“Il y a certaines configurations du futur qui ne correspondent à rien dans le passé”, a déclaré Cotler. “Il n’y a rien dans le passé qui pourrait évoluer vers elles”.
Giddings a proposé un principe similaire pour écarter les états paradoxaux qu’il a rencontrés en étudiant les trous noirs l’année dernière. Il l’appelle “l’histoire compte”, et il soutient qu’un état donné de l’univers n’est physiquement possible que s’il peut évoluer à rebours sans générer de contradictions. “C’était une sorte d’énigme persistante”, a-t-il déclaré. Strominger et Cotler “s’emparent de cette énigme et l’utilisent pour essayer de motiver une nouvelle façon de penser les choses”.
Giddings pense que cette approche mérite d’être développée. C’est également le cas de Dittrich, qui est parvenue à des conclusions similaires sur l’isométrie il y a dix ans, alors qu’elle tentait de formuler une théorie quantique de l’espace-temps avec son collaborateur Philipp Höhn. L’un des espoirs est que ces travaux puissent un jour conduire à la règle isométrique spécifique qui pourrait régir notre univers – une prescription un peu plus compliquée que “0 va à 01”. Une véritable isométrie cosmologique, spécule Cotler, pourrait être vérifiée en calculant quels schémas spécifiques dans la distribution de la matière dans le ciel sont possibles et lesquels ne le sont pas, puis en testant ces prédictions par rapport aux données d’observation. “Si vous regardez de plus près, vous trouverez ceci mais pas cela”, a-t-il déclaré. “Cela pourrait être vraiment utile”.
Vers l’isométrie et au-delà
Bien que de telles preuves expérimentales puissent s’accumuler dans le futur, à court terme, les preuves de l’isométrie sont plus susceptibles de provenir d’études théoriques et d’expériences de pensée montrant qu’elle permet de combiner la malléabilité de l’espace-temps avec les amplitudes de la théorie quantique.
Une expérience de pensée dans laquelle l’unitarité semble fragile concerne les trous noirs, d’intenses concentrations de matière qui déforment l’espace-temps en une impasse. Stephen Hawking a calculé en 1974 que les trous noirs s’évaporent avec le temps, effaçant l’état quantique de tout ce qui y est tombé – une violation apparemment flagrante de l’unitarité connue sous le nom de paradoxe de l’information des trous noirs. Si les trous noirs ont des espaces de Hilbert qui mûrissent de manière isométrique, comme Cotler et Strominger le supposent, les physiciens pourraient être confrontés à une énigme quelque peu différente de ce qu’ils pensaient. “Je ne pense pas qu’il puisse y avoir une solution qui ne tienne pas compte de cela”, a déclaré Strominger.
Un autre prix serait une théorie quantique détaillée qui décrirait non seulement comment le cosmos se développe, mais aussi d’où tout vient en premier lieu. “Nous n’avons pas d’univers, et tout d’un coup, nous avons un univers”, a déclaré Arkani-Hamed. “Quel genre d’évolution unitaire est-ce là ?”
Pour sa part, Arkani-Hamed doute que l’échange de l’isométrie contre l’unitarité aille suffisamment loin. Il est l’un des responsables d’un programme de recherche qui tente de s’affranchir de nombreuses hypothèses fondamentales de la théorie quantique et de la relativité générale, et pas seulement de l’unitarité.
Il pense que la prochaine théorie prendra une forme totalement nouvelle, tout comme la mécanique quantique a constitué une rupture nette avec les lois du mouvement d’Isaac Newton. Pour illustrer ce à quoi pourrait ressembler une nouvelle forme, il cite un programme de recherche découlant d’une découverte faite en 2014 avec Jaroslav Trnka, son étudiant de l’époque. Ils ont montré que lorsque certaines particules entrent en collision, l’amplitude de chaque résultat possible est égale au volume d’un objet géométrique, surnommé l’amplituèdre. Il est beaucoup plus facile de calculer le volume de l’objet que d’utiliser les méthodes standard de calcul des amplitudes, qui reconstituent laborieusement toutes les façons dont une collision de particules peut se produire, instant après instant.
Il est intriguant de constater que si l’amplituèdre donne des réponses qui obéissent à l’unitarité, le principe n’est pas utilisé pour construire la forme elle-même. Il n’y a pas non plus d’hypothèses sur la façon dont les particules se déplacent dans l’espace et le temps. Le succès de cette formulation purement géométrique de la physique des particules soulève la possibilité d’une nouvelle perspective sur la réalité, une perspective libre des principes chers qui sont actuellement en conflit. Les chercheurs ont progressivement généralisé l’approche pour explorer des formes géométriques apparentées se rapportant à différentes particules et théories quantiques.
“[It] peut être une façon différente d’organiser l’unitarité”, a déclaré Cotler, “et peut-être qu’elle contient les graines pour la transcender.”
Article original Reproduit avec la permission de Magazine Quanta, une publication éditorialement indépendante de la Fondation Simons dont la mission est d’améliorer la compréhension de la science par le public en couvrant les développements et les tendances de la recherche en mathématiques et en sciences physiques et de la vie.
