Une mousse de spins.

Dans la conception de l'Univers qui fait appel à l'espace-temps, un instantané du monde n'est autre qu'une tranche découpée dans l'espace-temps. De la même façon, lorsque l'on découpe une telle tranche dans une mousse de spins, on obtient un réseau de spins. In serait cependant incorrect d'imaginer que cette tranche se transforme de façon continue le long de la dimension temporelle de la mousse de spins. Au contraire, de même que l'espace est défini par la géométrie discrète du réseau de spins, le temps est défini par la séquence des différents sauts que président au réarrangement du réseau. De cette façon, le temps apparaît, lui aussi, discret: il ne s'écoule pas tel un flot continu mais comme les "tic" et les "tac" d'une horloge, chacun durant à peu près un temps de Planck (la longueur de Planck divisée par la vitesse de la lumière), soit 10^-43 seconde. Pour être plus précis, disons que, dans notre Univers le temps s'écoule comme le tic-tac d'une multitude d'horloge puisque, dans un sens, un quantum de temps s'écoule en chaque point de la mousse où un saut quantique est effectué.
Ce qui précède est une description de l'espace-temps à l'échelle de Planck, conforme à la théorie de la gravitation quantique à boucles. Malheureusement, l'échelle est si petite qu'il est impossible de tester directement nos prédictions. Dès lors, comment pouvons-nous tester notre théorie? Il est d'abord impératif de vérifier que la théorie classique de la relativité générale est bien une approximation de la théorie de la gravité quantique à boucles. En d'autres termes, si l'on compare les réseaux de spins aux fibres tissées que constituent une étoffe, cela revient à se demander si l'on pourrait retrouver les propriétés élastique de cette étoffe en calculant une moyenne sur des milliers de fibres. Autrement dit, moyennés sur de très nombreuses longueurs de Planck, les réseaux de spins décrivent-ils la géométrie de l'espace et son évolution d'une façon compatible avec "l'étoffe" continue de la théorie classique d'Einstein? C'est une question difficile, mais, récemment, les théoriciens ont fait des progrès dans certains cas particuliers, pour certaines configurations de l'étoffe pourrait-on dire. Ainsi, on a montré que les ondes gravitationnelles de grande longueur d'onde, se déplaçant dans un espace plan (c a d sans courbure), peuvent être décrites comme des excitations de certains états quantiques de la théorie de la gravitation à quantique à boucles.
On peut également étudier ce que la gravitation quantique à boucles apporte comme éléments nouveaux à certains mystère apparus dans le cadre de la relativité générale et de la théorie quantique, par exemple, les questions que soulève la thermodynamique des trous noirs et notamment, leur entropie, liée au désordre. Les théoriciens ont établi des prédictions concernant la thermodynamique des trous noirs, en utilisant une théorie approximative et hybride où la matière est traitée à l'aide de la mécanique quantique, mais dont l'espace-temps est absent. Une théorie complète de la gravitation quantique devrait reproduire ces prédictions. Dans les années 1970, Jacob Bekenstein, à l'Université hébraïque de Jérusalem, postula qu'il fallait attribuer aux trous noirs une entropie proportionnelle à leur surface. Peu de temps après, Stephen Hawking en déduisit que les trous noirs, en particuliers les plus petits, doivent émettre du rayonnement. Ces prédictions comptent parmi les résultats les plus importants de la physique théorique obtenus au cours des 30 dernières années.
Pour faire ces calculs dans le cadre de la gravitation quantique à boucles, nous choisissons la frontière F correspondant à l'horizon des événements d'un trou noir. Lorsque nous analysons l'entropie des états quantique adéquats, nous retrouvons exactement les résultats de J.Bekenstein. La théorie reproduit également les prédictions de S.Hawking concernant le rayonnement des trous noirs. En fait, elle fournit des prédictions supplémentaires quant à la structure fine du spectre de ce rayonnement.
Si nous observons un jour un trou noir microscopique, cette prédiction pourra être testée par l'étude du spectre de rayonnement qu'il émet. Malheureusement, ceci pourrait n'avoir lieu que dans un futur très lointain, car nous ne disposons pas des techniques nécessaires pour fabriquer un trou noir, aussi petit fût-il.
Tout test expérimental de la théorie de la gravitation quantique à boucles apparaît d'abord comme un immense défit technique. Les effets caractéristiques de la théorie ne deviennent significatifs qu'à l'échelle de Planck, à laquelle les minuscules quanta d'aire et de volume deviennent perceptibles. Aujourd'hui l'échelle de Planck est inférieure de 16 ordres de grandeur à celle que l'on pourra tester dans les plus puissant accélérateurs en construction (plus la distance à sonder est petite, plus l'énergie nécessaire est grande). Par conséquent, on n'atteindra pas l'échelle de Planck de cette façon, et beaucoup de physiciens ont abandonné l'espoir de tester un jour les théories quantiques de la gravitation.
Toutefois, au cours des dernières années, des chercheurs ont imaginé de nouvelles façons de tester dès aujourd'hui la gravitation quantique à boucles. Ces méthodes reposent sur la propagation de la lumière à travers le cosmos. Lorsque la lumière se déplace dans un milieu, sa longueur d'onde subit des altérations qui conduisent à des effets tels que la déviation des rayons lumineux dans l'eau ou la séparation des longueurs d'onde (la décomposition des couleurs). Ces phénomènes doivent aussi se produire dans le cas où les photons (ou d'autres particules) se déplacent dans l'espace granulaire décrit par un réseau de spins.
Malheureusement l'amplitude de ces effets est proportionnelle au quotient de la longueur de Planck par la longueur d'onde de la lumière. Pour le rayonnement visible, ce rapport est inférieur à 10^-28 et il est de l'ordre de un milliardième, même pour les rayons cosmiques les plus puissants jamais observés. Ainsi, pour tous les rayonnements que nous pouvons détecter, les effets de la structure granulaire de l'espace-temps sont infimes. Toutefois, ces effets s'accumulent lorsque les distances parcourues sont très longues. Or, dans le cas de cataclysmes astrophysiques, tels que les sursauts gamma, nous détectons des photons et des particules émis sur une vaste gamme d'énergie au cours d'une explosion très brève, et qui ont parcouru plus milliard d'année lumière. Rodolfo Gambini, de l'Université d'Uruguay, Jorge Pullin, de l'Université de Louisiane, notamment, ont calculé dans le cadre de la théorie de la gravitations quantique à boucles, que les photons émis au même moment à diverses énergie devraient voyager à des vitesses légèrement différentes et, par conséquent nous parvenir çà des moments distincts. Nous pouvons rechercher ces effets dans les données recueillies par les satellites qui enregistrent les sursauts gamma. Pour le moment la précision de ces détecteurs spatiaux est 1000 fois inférieure à la précision requise, mais un nouveau satellite d'observation nommé GLAST dont la mise en service est prévue pour 2006 sera assez précis.


Des indices cosmiques.

La gravitation quantique à boucles ne se contente pas de faire des prédictions sur certains phénomènes spécifiques, comme les protons cosmiques de très haute énergie. Elle ouvre une nouvelle fenêtre sur des questions cosmologiques; telle l'origine de l'Univers. Nous pouvons utiliser la théorie pour étudier les périodes toutes proche du commencement du temps, juste après le Big Bang. La relativité générale prédit qu'il y a eu un commencement au temps, au premier moment, mais cette conclusion ne tient pas compte de la physique quantique (puisque la relativité générale n'est pas une théorie quantique). Martin Bojowald, de l'Institut Max Planck de physique gravitationnelle à Golm, en Allemagne, a récemment démontré, dans le cadre de la gravitation quantique à boucles que la "grande explosion" du Big Bang est, en fait, un grand rebond: avant ce rebond, l'Univers était en contraction rapide. Les théoriciens travaillent d'arrache-pied pour établir les prédictions sur l'état de l'Univers primordial qui pourraient être testées lors de futures observations cosmologiques. Il n'est pas impossible que l'on découvre, de notre vivant, des indices sur ce qui se passait avant le Big Bang.
La constante cosmologique – une énergie de densité positive ou négative qui imprégnerait l'espace vide – constitue une question tout aussi importante. A la fin des années 1990, l'observation d supernovae lointaines et l'étude du fond de rayonnement cosmologique ont fournis des indices suggérant que cette énergie existe et qu'elle est positive, ce qui signifie qu'elle accélère l'expansion cosmique. Cette densité d'énergie positive est tout à fait comparable avec la gravitation quantique à boucles. Ceci a été démontré dès 1989, lorsque Hideo Kodama, de l'Université de Kyoto, formula les équations décrivant l'état quantique exact d'un univers doté d'une constante cosmologique positive.


LA théorie ?

La gravitation quantique à boucles soulève encore bien des questions auxquelles il nous faut répondre. Certaines sont des problèmes techniques qui devront être clarifiés. Nous aimerions également savoir si la relativité restreinte dit être modifiée aux très hautes énergies et, dans l'affirmative comment. Jusqu'ici, nos spéculations ne sont pas solidement reliées à la gravitation quantique à boucles.
Nous voudrions également savoir si la relativité générale classique est une bonne approximation de la théorie de la gravitation quantique à boucles à des échelles bien supérieures à l'échelle de Planck, quelles que soient les circonstances (nous avons déjà signalé que, pour le moment, nous l'avons seulement vérifié pour certains états décrivant la propagation d'ondes gravitationnelles assez faibles sur un espace-temps par ailleurs plan). Enfin, nous voudrions savoir si la gravitation quantique à boucles est liée au problème de l'unification. Les différentes interactions de la nature – y compris la gravitation – sont-elles des aspects différents d'une unique force fondamentale? La théorie des cordes est fondée sur un ensemble de concepts qui permettent cette unification mais il existe également des idées pour y parvenir dans le cadre de la gravitation quantique à boucles.
La théorie de la gravitation quantique à boucles occupe une place très important dans le développement actuel de la physique. En effet on peut affirmer qu'elle est LA traduction quantique de la théorie de la relativité générale, parce qu'elle ne repose sur aucune supposition au-delà des principes de base de la théorie quantique et de la relativité générale. Un résultat remarquable – à savoir que l'espace-temps est discontinu et décrit par des réseaux et par des mousses de spins – émerge des mathématiques de la théorie elle-même et n'est pas un postulat ad hoc.
Pourtant, toute cette discussion reste théorique. Peut-être, malgré tout, l'espace est-il réellement continu, quelle que soit l'échelle à laquelle on le considère. Si tel est le cas les physiciens devront adopter des postulats plus radicaux, tels ceux de la théories des cordes: l'expérience tranchera. La bonne nouvelle est qu'on le saura peut-être rapidement.

Bonne lecture.En souhaitant que cela reponde a ta question.

Aussi no pour faire cours,avant l'horizon c'est la relativite generale,puis plus onse rapproche de la singularité c'est la mecanique quantique.

Je dirais aussi que nous voulons aussi savoir les début s de l'univers avec cette théorie car à l'échelle de planck, nous sommes à l'échelle où la gravité requiert une formule quantique, donc l'on pourra dépasser la frontière, en sachant comment celle-ci se comportait donc reculer dans le temps de cette univers. à savoir ce qui se passait.

Merci pour la documentation Lavoisier45.

Ca a, oui, répondu à mes questions

Il pourrait passer d'une brane a une autre.

Une membrane = univers parrallèle.
Mais pas se déplacer forcément plus vite que la lumière...

et l'univers serait né d'une brane et d'une anti-brane.Mais je ne crois pas a cette théorie.

Non pas vraiment, il est dit seulement que notre big-bang proviendrait de la collision de deux mambranne tri-dimensionel.
Et que ce phénomène se reproduira !!
Je te conseille de prendre le livre "l'univers élégant".

Oui,mais cette me parait un peu farfelue.Car elle emploie beaucoup de possibilités.Trop de hasard.

Il faudrait que je prenne le temps, un jour, de dire tout le mal que je pense de la théorie des cordes, comme cela je pourrai savourer le luxe de d'écrire des phrases comme "j'ai déjà dit tout le mal que je pensais de la théorie des cordes, alors je ne vais pas en rajouter" etc.

C'est tout particulièrement le fait que les formules ne fonctionnent que dans un espace-temps "hendécadimensionnel" qui me fait douter. Cela peut paraître magique, merveilleux, grisant ou excitant, mais c'est de la propagande. Tout ceci paraît d'abord absurde et impossible à gober, et les premières impressions sont souvent les meilleures.

Oui,c'est vrai pour le livre l'univers élégant,je l'ai lu.Et ce qui m'en est sorti,c'est qu'il y a trop de possibilités,trop de hasard.C'est une théorie qui peut-etre manier de toute les manieres.Si au LHC,il ne trouve âs les particules predites par cette theorie,ils la changeront pour dire qu'il faut un autre accélérateur de particule.La,j'essaie de trouver un bouquin sur la gravité quantique a boucles.

Mais nous nous écartons de la question de départ.

Pour ça il suffit de se mettre a la tache de la compréhension de l'univers en travaillant sur l'unification.