Abhay Ashtekar est l’un des découvreurs et des pionniers fondateurs de la gravitation quantique à boucles, l'une des principales voies explorées pour résoudre avec la mécanique quantique les mystères livrés par la théorie de la relativité générale lorsqu'on l'applique aux trous noirs et au Big Bang. Futura a eu l'occasion de l'interviewer lorsqu'il s'est rendu à un symposium organisé par la Fondation Archimedes.SIE en octobre 2022, à Saint-Raphaël. C'est aussi l'occasion de présenter un peu la cosmologie quantique à boucles.
Abhay Ashtekar est directeur de l’Institute for Gravitation and the Cosmos à l’Université d’État de Pensylvanie aux États-Unis, l’un des découvreurs et des pionniers fondateurs de la gravitation quantique à boucles, notamment avec ses collègues Carlo Rovelli et Lee Smolin.
Il a passé sa thèse avec Robert Geroch, un des grands noms des développements modernes de la théorie de la relativité générale des années 1960 à 1970, lui-même ancien thésard de John Wheeler, le directeur de thèse de Richard Feynman, et l'un des pionniers du renouveau de la théorie de la gravitation relativiste d'Einstein pendant cette période.
Les cours de Robert Geroch sur la relativité générale et la géométrie différentielle, par leur profondeur conceptuelle et leur accessibilité pour le débutant ayant entendu parler des découvertes de Stephen Hawking et Roger Penrose, peuvent être comparés à ceux, mondialement célèbres, de Richard Feynman en physique.
On explique souvent qu’une théorie de gravitation quantique se propose de combiner la théorie de la relativité générale — décrivant un espace-temps qui peut se courber et se déformer comme un tissu élastique dans l’infiniment grand — avec les lois de la mécanique quantique qui furent découvertes quand on a cherché à comprendre le monde des atomes, et comment ils pouvaient absorber et émettre de la lumière, par exemple lorsque l’on chauffe du métal dans un four — c'est précisément ce qui donne le spectre du corps noir, un spectre universel pour le rayonnement d'un corps chaud à l'équilibre thermique.
Une théorie quantique de la gravitation est certainement un des graals de la physique moderne sur laquelle Niels Bohr et Albert Einstein avaient sûrement des avis divergents. Bien qu’absolument fascinante, une exposition des idées d’une telle théorie et les raisons, qui ont fait que des chercheurs comme Abhay Ashtekar ont dédié une partie de leur vie à cette quête, ne sont sans doute pas immédiatement accessibles. Mais Futura a eu la chance de l'interviewer lors d'un symposium organisé par la Fondation Archimedes.SIE en octobre 2022, à Saint-Raphaël.
Il existe plusieurs voies possibles pour construire une théorie quantique de la gravitation et percer avec elle les énigmes du Big Bang et des trous noirs.
Abhay Ashtekar est donc, comme on l'a dit, à l'origine d'une de ces voies : la gravitation quantique à boucles.
Pour aider le grand public à aller tout de suite au cœur de la question avec lui, il est peut-être utile de commencer par faire une analogie entre les premiers travaux sur la physique quantique et ceux sur la gravitation quantique.
Pour cela, on peut expliquer qu’il y a plus d’un siècle, lorsque les physiciens classiques ont cherché à comprendre les atomes avec les lois de la physique qu’ils connaissaient, ils devaient en conclure que les atomes n’étaient pas stables et que les électrons tournant autour des noyaux devaient s’effondrer sur eux en donnant donc une matière très dense.
Mais les lois de la mécanique quantique gouvernées notamment par la fameuse équation de Schrödinger stoppent cet effondrement et expliquent finalement toutes les propriétés des atomes.
Cette équation gouverne dans le cas d'une particule ce que l'on appelle sa fonction d'onde qui décrit dans l'espace la probabilité pour la particule de se retrouver dans un état mesurable en un point. Il existe, en effet, ce que l'on appelle une onde de matière similaire à une onde lumineuse pour un grain de lumière, un photon. Plus généralement, la fonction d'onde décrit l'ensemble des valeurs d'un système quantique, pas nécessairement sous la forme d'une sorte d'onde ou de particule classique, que l'on peut attribuer à ce système lors d'une mesure, valeurs gouvernées par des probabilités — le concept de fonction d'onde est en fait beaucoup plus subtil que l'aperçu par...
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