Si les physiciens veulent unifier les quatre forces, c'est parce que l'histoire des sciences les a régulièrement habitués au rapprochement de phénomènes en apparence totalement distincts : pesanteur terrestre et mouvement des planètes, électricité et magnétisme, matière "inerte" et matière "vivante" faites toutes deux des mêmes éléments (protons, neutrons, électrons)...
Il y a aussi un
impératif esthétique, une recherche de la simplicité. Et puis il y a ce problème d'incompatibilité entre physique quantique et relativité générale, entre les deux théories ayant connu les succès les plus éclatants au XXe siècle, car l'une comme l'autre ont été confirmées expérimentalement avec la plus grande précision.
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| Visualisation d'une coubure de l'espace-temps (représenté ici en deux dimensions) à proximité d'un trou noir. Le centre de ce trou noir, prévu par la relativité générale, est une "singularité" interdite par la physique quantique, où les équations de la relativité générale se rompent, et (comme tout ce qui est situé au-delà de l'horizon des événements), inacessible à l'observation. |
Le problème des singularités
Mais, donc, elles sont en désaccord sur plusieurs points fondamentaux. Prenons notamment la question des singularités, c'est à dire (pour aller vite) ces configurations où les équations de la relativité générale exhibent des quantités infinies, cauchemars du mathématicien et bien évidement non physiques. Les équations, en quelques sorte, se rompent.
Quelles sont ses configurations ? Et bien citons par exemple les trous noirs ou... les premiers instants de l'Univers. Et comme si cela ne suffisait pas, Stephen Hawking a montré qu'une théorie comme la relativité générale comportait obligatoirement des singularités ! Embêtant, donc.
Mais quel rapport, car c'est tout de même notre propos, avec la physique quantique ? Il est simple : la physique quantique n'aime pas les singularités. Pensez au principe d'incertitude : on ne peut, si on connaît la vitesse d'une particule, la localiser parfaitement. Alors une singularité, vous pensez.
La gravité
On objectera que la relativité générale s'applique aux très grandes échelles, et la physique quantique au monde microscopique. C'est vrai, et dans la pratique l'une comme l'autre sont utilisées dans la plupart des cas avec une grande efficacité.
Mais quand il s'agit par exemple d'étudier la gravité aux échelles microscopiques (n'oublions pas que relativité générale décrit l'espace comme modelé par la gravité), aux échelles où interviennent les modèles quantiques, le problème ne peut plus être évité.
Qu'est-ce que cela signifie ? Que l'une des deux théories est fausse ou incomplète ? Suffit-il de quantifier la gravité pour s'en sortir ? Ou bien, plus profondément (ce qui nous ramène au problème de départ) la gravité peut-elle être unifiée avec les trois autres forces fondamentales dans une théorie plus englobante encore, une théorie du tout ?
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