Salut à tous!

Étant loin d'être un grand connaisseur de la physique, même si je la trouve passionnante, j'avais lu il y a pas longtemps que l'un des grands problèmes de la physique actuelle était l'incompatibilité entre la physique quantique et la relativité générale, mais je voudrais savoir en quoi elles le sont? Quelles ont été les solutions proposées pour résoudre le problème?

Merci de la réponse!

Il y a plusieurs problèmes ! je vais essayer d'en parler sans trop m'emmêler les pinceaux

Le premier grand problème vient de la nature de ces théories. La physique quantique est basée sur une géométrie fixée, et on arrive bien à décrire 3 des 4 interactions fondamentales dans ce cadre qu'on appelle modèle standard. Lorsque deux particules interagissent, elles s'échangent d'autres particules qu'on appelle bosons de jauge (un peu comme si tu lançais un ballon à quelqu'un). Par contre, la relativité générale nous dit que la gravitation n'est pas une interaction comme les 3 autres. En relativité générale, on n'étudie plus la dynamique des particules mais la dynamique de l'espace-temps lui-même ! une particule massive déforme l'espace-temps. Cela veut dire que le trajet le plus court entre deux points n'est plus forcément une droite ! Bref en relativité générale, les particules n'interagissent pas en s'échangeant d'autres particules, mais se déplacent dans un espace-temps déformé à cause des autres particules massives.
Bref l'énorme problème est que la relativité générale est basée sur la continuité de l'espace-temps, c'est en contradiction avec les idées de la physique quantique où tout est quantifié.

Ensuite le plus gros problème est que si on essaie de décrire la gravitation dans le cadre du modèle standard, il apparaît des divergences qu'il est impossible de supprimer : ça n'a aucun sens physique. On dit que la théorie n'est pas renormalisable. Ca montre bien que dans le cadre du modèle standard, la gravitation est incompatible avec les autres interactions.

Ce qu'on aime faire en physique fondamentale, c'est unifier les interactions. Ce qu'il faut bien comprendre, c'est que l'intensité d'une interaction varie selon l'énergie à laquelle on se place. Quand on est à haute énergie, cela correspond à une forte température, ou bien à une taille de l'univers très faible si tu veux. A une certaine énergie, on sait que les 3 interactions du modèle standard ont la même intensité, on devrait donc être capable de les unifier. Je sais qu'on sait le faire pour 2 des 3, je crois même qu'on sait le faire pour les 3. Bref, au bout d'un moment il nous reste plus que deux interactions : celle du modèle standard et la gravitation.

La gravitation devient aussi importante que l'autre interaction à très très haute énergie. Ca correspond à un univers d'une taille de l'ordre de 10^-34m si je dis pas de bêtise... C'est pourquoi on dit qu'il y a le mur de planck : on ne connaît pas les lois de l'univers au-delà de cette échelle, parce qu'on ne sait pas unifier la gravitation avec les autres.

Bon les alternatives maintenant : les deux plus connues sont la gravitation quantique à boucle (LQG) et la théorie des cordes. En LQG, le but est de décrire la gravitation avec les lois qu'on connaît de la physique quantique : c'est-à-dire qu'il faut tout discrétiser. Du coup on se retrouve avec un espace-temps "quantifié". Je n'y connais pas grand chose, mais je sais que cette théorie est loin d'être consistante, surtout au niveau de la dynamique. Le gros problème est qu'il est quasiment (voire totalement) impossible d'essayer de la vérifier expérimentalement. On est très très loin de pouvoir sonder la matière à cette échelle-là...

En théorie des cordes on va au-delà, on ne se propose pas de décrire la gravitation dans un cadre quantique, on vire tout ce qu'on connaît du modèle standard et on veut unifier toutes les interactions ! là aussi je n'y connais pas grand chose, je sais juste que la théorie des cordes est basée sur des hypothèses fortes comme l'existence de 10 dimensions et la supersymétrie. Pourtant l'idée est élégantes : toutes les particules ne seraient que les états de vibration de cordes.

Pour conclure le gros problème des théories quantiques de la gravitation est qu'il est quasiment impossible de les vérifier expérimentalement. Elles suggèrent beaucoup de choses élégantes, mais il faut monter beaucoup, beaucoup trop haut en énergie pour savoir ce qu'il se passe. Il y a donc encore beaucoup de travail théorique et expérimental

Bonsoir ou bonjour,

Tu sais sûrement qu'en physique il existe 4 forces fondamentales, qui interragissent avec la matière. Elles sont la gravité, l'électromagnétisme, la force nucléaire forte et faible. Dans le modèle standard, chaque force est représentée par un boson mais bref ce n'est pas le sujet

La mécanique quantique, qui trouve son application dans le domaine atomique peut expliquer trois forces: l'électromagnétisme, la force forte ( cohésion des nucléons) et force faible ( radioactivité...).
De son côté, la relativité générale décrit la gravitation à l'échelle cosmique.
Comme tu peux le remarquer, il y a un problème évident d'échelle, et le champ d'action de la gravitation à l'échelle est quasi-nul ( voir nul?).
L'autre gros problème vient de la nature même des 2 théories. La relativité est très prévisible alors que la mécanique quantique est chaotique. Chaque phénomène a une probabilité de se produire. Et la gravité résiste à toute tentative de quantisation. Si les 4 forces parvenait à être quantisés, on parviendrait à une théorie du tout, capable d'expliquer tous les phénomènes physiques en une seule équation ( le rêve ).

Alors quelles solutions? La théorie des cordes propose de résoudre ce problème en remplaçant les particules par des cordes d'énergie. Le problème étant qu'il est pratiquement impossible de prouver leur existence. Il y a aussi la gravité quantique à boucles mais je n'y connais rien à celle là.

Voilà j'espère que j'ai pu t'éclairer et désolé du pavé Si tu as d'autres questions il y a beaucoup d'autres personnes plus cultivées que moi sur ce sujet. Bye!

Ah on avait déjà répondu autant pour moi

Merci beaucoup de vos réponses, c'est beaucoup plus clair