monde et s’affranchir ainsi d’une trop pesante gravité !

Documents joints à cet article

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7 réactions à cet article    


  • Yaarg (---.---.28.67) 4 janvier 2006 00:56

    Juste une remarque : non seulement la science ne sait toujours pas ce qu’est la gravitation, mais on ne sait toujours pas ce qu’est la matière...

    Une théorie audacieuse prétend que le neutron serait un minuscule trou noir...

    Quant à affirmer que le trou noir serait constitué de particules qui s’agitent, rien n’est moins sûr. D’abord parce qu’on ne sait pas ce qu’est un trou noir, qu’on n’est même pas très sûr de leur existence réelle, et que si c’est le cas, on n’est pas sûr non plus que ce soit « encore » de la matière...


    • Jean Zin Jean Zin 4 janvier 2006 10:34

      On ne sait pas ce qu’est la matière ni la gravitation, vous avez bien raison et c’est même quelque chose sur lequel il faut insister, mais ce n’est pas nouveau, au moins depuis Newton qui donnait la formule de la gravitation sans faire d’hypothèses sur cette force à distance mystérieuse (« hypotheses non fingo »). La physique donne des calculs, des rapports, des relations, elle ne dit rien de l’être qui est le domaine de la méta-physique. On le voit avec l’hypothèse du Big Bang qui est une question théologique si c’était une création à partir de rien, une pure singularité, alors que cela devient une question physique si ce n’est qu’un passage entre deux états, entre deux univers (fontaine blanche, trou de vers, collision de membranes, etc.), rejetant la question de l’origine dans l’inconnaissable.

      Pour la matière la physique dit au moins ce qu’elle n’est pas (ce n’est pas ce qu’on croit). On pourrait se satisfaire de dire que la matière est une interaction. On ne peut la définir seulement comme énergie puisque cela signifie simplement qu’elle se transforme. On peut la définir par une longueur d’onde ou par son organisation mais on n’a pas encore vraiment répondu à la question. Une hypothèse intéressante de la théorie holographique est d’ailleurs une vibration constante de la surface en 2 dimensions entre matière et anti-matière (ce qui expliquerait qu’il n’y ait pas d’anti-matière...)

      Vous avez raison de souligner le caractère hautement spéculatif des trous noirs, ce sur quoi j’avais moi-même insisté dans un article (Trous noirs dans le principe de précaution) qui a été considéré comme trop spécialisé pour AgoraVox mais il faut dire tout de même que les indices de leur existence se multiplient et qu’on est proche d’expérimenter leur création. Il se pourrait même que déjà « le RHIC crée de petits trous noirs à cinq dimensions » (Relativistic Heavy Ion Collider de Brookhaven), trous noirs qui s’évaporent immédiatement. Sinon il y a effectivement des théories qui font des particules des sortes de trou noirs mais pas seulement les neutrons dans ce cas, il me semble, et c’est incompatible avec cette évaporation des petits trous noirs. C’st l’expérimentation qui décidera comme toujours. On est très loin de tout savoir comme certains le croient, les théories foisonnent. AInsi, malgré toute mon incompétence je n’ai jamais cru à l’explication de la gravitation par le boson de Higgs qui faisait à peu près l’unanimité chez les physiciens et qui pourrait être réfutée par la théorie holographique (qui réfuterait aussi pour certains l’hypothèse du Big Bang !). On n’est pas au bout de nos surprises, c’est ce qui en fait tout l’intérêt !

      Trous noirs dans le principe de précaution http://jeanzin.free.fr/sciences/trounoir.htm Les cordes et les concepts fondamentaux de la physique http://jeanzin.free.fr/sciences/physique.htm


    • (---.---.11.155) 5 janvier 2006 13:53

      « j’avais moi-même insisté dans un article (Trous noirs dans le principe de précaution) qui a été considéré comme trop spécialisé pour AgoraVox. »

      Bonjour.

      Bien dommage, car un peu de spécialisation ne fait jamais de mal. Cela pourrait même contribuer au dépassement de certaines idées reçues. Et dépasser ses idées reçues, tout le monde en à besoin, c’est comme cela qu’on évolue...


    • (---.---.86.82) 6 janvier 2006 20:58

      trés bon article surtout la derniére paragraphe


      • Nicolas (---.---.82.172) 18 janvier 2006 13:59

        Ce n’est pas une critique mais simplement une remarque : Cet article m’est complètement inaccessible tant il se révèle complexe. Le sujet le veut certainement, je n’en doute pas, mais un effort de vulgarisation n’etait-il pas possible ?


        • Jean Zin (---.---.12.35) 19 janvier 2006 10:22

          C’est un problème et la question se pose effectivement de publier sur un média grand public ce genre d’article sur les dernières avancées de la science car c’est incompréhensible pour tout le monde, comme la relativité est incompréhensible même si on s’y est habitué.

          Il y a bien un effort de vulgarisation de ma part pour rendre vaguement accessible aux amateurs ces nouvelles avancées, cela reste une petite minorité à n’en pas douter. Je ne sais si on pourrait rendre cela compréhensible à un plus grand nombre mais cela demanderait d’être beaucoup trop long, sans que le résultat soit garanti... Rien de plus difficile que la science en train de se faire. Heureusement ceux que l’article a intéressé peuvent améliorer leur information par des recherches sur le réseau. L’ambition de ce petit article est juste d’attirer l’attention sur ces étranges développements de la physique.


        • JL JL 26 juin 2007 13:23

          La gravité ? La gravité, « Se non e vero, e ben trovato » smiley

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