1. Mécanique gravité et quantique:
* Relativité: La théorie de la relativité générale d'Einstein décrit la gravité comme une courbure de l'espace-temps causée par la masse et l'énergie. C'est une théorie douce et continue qui fonctionne exceptionnellement bien à grande échelle (planètes, étoiles, galaxies).
* Mécanique quantique: La mécanique quantique, en revanche, décrit le comportement des particules aux plus petites échelles. Il est intrinsèquement probabiliste et traite de concepts tels que la dualité-particules, la superposition et l'intrication.
Le problème se pose parce que nous n'avons pas de moyen cohérent de décrire la gravité au niveau quantique. Nous avons besoin d'une théorie de la gravité quantique qui peut concilier ces deux cadres apparemment incompatibles.
2. Le rôle de l'observateur:
* Relativité: Dans les théories d'Einstein, les lois de la physique sont les mêmes pour tous les observateurs en mouvement uniforme. Ce principe de relativité suggère une réalité objective et indépendante des observateurs.
* Mécanique quantique: En mécanique quantique, l'acte d'observation joue un rôle crucial. La fonction d'onde, qui décrit l'état d'un système quantique, s'effondre lors de la mesure, apparemment influencée par l'observateur. Cela suggère une réalité subjective et dépendante de l'observateur.
La question de savoir si la réalité est objective ou subjective est un débat philosophique fondamental résultant de cet affrontement entre la relativité et la mécanique quantique.
3. Trous noirs et singularités:
* Relativité: La relativité générale prédit l'existence de trous noirs, des régions de l'espace-temps où la gravité est si forte que rien, pas même la lumière, ne peut s'échapper. Au centre d'un trou noir, selon la relativité générale, se trouve une singularité - un point de densité et de courbure infinies.
* Mécanique quantique: La mécanique quantique ne gère pas bien les singularités. La singularité au cœur d'un trou noir crée une situation où les lois de la mécanique quantique se décomposent.
Cette incohérence indique la nécessité d'une compréhension plus approfondie de la façon dont la gravité se comporte dans les conditions extrêmes présentes dans les trous noirs.
4. Le "problème de mesure":
* Relativité: La relativité n'a pas de problème avec le concept de mesure.
* Mécanique quantique: Le «problème de mesure» est l'un des mystères les plus profonds de la mécanique quantique. On ne sait pas exactement comment la fonction des vagues s'effondre pendant la mesure et comment cela se rapporte au monde classique que nous vivons.
Ce problème met en évidence la différence fondamentale dans la façon dont la relativité et la mécanique quantique traitent les informations et le rôle de l'observation.
La recherche d'une théorie unifiée:
Les physiciens travaillent sans relâche pour développer une théorie unifiée qui peut concilier la relativité et la mécanique quantique. Certains candidats prometteurs comprennent:
* Théorie des chaînes: Cette théorie propose que les éléments constitutifs fondamentaux de l'univers ne sont pas des particules ponctuelles mais plutôt de minuscules cordes vibrantes.
* Loop Quantum Gravity: Cette théorie suggère que l'espace-temps lui-même est quantifié, ce qui signifie qu'il est composé d'unités discrètes.
Trouver une théorie unifiée réussie serait l'une des plus grandes réalisations scientifiques de tous les temps, car elle fournirait une compréhension complète de l'univers à toutes les échelles, des plus petites particules aux plus grandes galaxies.
