Et si l’espace lui-même était fait de grains ?
Suite de notre série sur l’espace-temps. La dernière fois, nous avons vu que la relativité générale et la mécanique quantique se contredisent sur la nature du temps, sans qu’aucune des deux théories ne cède. Aujourd’hui, nous explorons l’une des tentatives les plus audacieuses pour résoudre ce conflit : la gravité quantique à boucles.
Et si l’espace n’était pas continu ?
Notre intuition nous dit que l’espace est continu : entre deux points, on peut toujours en trouver un troisième, et ainsi de suite à l’infini. La gravité quantique à boucles propose une idée radicalement différente : à l’échelle la plus fine possible, celle de Planck (environ un milliardième de milliardième de milliardième de mètre), l’espace ne serait plus continu du tout. Il serait granulaire, fait d’unités discrètes, comme une image qui, vue de loin, semble lisse, mais qui se révèle faite de pixels quand on s’en approche suffisamment.
Cette idée a été développée à partir des travaux d’Abhay Ashtekar, puis formalisée notamment par Carlo Rovelli et Lee Smolin dans les années 1990. Elle propose que l’espace lui-même soit tissé de ce qu’on appelle des réseaux de spin : des structures en forme de boucles et de nœuds, à partir desquelles émergent l’aire et le volume, par unités indivisibles. Il existerait littéralement une plus petite surface possible, une plus petite unité de volume possible : en dessous de laquelle la question « à quelle distance ? » n’aurait simplement plus de sens.
Le problème du temps, encore plus radical
Ce que la gravité quantique à boucles propose sur le temps est encore plus déroutant que ce que nous avions vu la dernière fois. Dans les équations fondamentales de cette théorie, en particulier ce qu’on appelle l’équation de Wheeler-DeWitt, la variable temps n’apparaît tout simplement pas.
Ce n’est pas une simplification ou un oubli. C’est une conséquence directe de la théorie : si on essaie de décrire l’univers tout entier depuis l’extérieur, comme la relativité générale le permet en principe, le temps cesse d’avoir la place particulière qu’on lui accorde habituellement. Le physicien Carlo Rovelli, dans ses travaux de vulgarisation, défend une idée qui a profondément marqué la physique de ces dernières décennies : le temps ne serait pas un ingrédient fondamental de l’univers, mais une propriété émergente, qui apparaît seulement quand on regarde l’univers depuis l’intérieur, à partir des changements et des relations entre les choses.
Autrement dit : le temps n’existerait pas « en soi ». Il existerait comme la température existe, non pas comme une propriété fondamentale de la matière, mais comme la manière dont nous, êtres limités, faisons l’expérience d’un système bien plus vaste et bien plus statique que nous ne pouvons le percevoir.
Ce que ça change, ce que ça ne change pas
Il faut le dire clairement : la gravité quantique à boucles reste une théorie en construction, non vérifiée expérimentalement, et elle est loin de faire l’unanimité, elle est notamment en concurrence avec la théorie des cordes, une autre grande tentative d’unification, qui part de prémisses très différentes. Aucune des deux n’a aujourd’hui tranché le débat. On les a étudié dans la partie 1 et 2.
Mais ce que cette hypothèse révèle, indépendamment de savoir si elle sera un jour confirmée, c’est à quel point notre intuition du temps qui s’écoule continûment, du passé vers le futur, pourrait n’être qu’une construction locale, utile à notre échelle, mais absente de la structure la plus fine de la réalité.
La suite
Le mois prochain, nous nous pencherons sur une question que ce chapitre laisse grande ouverte : si le temps est émergent, pourquoi avons-nous, nous, l’impression si forte qu’il s’écoule dans un seul sens. du passé vers le futur, et jamais l’inverse ?
Sources :
Carlo Rovelli, L’Ordre du temps (2018)
Futura-Sciences : « Gravité quantique à boucles »
CNRS Le Journal : « Qu’est-ce que la gravité quantique à boucles ? »
Wikipedia FR : « Gravité quantique à boucles », « Équation de Wheeler-DeWitt »
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