Ce billet se veut une synthèse de mes réflexions sur la physique. Il est donc évidemment moins précis que les autres billets traitant d'un sujet en particulier. Soyons clair, tous les billets sont uniquement des réflexions et ne prétendent aucunement être des théories mais certains points soulevés me semblent pouvoir être des axes à approfondir par des théoriciens ou même des mathématiciens purs. Ils ne sont d'ailleurs pas que basés sur des réflexions (et bien sur des lectures et des études personnelles) mais sur de nombreux échanges concrets avec des physiciens spécialistes de ces sujets.

La physique actuelle se base sur 2 grands paradigmes, d'un coté la théorie quantique, de nombreux physiciens ont contribué à la mise en place de son cadre fondamental (Bohr, Einstein, Born, Heisenberg, Dirac, Pauli et bien d'autres), de l'autre la théorie de la relativité générale définie par le seul Einstein (mais aidé a priori sur le plan mathématique par son ami Grossmann). Ces 2 théories dans leur domaine d'application conduisent à des observations et des mesures très précises. Elles ont été élaborées pratiquement en même temps, au début du 20éme siècle.

La théorie quantique se préoccupe principalement de "l'infiniment petit", en fait surtout des atomes, des molécules, des particules dites élémentaires et son aboutissement est la théorie des champs (principalement champ électrofaible, champ chromodynamique et champ de Higgs) plus le modèle standard des particules élémentaires. Toutefois, des effets quantiques se manifestent au niveau macroscopique comme par exemple la supraconductivité ou la superfluidité et on utilise couramment les propriétés de la mécanique quantique comme l'effet tunnel dans nos appareils de tous les jours (le transistor est à la base des microprocesseurs et de leurs environnements qui sont présents actuellement dans pratiquement tous nos appareils). Par contre, il reste des phénomènes inexpliqués en particulier la masse des neutrinos et pourquoi le modèle standard des particules élémentaires fait appel à une trentaine de paramètres différents.

La relativité générale se préoccupe de "l'infiniment grand", en fait elle corrige la loi de Newton de la gravité pour les calculs dits locaux (système solaire), permet de définir le comportement de l'ensemble de l'univers (sa géométrie et sa dynamique). C'est avant tout une théorie géométrique de l'espace/temps (3 dimensions d'espace et 1 dimension de temps) qui met en relation la forme de l'espace/temps avec son contenu énergétique (courbure de l'espace par les masses, les particules suivant alors des géodésiques) sachant que depuis la théorie de la relativité restreinte du même Einstein la masse et l'énergie sont les 2 facettes d'un même paramètre physique (E = MC²). Comme l'espace et le temps sont imbriqués dans cette théorie (en relativité restreinte aussi mais plus simplement), le temps dépend de la masse présente et les caractéristiques de la lumière aussi (effet de lentille, décalage vers le rouge, trajectoire courbée). La théorie est non linéaire ce qui rend la recherche de ses solutions très difficiles et seules quelques unes sont connues mais uniquement en faisant des hypothèses très simplificatrices et souvent des approximations. On peut de plus assimiler les coefficients de la métrique de l'espace/temps à un champ en supposant que la gravité est très faible et l'on fait alors apparaitre des ondes gravitationnelles se propageant à la vitesse de la lumière (vitesse limite qui est la vitesse de propagation de tous les autres champs).

En conclusion, on a 2 théories qui de prime abord semblent indépendantes. Cela n'est pas satisfaisant pour les physiciens et plusieurs se sont attelés à la tâche de les rendre interdépendantes. En dehors de la gravité, tous les autres champs sont quantifiés, et à part Einstein et quelques uns qui ont essayé de rester dans le domaine classique pour unifier tous les champs (mais évidemment n'ont pas abouti), les autres physiciens ont basé leurs études sur la quantification de la gravité (voir nota 1). En fait, rien n'indique que la gravité doit être quantifiée mais il est vrai que cela semble naturel car l'on peut assimiler le champ de gravité en champ faible à celui d'une particule élémentaire de spin 2, le graviton, mais l'on perd alors à la fois le caractère géométrique de la théorie et la non linéarité pure (une particule de spin 2 introduit des non linéarités mais différentes) qu'il faut rétablir a priori par d'autres moyens. Il y a beaucoup de théories qui ont été élaborées, les 2 plus connues sont la théorie des cordes et la théorie des boucles, mais pour l'instant à part de beaux théorèmes mathématiques aucune n'a montré le moindre lien avec le réel des observations et des mesures. L'une d'elles aboutira peut-être un jour à quelque chose, l'avenir nous le dira mais il semble que pour l'instant ce jour semble très très lointain (mais cela peut changer du jour au lendemain), et de plus pour moi certaines ont déjà du plomb dans l'aile (et cette image est parfois faible).

Bon, voyons maintenant l'apport de mes réflexions. Comme je l'ai montré dans un billet si l'on considère la mécanique quantique comme une pure théorie statistique mais dont les probabilités sont issues d'une fonction complexe via des conditions suffisantes on retrouve en quelques lignes tout le cadre de la mécanique quantique (classique ou relativiste). En étudiant une interaction microscopique ont met en relation les constantes de la théorie avec la constante fondamentale de Planck. La plupart des phénomènes "mystérieux" de la mécanique quantique disparaissent tels que la réduction du paquet d'onde, le résultat d'une mesure, la non localité, etc, car ils sont Inhérents à une théorie statistique. Le fait que les probabilités soient issues d'une fonction complexe explique clairement les interférences, les états assimilables à des histoires (et pourquoi cela marche) et le phénomène d'intrication via les interactions. L'intrication via l'interaction semble d'ailleurs le phénomène fondateur de la physique. Il explique la flèche du temps puisque les objets physiques ayant interagi sont automatiquement corrélés au moins en partie et cette corrélation n'est pas réversible d'où l'irréversibilité globale des phénomènes physiques. De plus, si l'on prend en compte, le fait que la gravité est avant tout un phénomène macroscopique (aucune mesure microscopique réelle n'a jamais été faite jusqu'à présent car la petitesse de la gravité par rapport aux autres forces l'empêche) et que l'homogénéité de l'univers s'explique par le fait que tous les objets physiques ont déjà été en interaction par le passé (observation du fond diffus cosmologique), on peut considérer que la gravité est une force émergeante issues de l'intrication des objets physiques (mais ce n'est pas la seule caractéristique quantique qui peut la faire émerger). Je renvoie à mes billets pour de plus amples explications.

In fine, on peut dire que vouloir quantifier la gravitation n'a aucun sens car c'est une théorie émergeante et que la théorie quantique répond pour l'instant à la plupart de nos questions. Par contre, il est évident que le modèle standard des particules élémentaires doit être complété. En ce qui concerne la gravité, parler d'énergie noire est une aberration car la constante cosmologique est tout simplement la seconde constante des équations d'Einstein, par contre la matière noire peut être soit une particule encore inconnue de notre modèle à compléter soit un phénomène provenant du fait que la gravité est émergeante via l'intrication (mais ce n'est pas la seule caractéristique quantique qui peut la faire émerger) et de nos hypothèses simplificatrices. Enfin lorsque les phénomènes quantiques jouent un rôle prépondérant nos conceptions sur la gravité atteignent leurs limites et c'est certainement le cas pour les trous noirs et le big bang (voir nota 2).

Nota 1 : Dans la mesure où l'on considère que l'espace/temps et la gravité sont la même chose (théorie d'Einstein), quantifier l'espace/temps ou la gravité revient au même. Dans beaucoup de théories, c'est l'espace/temps qui est quantifié.

Nota 2 : La non détection des micros trous noirs de Hawking dont la création est prévue lors des phases initiales du big bang peut être considérée comme un indice que lors des phases initiales du big bang les équations d'Einstein ne sont pas valides.