Voici une réflexion assez folle.
Imaginez ceci : vous tenez un atome — un seul, tout petit atome — et vous faites en sorte qu'il existe à deux endroits simultanément. C'est la superposition quantique, l'une de ces choses qui semblent complètement dingues jusqu'à ce que vous vous rappeliez que les atomes font exactement cela tout le temps, quand personne ne regarde.
Maintenant, lâchez-le.
Que se passe-t-il ?
C'est précisément ce qu'une équipe de physiciens vient de tester, et honnêtement ? La réponse qu'ils ont trouvée est à la fois évidente et absolument fascinante.
Les deux rois de la physique (qui ne s'entendent pas)
Laissez-moi vous expliquer pourquoi cette expérience est importante, car elle implique deux des plus grandes découvertes de la science qui ne jouent pas bien ensemble.
D'un côté, vous avez la mécanique quantique — la théorie qui explique comment les atomes et les particules minuscules se comportent. Elle est étrange, contre-intuitive, et fonctionne magnifiquement. Les particules peuvent être dans plusieurs états à la fois. Elles peuvent traverser des murs. Elles peuvent être liées d'une manière qui met Einstein lui-même mal à l'aise (il l'a appelée, dans une célèbre formule, « action fantomatique à distance »).
De l'autre côté, vous avez la théorie de la gravité d'Einstein — la relativité générale. C'est la théorie qui explique pourquoi les objets tombent, comment les planètes orbitent, et pourquoi le temps s'écoule différemment selon votre vitesse ou votre proximité avec un objet massif. Elle est élégante, elle a été prouvée juste d'innombrables fois, et elle décrit l'univers à l'échelle cosmique.
Voici le problème : ces deux théories se détestent.
Je veux dire, elles ne se détestent pas vraiment — c'est absurde — mais les physiciens ont passé près d'un siècle à essayer de les combiner en une théorie unifiée, et personne n'y est encore parvenu. Chacune fonctionne parfaitement dans son propre domaine, mais dès que vous essayez d'appliquer les deux simultanément, tout s'effondre.
C'est comme avoir deux amis qui sont géniaux individuellement, mais qui deviennent un désastre complet lorsqu'ils sont dans la même pièce.
Que font réellement ces scientifiques ?
L'expérience, publiée dans Science Advances, a été menée par des chercheurs de l'Université Ben-Gourion du Néguev, de l'Université d'Ulm et de l'Université d'Oxford — dont le légendaire Roger Penrose, qui a littéralement remporté un prix Nobel pour ses travaux en physique.
Ce qu'ils ont construit s'appelle un interféromètre quantique de Galilée. Je sais, je sais — c'est beaucoup de mots compliqués. Mais voici la version simple :
Ils ont pris des nuages d'atomes de rubidium (super froids, presque au zéro absolu) et ont divisé l'onde quantique de chaque atome en deux trajectoires distinctes. Une trajectoire est restée sur place, maintenue par des champs magnétiques soigneusement contrôlés. L'autre trajectoire a été laissée tomber librement, comme une balle que vous auriez lancée en l'air.
Ensuite — voici la partie cool — ils ont ramené ces deux trajectoires ensemble et ont observé comment les ondes interféraient entre elles.
Imaginez que vous jetiez deux cailloux dans un étang à des moments légèrement différents et que vous observiez comment les ondulations interagissent. La différence entre ces ondulations vous indique quelque chose sur ce qui est arrivé à chaque caillou durant son petit voyage.
Le principe d'équivalence reçoit une mise à niveau quantique
C'est ici qu'Einstein revient dans le tableau.
Le principe d'équivalence d'Einstein est l'un des fondements de sa théorie de la gravité. L'idée de base est d'une beauté simple : la gravité et l'accélération sont indiscernables. Si vous êtes dans une pièce fermée, vous ne pouvez pas dire si vous ressentez un poids parce que vous êtes debout sur Terre ou parce que la pièce est accélérée dans l'espace. Une personne en chute libre se sent en apesanteur, quelle que soit sa masse.
Ce principe a été testé maintes et maintes fois avec des objets normaux, du quotidien, et il a toujours tenu bon.
Mais voici la question que ces scientifiques se posaient : fonctionne-t-il toujours