Dans un article publié dans la revue Physical Review Letters , Neil Turok, chercheur à l'Institut Périmètre de physique théorique, décrit un cadre connu sous le nom de « mécanique quantique dépendante du temps », qui postule l'existence d'une seconde dimension cachée du temps.
Selon Turok, cette deuxième dimension temporelle pourrait fournir un cadre mathématique cohérent pour réconcilier les théories apparemment incompatibles de la mécanique quantique et de la relativité générale, deux des piliers les plus fondamentaux de la physique moderne.
Au cœur de la tension entre la mécanique quantique et la relativité générale se trouve la question de savoir comment concilier les lois qui régissent le comportement des minuscules particules (domaine quantique) avec celles qui décrivent le comportement des objets massifs et leurs interactions gravitationnelles (domaine relativiste).
La mécanique quantique, développée au début du XXe siècle, décrit le monde aux niveaux atomique et subatomique, où les particules peuvent présenter un comportement à la fois ondulatoire et particulaire, et leurs interactions sont régies par des probabilités.
La relativité générale, quant à elle, formulée par Albert Einstein au début du XXe siècle, décrit la force de gravité comme une courbure de l'espace-temps provoquée par la présence de masse et d'énergie. Elle a extraordinairement réussi à expliquer la structure et la dynamique à grande échelle de l’univers.
Malgré leur succès remarquable dans leurs domaines respectifs, ces deux théories se sont montrées obstinément résistantes à l’unification. La mécanique quantique et la relativité générale fonctionnent dans des cadres mathématiques différents et semblent fondamentalement incompatibles.
La théorie proposée par Turok, la mécanique quantique dépendante du temps, remet en question la notion traditionnelle selon laquelle le temps est une entité unidimensionnelle progressant uniformément. Au lieu de cela, il suggère que le temps est en réalité bidimensionnel, avec une dimension que nous expérimentons directement et une autre qui reste cachée.
Dans ce cadre, la deuxième dimension du temps pourrait constituer un pont naturel entre la mécanique quantique et la relativité générale. Il pourrait offrir une description mathématique cohérente intégrant à la fois la nature probabiliste des interactions quantiques et la dynamique déterministe des forces gravitationnelles.
"L'idée est que si nous regardons les équations de la mécanique quantique et les équations de la relativité générale, elles contiennent toutes deux des structures mathématiques qui suggèrent l'existence d'une dimension cachée du temps", a expliqué Turok dans un communiqué de presse de l'Institut Périmètre.
En introduisant cette deuxième dimension du temps, Turok vise à surmonter certains des défis conceptuels qui ont entravé l'unification de la mécanique quantique et de la relativité générale, comme le problème de la dualité onde-particule et la nature des singularités gravitationnelles (trous noirs).
Si la théorie de Turok s’avère valide, elle pourrait avoir de profondes implications sur notre compréhension de l’univers. Il pourrait fournir un cadre unifié pour décrire tous les phénomènes physiques, du comportement des particules subatomiques à la dynamique des galaxies et à l'expansion du cosmos.
La théorie a également le potentiel de faire la lumière sur certaines des observations les plus déroutantes de l’astrophysique, telles que l’expansion accélérée de l’univers, la nature de la matière noire et l’origine du rayonnement de fond cosmique des micro-ondes.
Cependant, Turok reconnaît que la vérification expérimentale de la deuxième dimension du temps sera extrêmement difficile. Cela peut nécessiter le développement de nouvelles technologies et de dispositifs expérimentaux capables de sonder la dimension temporelle cachée.
Malgré ces défis, la proposition d’un continuum temporel bidimensionnel représente une tentative audacieuse d’unifier les lois de la physique et de percer certains des mystères les plus profonds de notre univers. Il met en lumière la recherche en cours d’une théorie globale pouvant englober tous les aspects de la réalité physique, depuis les plus petites échelles jusqu’à l’immensité du cosmos.
