Mise à jour 13 Avril 2025
CONFÉRENCE de
Etera LIVINE Astrophysicien
« POURQUOI LA
GRAVITATION QUANTIQUE ? »
Organisée par la SAF
En direct du siège et par téléconférence
Le Samedi 22 Mars 2025 à 15H00
À l'occasion de la réunion de la Commission de Cosmologie
Photos : TM et JPM (capture d’écran), pour l'ambiance.
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.
Voir les crédits des autres photos et des animations.
Le conférencier a eu la gentillesse de nous donner sa présentation, elle est
disponible sur
ma liaison ftp et
se nomme :
GravitéQuantique-Paris2025.pdf,
qui se trouve dans le dossier COSMOLOGIE-SAF/ saison 2024-2025.
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me
contacter avant.
Il est aussi sur
le site de la commission.
Les actualités présentées
sont ici.
La vidéo de la séance se trouve : https://youtu.be/VuW8a9XQbYI
Les enregistrements des commissions cosmologie sont sur le site de la
SAF/Cosmologie à l’adresse suivante :
https://www.youtube.com/playlist?list=PL78ug7UrzPF1GW7iMV42mAx34bmlk8HxD
CR rédigé par JPM et J Fric, merci pour son aide.
Nous étions une quinzaine dans la salle et 34 sur Zoom.
Etera
Livine est né à Marseille mais il est d’origine Tahitienne !
Petit génie matheux, il est bachelier à 14 ans, Normale Sup (Lyon) à 16 ans et
Docteur à 22 ans.
Thèse sous la direction de Carlo Rovelli (Marseille) et Lee Smolin (Imp College
Londres), son thème : Gravité quantique
à boucle et mousse de spin !
Post doc au Canada.
Il est charge de recherche au laboratoire de physique de l’ENS Lyon.
Il a bien voulu venir nous rencontrer à Paris pour cette réunion de cosmologie.
Le sujet : Pourquoi une gravitation
quantique ?
Le résumé qu’il nous propose : La
course effrénée des technologies quantiques et la révolution de l’astronomie par
ondes gravitationnelles ont remis en lumière la question, déjà vieille de plus
d'un siècle, de la gravitation quantique. Censée unifier la mécanique quantique
régissant la physique des particules et la relativité générale dirigeant
l'évolution du cosmos, la gravité quantique promet un changement radical dans
notre compréhension de l'espace-temps et notre univers. Nous explorerons
ensemble l’interface gravité <-> quantique, les pistes explorées vers la gravité
quantique, et la nouvelle physique à laquelle cette théorie pourrait mener.
Le problème qui se pose depuis de nombreuses décennies est :
comment relier les deux
grands principes de la physique modern, à savoir, la Relativité Générale (RG)
qui s’intéresse à l’infiniment grand et la Mécanique Quantique (MQ) qui se
consacre à l’infiniment petit.
La réponse pourrait être ce que l’on appelle la Gravitation Quantique, de
nombreux chercheurs, 20.000, s’y consacrent.
Avant d’aborder la gravitation quantique à boucles, E. Livine, se propose de la
situer dans le contexte scientifique de la physique moderne.
LA GRAVITATION (CLASSIQUE).
Quelques rappels.
Loi de Newton : tout tombe à la même vitesse.
La gravitation fait tomber les choses sur terre et fait tourner les astres.
Deux corps massifs s’attirent.
La gravitation newtonienne explique plein de phénomènes jusque-là
inexplicables : précession de Mercure, Neptune, éclipse de Sorbal, ….
Elle permit aussi de nouvelles découvertes.
La Gravitation est une propriété de l’espace-temps et non pas des objets
Les masses courbent l’espace-temps. Nous suivons des lignes droites dans une
géométrie courbe !
La gravitation dilate le temps.
·
Plus le champ de gravitation est fort et plus le temps ralentit !
·
Plus la distance est petite, plus la gravité est forte et plus le temps
ralentit.
Application : correction pour GPS nécessaire.
Mais aussi :
·
La gravitation fait vibrer l’espace-temps (Ondes Gravitationnelles)
·
La gravitation fait effondre les étoiles menant au TN stade ultime de
l’effondrement.
LA MÉCANIQUE QUANTIQUE.
Elle a été inventée pour stabiliser les atomes, en commençant par l’Hydrogène.
Pourquoi l’électron qui tourne autour du noyau ne s’écrase pas su celui-ci ? Or
les atomes sont stables.
Bohr et Rutherford imaginent des électrons qui tournent sur des orbites bien
précises. Mais sur certaines orbites seulement, pourquoi ?
Schrödinger a la solution, ce ne sont pas des orbites mais des nuages de
probabilités qui ont des solutions discrètes.
L’électron est onde ET particule.
Par exemple l’atome d’H n’émet que des fréquences bien caractéristiques qui vont
mener à des applications comme le Laser.
Ces fréquences particulières à chaque atome sont leur carte d’identité leur ADN.
Les étoiles ont un spectre correspondant à leur composition.
On découvre l’expansion de l’Univers.
Les spectres sont déviés vers le rouge (red shift) c’est l’effet Doppler.
La superposition d’états mène à l’effet tunnel, la radioactivité,
l’intrication….
GRAVITÉ ET QUANTIQUE.
La gravité explose l’espace-temps !
3 constantes fondamentales dominent l’Univers :
On ne peut rien mesurer de plus petit que la longueur de Planck !
Il va falloir aller plus loin que la MQ.
On connait, à ce jour, 4 interactions fondamentales.
1- L’interaction électromagnétique
2- L’interaction faible
3- L’interaction forte
4- La gravitation
Les 3 premières ont été théorisées dans le cadre de la théorie quantique des
champs (QFT) mais le formalisme utilisé n’est pas utilisable pour modéliser la
gravitation modélisée par la relativité générale qui, en tant que théorie
géométrique « classique » (une variété) de la gravitation utilise des paramètres
« continus » qui, donc, n’est pas une théorie « quantifiée ».
Le vide n’est plus vide, il est rempli de particules virtuelles. Effet Casimir.
Renormalisation :
(d’après Chat GPT)
La renormalisation en cosmologie (et plus largement en physique) est une méthode
mathématique utilisée pour gérer les infinis qui apparaissent parfois dans les
équations, notamment quand on essaie de décrire l’univers à des échelles très
petites ou très grandes.
En termes simples :
Imaginons que tu essaies de calculer quelque chose sur l'univers (par exemple,
la densité d'énergie du vide), et ton calcul te donne une valeur infinie.
Ce n’est pas réaliste, car dans la nature, on n’observe pas d'infini physique.
La renormalisation permet de « nettoyer » ces infinis en :
En cosmologie, on l’utilise par exemple :
Quand on parle de l’énergie du vide ou de la constante cosmologique, qui sont
reliées à des effets quantiques.
Pour intégrer les effets de la physique quantique dans la description de
l’univers à grande échelle (ex : l’inflation cosmique).
Les gravitations quantiques :
Pourquoi une théorie quantique de la gravitation semble nécessaire ?
La relativité générale utilisée aujourd’hui avec succès pour décrire la
gravitation, comporte des singularités, où la théorie ne prédit plus de résultat
physique.
Ces cas qui sont rares et extrêmes, en général, sont déroutants et on pense
qu’une théorie quantifiée de la gravitation n’aurait pas ces défauts.
Les tentatives pour résoudre le problème
Ayant défini la structure quantifiée de la géométrie de l’espace, il faut
définir son évolution au cours du temps.
L’évolution de cette structure « mousse de spin » (spin foam) en fonction de la
coordonnée « temps », comme définie dans le formalisme ADM, sous une contrainte
hamiltonienne qu’il convient de préciser.
On espère retrouver la relativité générale comme limite de cette théorie en
champ faible.
En effet la relativité générale, si elle décrit, avec une grande précision, la
situation physique dans les situations pas trop « exotiques ».
Nous remercions Etera Livine pour sa brillante présentation.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Etera Livine, prodige polynésien de la physique quantique
Sur la gravitation à boucles :
un article de C Rovelli.
La gravitation quantique à boucles, une théorie fascinante
Loop quantum gravity - Astonishing science
YouTube
Gravité quantique entropique : la clé tant attendue pour unir relativité et
mécanique quantique ?
Cette nouvelle théorie relie gravité et mécanique quantique
PROCHAINE RÉUNION COSMOLOGIE :
Samedi 24 Mai 2025 15h
AU SIÈGE
RETOUR SUR LE PARADOXE D’OLBERS
Par Thierry Midavaine.
Une invitation sera envoyée deux semaines avant.
PROCHAINE CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF :
Prochaine conférence SAF. : le mercredi 14 Mai 2025 (CNAM) 19 H
avec Pierre LÉNA Astrophysicien Obs de Paris
Académicien des Sciences
sur « LES HUMAINS ET LE CIEL : SIX MILLE ANS D’HISTOIRE.
À PROPOS DE "L’ATLAS HISTORIQUE DU CIEL"»
Réservation comme d’habitude à
partir du 10 Avril 9h00 ou à la SAF directement.
Transmission en direct sur le canal YouTube de la SAF :
https://www.youtube.com/channel/UCD6H5ugytjb0FM9CGLUn0Xw/feautured
Bon ciel à tous
Jean Pierre
Martin
Président de la commission de cosmologie de la SAF
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