1- Gravitation quantique - L'écume de l'espace temps - Jean Pierre Luminet

.Hello

Je vous propose de présenter et d'échanger sur le thème de la gravitation quantique notamment au travers du livre consacré sur l'ensemble des recherches contemporaines concernant ce sujet, écrit par Jean Pierre Luminet et que je recommande vivement : l'écume de l'espace temps

Extrait :

"la mécanique quantique gouverne l'évolution du monde microscopique. Elle décrit les interactions locales entre des particules élémentaires supposées ponctuelles, au sein d'une géométrie de fond fixe, l'espace-temps plat de la mécanique newtonniene ou de la relativité restreinte.

Certaines de ses implications heurtent le sens commun : les résultats des mesures ne peuvent être calculés qu'en terme de probabilités, les particules présentent un double comportement ondulatoire et corpusculaire, position-vitesse et temps-energie sont liés par des relations d'incertitude, les systèmes intriqués sont non séparables, etc

cependant, ses développements dans la première moitié du 20 ème siècle ont conduit à la théorie quantique des champs, qui fournit une description des interactions électromagnétiques, nucléaires faible et forte au sein de modèles respectivement appelés électrodynamique quantique, théorie électrofaible et chromodynamique quantique, le tout aboutissant a un modèle standard de la physique des particules d'une très grande efficacité.

Ses succès technologiques (lasers, transistors, supraconducteurs etc) ne se comptent plus.

A l'échelle astronomique, les effets quantique ne jouent cependant aucun rôle et la physique se réduit à la version classique.

En particulier, la gravitation règne en maître; elle est décrite par la relativité générale, théorie géométrique de l'espace temps qui modélise non pas la gravité agissant comme une force dans un espace de fond fixe, mais comme une courbure locale de l'espace temps dont la valeur se modifie en chaque point lorsque la matière se déplace.

Elle aussi a montré une remarquable efficacité dans la description des phénomènes astrophysiques et cosmologiques : expansion de l'univers, lentilles gravitationnelles, trous noirs, ondes gravitationnelles, etc...

Face à ces 2 domaines aux échelles et aux cadres de pensée bien distincts que, par abus de langage, on nomme communément l'infiniment petit et l'infiniment grand, le physicien peut adopter une attitude schizophrénique sans perdre aucunement de son efficacité explicative, selon qu'il traite de phénomènes a petite ou a grande échelle, il applique soit la théorie quantique soit la théorie relativiste.

Si cette stratégie est tout a fait appropriée sur le plan pratique, elle n'est pas forcément satisfaisante sur le plan conceptuel.

On voudrait que la physique dans son ensemble soit décrite de façon cohérente par un modèle unifié de toutes les interactions connues.

L'histoire de la discipline a mainte fois démontré que l'unification de théories en apparence disparates est une forme naturelle de progression de la connaissance, engendrant invariablement un aperçu plus complet et des questions plus fondamentales sur le fonctionnement de notre univers.

Dans cette optique, il pourrait exister une théorie d'ordre superieure, la "gravitation quantique" dont la mécanique quantique et la relativité générale ne seraient que des approximations valides dans leurs domaines respectifs"

Notation thèmes généraux 

Accessibilité : 4/5

Intérêt pour l'amateur initié : 5/5

Intérêt par rapport a l'actualité : 5/5

Objectivité pédagogique : 5/5

Thèse personnelle de l'auteur : 1/5

Points forts : le panoramique le plus complet de toutes les théories de gravitation quantique et des enjeux

Points faibles : aucun n'est la propriété intellectuelle de l'auteur qui nous livre cependant sa préférence pour la géométrie non commutative d'Alain Connes

Praticité : portail complet pour approfondir les notions abordées

Ma recommandation : ACHETER

Tu fais bien de citer jean pierre Luminet, un des rares intellectuels Français qui se montre digne, en aout dernier:

"L'astrophysicien Jean-Pierre Luminet renonce à ouvrir la conférence de la Société Astronomique de France, assortie d'un prix qui lui a été attribué. La raison : "seules pourront y avoir accès les personnes munies de l'infâme pass sanitaire, qui sera dûment contrôlé à l’entrée"

Le 20/12/2021 à 07:44, zenalpha a dit :

Certaines de ses implications heurtent le sens commun : les résultats des mesures ne peuvent être calculés qu'en terme de probabilités, les particules présentent un double comportement ondulatoire et corpusculaire, position-vitesse et temps-energie sont liés par des relations d'incertitude, les systèmes intriqués sont non séparables, etc

Au vu de la vivacité des réflexes oratoires dont tu fais preuve et dont tu es prompt à abuser, j'ai bien peur que si en plus tu pratiques l'euphémisme avec autant de talent que dans le passage cité, la discussion ne se mette à osciller et converger pas loin de la masse critique..... Et ne subsisteront que nos fidèles mousquetaires accompagnés de l'inutile parasite, j'ai cité, le scélérat Raspoutine.

Le 20/12/2021 à 09:14, azad2B a dit :

Au vu de la vivacité des réflexes oratoires dont tu fais preuve et dont tu es prompt à abuser, j'ai bien peur que si en plus tu pratiques l'euphémisme avec autant de talent que dans le passage cité, la discussion ne se mette à osciller et converger pas loin de la masse critique..... Et ne subsisteront que nos fidèles mousquetaires accompagnés de l'inutile parasite, j'ai cité, le scélérat Raspoutine.

Celui-là c’est décidément l’hôpital psychiatrique chez soi, lorsqu’on ouvre le forum. La sénilité est un effondrement cérébral.  Il est même allé ce triste personnage à inventer des relations sordides entre un enseignant et un élève. C’est dire le contenu pervers de ses fantasmes. Quand le cerveau s’effondre il ne reste plus que les pulsions primaires dont la pulsion sexuelle réduite à des fantasmes rancis. On se croirait parfois dans une maison de retraite ou ne subsiste plus, parfois, chez certains hôtes,  que des réactions à des stimuli sexuels d’impuissants. Il va falloir faire avec. Soyons compatissants avec l’effondrement de la vieillesse. 

CQFD. Les Raspoutine c'est comme les chiens de Pavlov. Ca réagit de façon très prévisible.

C’est toujours délicat de tenir un dialogue avec quelqu’un qui dérive inexorablement. Le vieillissement est implacable.

Le fantasme pervers du canard réveille  des événements passés. Enfant j’ai rencontré des pervers de cet acabit, il a fallu que je fasse avec. Ce sont des personnages destructifs qui projettent sur l’enfant leur perversité. 

Samuel va son brillant chemin. Ce qui est étonnant c’est que je ne l’ai jamais rencontré . Je l’ai enseigné par l’intermédiaire d’une autre enseignante. Aujourd’hui encore il tient des salons littéraires à Moscou sur la base de l’enseignement que je continue de lui donner, par lettres.  Tout mon enseignement passe par des lettres ( publiées ici)

Bien sûr exprimer cela dans un forum à l’audience limitée peut paraître déplacé. Mais j’utilise le forum pour projeter sur ses personnages les plus tordus les combats  que je dus moi même mener contre des personnages de ce type. Je réaménage ainsi mon propre passé. Et je tente de tenir à distance les pervers qui jadis tentèrent  de me tuer en utilisant les pervers du forum comme écran de projection.
 

Bref. J'en reviens au sujet et à ce qui me pose le plus de problème le concernant. Cette MQ est née quand on s'est aperçu comme le fait remarquer @zenalphaque l'étude du comportement des particules était placée sous le signe de l' incertitude. Mais pas de cette incertitude dont l'origine serait due à l'imperfection de nos sens (nos appareils de mesure), si à celle plus excusable due à notre méconnaissance d'une réalité qui resterait à découvrir... Non c'était bien plus pernicieux : cette incertitude était marquée du sceau implacable d'une loi (scélérate pour un scientifique) stipulant : défense d' entrer. En outre toutes les expériences auxquelles on se livrait dans nos antiques chambres à bulles dévoilaient des traces qui semblaient non significatives mais qui donnaient des idées aux chercheurs, lesquels imaginaient illico une nouvelle particule expliquant cette trace. En ces temps bénis, donner un nom à une nouvelle particule semblait être le but ultime des chercheurs. Et les particules de s' amonceler dans un fatras qui devenait démesuré. A tel point  que les théories solipsistes des Berkeley et autres chantres de l' Idéalisme absolu revenaient à la mode et pire encore, que l'on s' apercevait  qu' après avoir défini un nouvel objet, on le voyait apparaître dans les photographies anciennes de chambre à bulles anciennes !! Même un Berkeley abbé ou évèque, je ne sais pas, n'aurait pas osé aller jusque là !

Il fallait mettre de l'ordre dans ce fouillis et cela fut fait .... en inventant encore d'autres petites bêtes, les Quarks.

Zénalpha a bien raison de dire que notre "sens commun" en prend plein la gueule.

PS on s'en fout de ton quark nommé Samuel. (même s'il te charme et te fait rosir)

Les phénomènes paraissant 'surnaturels' constatés dans le monde des particules est mystérieux et fascinant... Mais je pense que cela s'explique par le fait qu'il nous manque des connaissances pour comprendre/expliquer ces phénomènes 'surnaturels'. Par exemple, quand on envoi un par un une particule a travers une fente de young, et que l'on constate que la particule se comporte comme un ensemble d'onde jusqu'à sa collision dans l'autre côté de la fente, pourrait s'expliquer que la particule se met à former un ensemble d'onde avec d'autres particules qui nous sont invisibles/indétectables pour le moment... 

Ce que révéleront encore le futur de la science des particules sera encore plus fascinant ...

Le 20/12/2021 à 12:15, shyiro a dit :

Les phénomènes paraissant 'surnaturels' constatés dans le monde des particules est mystérieux et fascinant... Mais je pense que cela s'explique par le fait qu'il nous manque des connaissances pour comprendre/expliquer ces phénomènes 'surnaturels'. Par exemple, quand on envoi un par un une particule a travers une fente de young, et que l'on constate que la particule se comporte comme un ensemble d'onde jusqu'à sa collision dans l'autre côté de la fente, pourrait s'expliquer que la particule se met à former un ensemble d'onde avec d'autres particules qui nous sont invisibles/indétectables pour le moment... 

Ce que révéleront encore le futur de la science des particules sera encore plus fascinant ...

Hello

Il y a énormément à découvrir mais la théorie quantique des champs est le cadre qui fonctionne aujourd'hui parfaitement bien en intégrant les apports de la mécanique quantique et de la relativité restreinte 

C'est donc hors la relativité générale d'où ces recherches en gravitation quantique 

Néanmoins, il me semble que nous avons déjà un cadre avec la théorie quantique des champs qui répond assez bien à la question que tu poses.

En revanche, ça nécessite un énorme effort conceptuel tant ce n'est pas intuitif

@shyirobonjour, cette histoire de dualité onde/particule est celle que j'ai le plus facilement assimilée. Et c'est très facile à imaginer. Un photon, c'est de l'énergie. Et l'énergie est liée à la température, plus c'est chaud, plus ça gagne en fréquence. Un photon chétif au confins de l'Univers doit avoir une fréquence de quelques hertz à peine, quasiment proche du zéro degré absolu. Plus chaud, sa fréquence s'élève, passe par les ondes radio, puis aux ondes ultra-courtes, cela devient de la chaleur et les capteurs de ta peau, peuvent les détecter, puis tes yeux qui y voient du rouge au bleu avant de se fermer quand il est devenu ultra-violet... Bref, c'est une onde électromagnétique et rien d'autre. Sauf en cas d'obstacle, et là tout change. il bouscule un électron de la matière qu'il a heurté, celui-ci déménage en encaissant l'énergie du photon collisionneur et puis comme être un chauffard n'est pas un beau rôle, il retourne là ou il était en donnant la vie à un photon tout neuf, bien qu'un peu affaibli par le choc. Et qui après avoir été particule un instant, redevient onde et repart. Comme en 14

Maintenant ne compte pas sur moi pour t'expliquer pourquoi deux photons marchant de concert s'imaginent chacun allant à la vitesse de la lumière par rapport à son voisin. Là, je coince, et les trains qui s'allongent ou se raccourcissent dans les gare, c'est un peu comme l'histoire du serpent, de l'arbre et du noeud de chaise pour les marins.

Le 20/12/2021 à 13:28, zenalpha a dit :

Hello

Là, ça commence mal. Le premier piège de la vulgarisation apparaît.

Le  trièdre sensé représenter l'espace temps, est incohérent. Si l'on appelle ordonnée le vecteur rouge, abscisse le vecteur bleu et temps le vecteur violet, où est la profondeur ? et où est l'origine ?

D'accord, une vie entière passée à imaginer un espace à plus de trois dimensions ne suffirait pas. A moins d' être un Picasso, ou un fumeur d' opium. La sagesse conseille alors de s'arrêter de lire, d'écouter ou de regarder la suite. Bien sûr, les projections existent, projeter une courbe gauche sur un plan est possible et même souvent lisible, et en généralisant regarder un cube comme étant la projection dans un espace à trois dimensions d'un "hypercube" créé dans un espace à quatre dimensions est possible pour certains. Pas pour moi. Même si j' admet la chose.

Il est plus simple et plus clair de dire que la distance entre deux points dans un espace tri-dimensionnel est égal à la racine de (x²+y²+z²) le premier nigaud venu reconnaîtra là le théorème de Pythagore et qu'il suffit alors d'utiliser n lettres pour définir des espaces à n dimensions. Par contre, je comprend parfaitement pourquoi en Relativité le vecteur "temporel" est négatif.

Le 20/12/2021 à 15:15, azad2B a dit :

@shyirobonjour, cette histoire de dualité onde/particule est celle que j'ai le plus facilement assimilée. Et c'est très facile à imaginer. Un photon, c'est de l'énergie. Et l'énergie est liée à la température, plus c'est chaud, plus ça gagne en fréquence. Un photon chétif au confins de l'Univers doit avoir une fréquence de quelques hertz à peine, quasiment proche du zéro degré absolu. Plus chaud, sa fréquence s'élève, passe par les ondes radio, puis aux ondes ultra-courtes, cela devient de la chaleur et les capteurs de ta peau, peuvent les détecter, puis tes yeux qui y voient du rouge au bleu avant de se fermer quand il est devenu ultra-violet... Bref, c'est une onde électromagnétique et rien d'autre. Sauf en cas d'obstacle, et là tout change. il bouscule un électron de la matière qu'il a heurté, celui-ci déménage en encaissant l'énergie du photon collisionneur et puis comme être un chauffard n'est pas un beau rôle, il retourne là ou il était en donnant la vie à un photon tout neuf, bien qu'un peu affaibli par le choc. Et qui après avoir été particule un instant, redevient onde et repart. Comme en 14

 

Oui ce concept onde/corpuscule peut s'imaginer de cette manière pour les photons qui sont des particules d'énergie pure... Mais pas pour une particule de matière (électron, proton) à travers une fente de young... 

Le 20/12/2021 à 16:56, shyiro a dit :

Oui ce concept onde/corpuscule peut s'imaginer de cette manière pour les photons qui sont des particules d'énergie pure... Mais pas pour une particule de matière (électron, proton) à travers une fente de young... 

exact.

J'y retourne immédiatement....

Le 20/12/2021 à 17:07, azad2B a dit :

J'y retourne immédiatement....

... et coucou : j'en reviens déçu.

Le seul moyen de provoquer une interférence est d'ajouter à la théorie un postulat de plus, et un de taille : le même électron, ou quoique ce soit d'autre est effectivement passé par les deux fentes en même temps. Alors, je vais vous dire : c'est bien joli tout ça, mais ne me dites pas que c'est de la Science. En maths par exemple on défini quelques axiomes qui sont à la fois simples et évidents au commun des mortels. Que l'on ne sache pas les démontrer est un moindre mal, la raison y trouve cependant du grain à moudre. Mais appeler Science une discipline où justement on décide d'appeler postulats ou axiome chaque phénomène constaté que l'on ne sait pas expliquer, semble bien montrer que l'on a quitté la Science pour plonger dans la croyance. En effet serait-ce un gros péché que de remplacer les mots axiomes ou postulats, par dogme tout simplement ?. Tant qu'on y est, autant franchir le pas. Pendant des siècles, les postulats d' Euclide ont résisté aux tentatives de démonstration et sont restés crédibles. Et la Science a progressé. Depuis 120 ans le modèle de la Mécanique Quantique a fait de même et ses résultats ont étés admis et ont montrés qu'ils permettaient de faire des découvertes prodigieuses, c'est là une bien belle chose pour montrer que l'esprit est capable de générer de véritables prouesses, Si je devais n'avoir qu'une seule certitude, ce serait celle de croire, qu'un jour, quelqu'un viendra clarifier tout cela. Et si ce jour n'arrivait jamais, ce serait encore plus simple et plus définitif : nous avons atteint nos limites et il est temps de laisser la place aux mutants...

Le 20/12/2021 à 16:00, azad2B a dit :

Là, ça commence mal. Le premier piège de la vulgarisation apparaît.

Le  trièdre sensé représenter l'espace temps, est incohérent. Si l'on appelle ordonnée le vecteur rouge, abscisse le vecteur bleu et temps le vecteur violet, où est la profondeur ? et où est l'origine ?

 

Hello @azad2B

Représenter graphiquement 4 dimensions sur le plan 2D de notre écran est... complexe

En revanche, il est aisé de visualiser 3D sur un plan 2D en jouant de l'effet de perspective 

Retirer une dimension à l'espace n'est pas gênant en soi.

On assiste à la dynamique du plan dans le temps qui correspond à une simplification de la dynamique de l'espace dans le temps

Bien sûr l'ordonnée (0,0,0) qui représente cette dynamique du plan est un modèle simplifié de la dynamique de l'espace dans le temps

Le 20/12/2021 à 18:06, zenalpha a dit :

Bien sûr l'ordonnée (0,0,0) qui représente cette dynamique du plan est un modèle simplifié de la dynamique de l'espace dans le temps

Oui, mais honnêtement, ne trouve tu pas que nous mêmes, nous sommes très, très, très simplifiés et que notre cerveau reptilien, l'est aussi ?

Le 20/12/2021 à 17:52, azad2B a dit :

... et coucou : j'en reviens déçu.

Le seul moyen de provoquer une interférence est d'ajouter à la théorie un postulat de plus, et un de taille : le même électron, ou quoique ce soit d'autre est effectivement passé par les deux fentes en même temps. Alors, je vais vous dire : c'est bien joli tout ça, mais ne me dites pas que c'est de la Science. ...

C'est uniquement parce que tu conceptualises l'électron comme un corpuscule 

Avoir le don d'ubiquité...c'est pas tellement une caractéristique de la physique classique

en revanche, si on comprend que la particule est un quantum du champ en mécanique quantique...que sa localisation est distribuée sur l'ensemble du champ, on ne peut pas dire que l'électron comme "petite bille" passe soit à gauche soit à droite.

Une onde classique passerait d'ailleurs par les deux fentes et interfererait avec elle même au passage des fentes

C'est le cas avec cet électron qui...avant impact sur l'écran...occupe l'ensemble de l'espace selon une onde de probabilité  distribuée dans l'espace 

Ontologiquement... Rovelli invite à conceptualiser l'electron comme un nuage de probabilité 

Mais ce n'est pas une simple abstraction dont la probabilité serait un calcul abstrait.

Ce nuage de probabilité est une excitation physique de l'ensemble du champ

Concrètement...il y a derrière la particule le champ électromagnétique dans son intégralité et les ondes de probabilité ont la capacité d'interférer, de s'additionner ou de se neutraliser avec comme conséquence de modifier la probabilité de "trouver" la particule après mesure ou impact sur l'écran.

Cette probabilité...ce n'est pas une probabilité de trouver ou est serait une particule existante a priori qu'on cherche avec des moyens mathématiques ..c'est la probabilité que forçant l'effondrement de la fonction d'onde fondamentale du champ qui est une particule distribuée dans l'espace, on la materialise concrètement à un endroit donné après décohérence.

En fait il n'y a ni magie physique ni magie mathématique

Les calculs de la théorie quantique des champs sont les plus précis de la physique et la marge d'erreur correspond à un cheveu sur la distance paris new york

La difficulté, c'est juste notre appropriation

Le 20/12/2021 à 18:21, azad2B a dit :

Oui, mais honnêtement, ne trouve tu pas que nous mêmes, nous sommes très, très, très simplifiés et que notre cerveau reptilien, l'est aussi ?

Carrément 

N'oublions pas que le principe numéro 1 de la mécanique quantique est le concept de superposition des états.

Extrait "le cantique des cantiques"

"Un photon émis en direction d'une plaque percée de deux fentes suffisamment rapprochées passe par les deux fentes à la fois.

Au sortir de ces fentes, selon la terminologie quantique, il est dans la superposition "je suis passé par la fente 1" et de l'état "je suis passé par la fente 2.

C'est cette superposition exprimée dans la fonction d'onde du photon qui explique que l'on observe des interférences sur la plaque photo même si les photons son envoyés un par un"

Il y a évidemment des mathématiques derrière je pourrais y revenir

Mais si on digère l'idée...

Il faudra retenir l'idée de Feynman que c'est un peu l'univers entier qui présente au photon une infinité de fente de Young dans lequel evoluer.

C'est cette notion d'integrale de chemins sur lesquelles débouche ... cette théorie quantique des champs

Et donc qu'il faut quelque part integrer ce point là pour prendre cette théorie des champs du modèle standard et la coupler à la relativité générale 

Les modèles de gravitation quantique dont parle Luminet sont toutes sur cette ligne là.

Coupler la théorie des champs à la relativité générale 

Les moyens en revanche sont extrêmement différents

Le 20/12/2021 à 18:06, zenalpha a dit :

Hello @azad2B

Représenter graphiquement 4 dimensions sur le plan 2D de notre écran est... complexe

Petite apparté pour comprendre ce que donne la modélisation d'une hyper sphère sur un ecran 2d

Maintenant, si on parvient à conceptualiser ça, on parvient à comprendre pourquoi tout espace dépourvu de trous est topologiquement équivalent à l'hypersphère

Ou pour le dire autrement, pourquoi toute 3 variété compacte sans bord et simplement connexe est homeomorphe a la 3 sphere 

Ce que je ne comprends pas, c'est pourquoi Perelman a refusé son prix d'1 million pour la démonstration de cette conjecture.

Faudra s'en souvenir si je reviens sur le modèle de gravitation quantique d'hawking 

Tout n'est ni pour l'argent ni pour la gloire.

Veux-tu que je te dise ?

Tu ferais un excellent conférencier !

Pour ce qui me concerne les notions d'hyper volumes sont pourtant plus simples que celles que tu développes.

Si l'équation d'une sphère non centrée sur l'origine est donnée par

(x−x₀)²+(y−y₀)²(z−z₀)²=R²,

alors celle d'une hyper sphère sera tout simplement

(w-w₀)²+(x−x₀)²+(y−y₀)²+(z−z₀)²=R²

je reste fidèle à Euclide. Base sure. Et certains soirs de cuites, j'arriverais presque à m'imaginer à quoi cela pourrait ressembler.