Une approche quantitative du problème de la singularité

Une nouvelle approche quantique du problème de la singularité pourrait répondre à la question de ce qui se passe au centre d’un trou noir comme celui-ci dans M87. Crédit : Event Horizon Telescope Collaboration et al.

L’un des problèmes majeurs de la relativité générale qui la sépare des autres descriptions de l’univers, comme la physique quantique, est l’existence de singularités. Les singularités sont des points qui, lorsqu’ils sont décrits mathématiquement, donnent une valeur infinie et suggèrent des régions de l’univers où les lois de la physique cesseront d’exister, c’est-à-dire des points au début de l’univers et au centre des trous noirs.


nouveau papier dans physique nucléaire b, publié par Roberto Casadio, Alexandre Kamenczyk et Iberi Koontz du Département de physique et d’astronomie, Université de Bologne, Italie, propose d’étendre le traitement des singularités dans la langue classique La physique tome La physique quantique Il peut aider à résoudre cette disparité entre les branches de la physique.

« Il n’y a pas de description parfaite et complète de la nature, dit Casadio. Chaque théorie a son propre champ d’application, après quoi elle s’effondre et ses prédictions n’ont plus de sens. » À titre d’exemple, il cite les théories de Newton, qui sont encore assez puissantes pour envoyer des fusées dans l’espace, mais tombent lorsqu’elles sont décrites comme trop petites ou trop massives.

« C’est un problème grave parce que relativité générale La théorie qui décrit le mieux l’interaction gravitationnelle de nos jours prédit assez bien l’existence de singularités en général, dit Casadio. « C’est comme s’il y avait un trou dans l’espace, où il n’y a rien, mais les observateurs tomberont dedans et tout le reste avec ça. »

Casadio suggère que cela peut être visualisé comme un morceau de papier avec un petit trou. « Vous pouvez déplacer la pointe de votre stylo sur le papier, ce qui représente le mouvement de la particule, mais si vous arrivez au trou, le stylo arrête soudainement de dessiner et les particules disparaissent soudainement », dit-il. « Cela montre à quel point les singularités sont des obstacles théoriques qui nous empêchent de comprendre pleinement la nature. »

Casadio ajoute que le fait que la physique n’existe plus avec des singularités conduit à des questions sans réponse telles que : que s’est-il réellement passé dans l’univers primitif ? Tout est-il né d’un point qui n’existait pas dans la réalité ? Qu’arrive-t-il à une particule lorsqu’elle tombe au centre d’un trou noir ?

« Ces questions ouvertes sont la principale raison pour laquelle nous sommes si curieux de poursuivre ce genre d’enquête », dit-il. « Notre approche est largement basée sur les méthodes de la théorie quantique des champs (QFT): le cadre qui combine la mécanique quantique et la relativité restreinte et conduit à un modèle standard très réussi de la physique des particules. »

Les auteurs ont utilisé des outils QFT pour construire un fichier Objet mathématiqueIl peut indiquer la présence de singularités dans des quantités mesurables expérimentalement. Cet objet, qu’ils appelaient « numéro d’enroulement fonctionnel » est non nul en présence de singularités et disparaît en leur absence.

Cette approche a montré que certaines singularités théoriquement prédites n’affectent pas les quantités mesurables expérimentalement, et restent donc des constructions mathématiques inoffensives.

Casadio conclut : « Si notre formalisme échappe à l’examen scientifique et s’avère être la méthode correcte, cela indique un principe physique très profond, et donc les choix de variables physiques sont quelque peu sans importance. » « Cela peut être le résultat de notre compréhension de la physique, même en dehors du sujet des singularités. »


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Plus d’information:
Roberto Casadio et al., Variables communes dans la théorie quantique des champs et la gravité quantique, physique nucléaire b (2021). DOI : 10.1016 / j.nuclphysb.2021.115496

Fourni par SciencePOD

la citation: Une approche quantitative du problème de la singularité (2021, 10 décembre) Récupéré le 10 décembre 2021 de https://phys.org/news/2021-12-quantum-approach-singularity-problem.html

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