Comment concilier la gravité avec la mécanique quantique ?
La relativité générale décrit une géométrie spatiotemporelle lisse ; la mécanique quantique décrit des champs probabilistes sur un fond fixe. Elles entrent en collision à l'échelle de Planck — dans les trous noirs et au Big Bang — et aucune expérience n'a encore testé une théorie de gravité quantique.
Pourquoi c'est difficile
L'énergie de Planck est ~10^16 fois au-delà de la portée des collisionneurs. Les concurrentes (théorie des cordes, gravité quantique à boucles, sécurité asymptotique, ensembles causaux) divergent sur la nature fondamentale de l'espace-temps, et les signatures cosmologiques — ondes gravitationnelles primordiales, évaporation des trous noirs — sont extraordinairement ténues.
Indices actuels
Des contraintes indirectes existent : la thermodynamique des trous noirs (entropie de Bekenstein-Hawking), les abondances d'éléments légers cohérentes avec un Big Bang chaud + inflation, et aucune violation de Lorentz observée dans les temps d'arrivée des photons de sursauts gamma. Aucune signature directe de gravité quantique n'a été détectée.
Approches possibles
Recherche de polarisation B-mode primordiale, tests d'intrication en laboratoire sur la nature quantique de la gravité, spectroscopie de ringdown des trous noirs, tests d'invariance de Lorentz avec photons et neutrinos de haute énergie, et développement mathématique des théories candidates vers des prédictions falsifiables.
Sujets liés
Sources
- Loop Quantum Cosmology: A Status Report — Living Reviews in Relativity
- Dark Charge Could Make Exploding Black Holes More Common — APS Physics
- Quantum Theory of Gravity. I. The Canonical Theory — American Physical Society
- Gravitational-Wave Science — LIGO Scientific Collaboration