La gravité émerge de l'information quantique, disent les physiciens

L'une des nouvelles idées les plus en vogue en physique est que la gravité est un phénomène émergent ; qu'il résulte en quelque sorte de l'interaction complexe de choses plus simples.

Il y a quelques mois, Erik Verlinde de l'Université d'Amsterdam a avancé une telle idée qui a pris d'assaut le monde de la physique. Verlinde a suggéré que la gravité n'est qu'une manifestation de l'entropie dans l'Univers. Son idée est basée sur la deuxième loi de la thermodynamique, selon laquelle l'entropie augmente toujours avec le temps. Cela suggère que les différences d'entropie entre les parties de l'Univers génèrent une force qui redistribue la matière d'une manière qui maximise l'entropie. C'est la force que nous appelons la gravité.

Ce qui est passionnant à propos de cette approche, c'est qu'elle simplifie considérablement l'échafaudage théorique qui prend en charge la physique moderne. Et bien qu'il ait ses limites - par exemple, il génère les lois de la gravité de Newton plutôt que celles d'Einstein - il présente également certains avantages, tels que la capacité de prendre en compte l'ampleur de l'énergie noire avec laquelle les théories conventionnelles de la gravité luttent.

Mais peut-être l'idée la plus puissante qui se dégage de l'approche de Verlinde est que la gravité est essentiellement un phénomène d'information.

Aujourd'hui, cette idée reçoit un coup de pouce utile de Jae-Weon Lee de l'Université Jungwon en Corée du Sud et de quelques amis. Ils utilisent l'idée d'information quantique pour dériver une théorie de la gravité et ils le font en prenant une approche légèrement différente de celle de Verlinde.

Au cœur de leur idée se trouve la question délicate de savoir ce qu'il advient de l'information lorsqu'elle pénètre dans un trou noir. Les physiciens s'y interrogent depuis des décennies avec peu de consensus. Mais une chose sur laquelle ils s'accordent est le principe de Landauer : l'effacement d'un peu d'information quantique augmente toujours l'entropie de l'Univers d'une certaine petite quantité et nécessite une quantité spécifique d'énergie.

Jae-Weon et ses collaborateurs supposent que ce processus d'effacement doit se produire à l'horizon du trou noir. Et si c'est le cas, l'espace-temps doit s'organiser de manière à maximiser l'entropie à ces horizons. En d'autres termes, il génère une force semblable à la gravité.

C'est intriguant pour plusieurs raisons. Premièrement, Jae-Weon et ses collègues supposent l'existence de l'espace-temps et de sa géométrie et demandent simplement quelle forme il doit prendre si l'information est effacée aux horizons de cette manière.

Il relie également la gravité à l'information quantique pour la première fois. Ces dernières années, de nombreux résultats en mécanique quantique ont mis en évidence le rôle de plus en plus important que l'information semble jouer dans l'Univers.

Certains physiciens sont convaincus que les propriétés de l'information ne proviennent pas du comportement des porteurs d'information tels que les photons et les électrons mais l'inverse. Ils pensent que l'information elle-même est le socle fantomatique sur lequel notre univers est construit.

La gravité a toujours été une mouche dans cette pommade. Mais la prise de conscience croissante que l'information joue ici aussi un rôle fondamental, pourrait ouvrir la voie au type d'unification entre la mécanique quantique et la relativité dont les physiciens ont rêvé.

Réf : arxiv.org/abs/1001.5445 : La gravité à partir de l'information quantique

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