Le grand problème qui a perplexe Einstein et se déroule toujours les physiciens aujourd'hui

Le grand problème avec lequel Einstein a eu du mal au cours de ses dernières années, après avoir publié ses travaux de percée sur la relativité, est un problème qui n'est pas résolu. Nous parlons, bien sûr, de l'insaisissable «Grande théorie de tout». Les tentatives de résolution de la physique einsteinienne avec mécanique quantique ont persisté pendant un siècle, mais tous les efforts ont échoué. Les deux modèles contradictoires hantent des physiciens depuis des décennies. Les deux théories sont testables, avec d'innombrables expériences prouvant leur véracité. Pourtant, les deux restent incompatibles.

Les théories de la relativité d'Einstein décrivent essentiellement la nature de la gravité comme une flexion de l'espace-temps, tandis que la mécanique quantique décrit toutes les forces de la nature comme des probabilités quantiques. Les deux théories fonctionnent exceptionnellement bien – mais pas les unes avec les autres.

Le domaine de la mécanique quantique a théoriquement et expérimentalement défini trois des quatre des forces fondamentales de la nature. Grâce à des outils de haute technologie comme les accélérateurs de particules, les physiciens ont utilisé la théorie quantique pour décrire l'électromagnétisme, la force faible et la force forte en termes de particules et de probabilité. Pourtant, la gravité reste l'énigme.

C'est la gravité qui a perplexe Einstein, alors qu'il tentait de concilier ses théories avec le domaine de la mécanique quantique qui fleurissait dans ses dernières années. Trouver une théorie glorieuse et unificatrice est devenue quelque chose d'une obsession, et ses efforts peuvent même l'avoir aliéné de la communauté scientifique dominante – une communauté qui faisait de grands progrès dans la mécanique quantique. Avec chaque nouvelle percée dans la théorie quantique, le fossé entre la gravité einsteinienne et la mécanique quantique s'est élargi.

En 2006, une archive de 33 lettres et 15 manuscrits entre Einstein et ses contemporains a été vendue pour un million de dollars cool. Les documents ont été écrits de 1933 à 1954, une période au cours de laquelle le physicien déjà célèbre a exprimé ses tentatives (et ses frustrations) de décrire une «grande théorie de tout». L'acheteur des journaux n'a pas été rendu public, mais une partie du contenu de la littérature était.

Nous savons cependant qui a vendu les archives. La collection a été compilée et vendue en 2006 par le domaine familial d'Ernst Gabor Straus. Straus était l'un des partenaires et assistants universitaires les plus proches d'Einstein, et une personne qui a eu une influence indéniablement profonde sur les recherches d'Einstein sur la période. Les documents peuvent ne pas révéler une théorie de tout, mais ils renforcent l'image d'Einstein comme un homme brillant qui se tenait sur les épaules des géants.

Cette période dans la carrière d'Einstein, passée à l'Université de Princeton dans le New Jersey, révèle également un humble et honnête qui a écouté d'autres physiciens brillants et a considéré leur contribution. Les lettres et les comptes de collègues comme Straus suggèrent qu'Einstein avait passé d'innombrables heures à poursuivre des avenues théoriques qui ont conduit à des impasses. Chaque étape du chemin, Einstein a collaboré avec Straus et d'autres dans sa poursuite sans fruit.

En fait, Straus a souvent souligné bon nombre des défauts des lignes d'enquête d'Einstein concernant la grande théorie unificatrice. Et il semble que Straus avait raison de le faire. La théorie n'a jamais été découverte et Albert Einstein est décédé en 1955, son rêve d'unifier la physique moderne en un seul cadre encore non réalisé à ce jour. Ce n'était pas le seul problème qui a perplexe Einstein, mais c'était certainement l'un des plus importants.

La théorie de tout reste non résolue, bien que la théorie de la gravité et de la mécanique quantique ait été considérablement affinée depuis la mort d'Einstein en 1955. Alors qu'Einstein s'est efforcé (et a échoué) de combiner les quatre forces fondamentales dans un seul domaine unifié, trois des quatre ont été combinés avec succès grâce aux avancées en physique théorique et expérimentale.

À partir des années 1970, les percées dans la physique théorique et expérimentale ont défini la force électromagnétique, la forte force nucléaire et la faible force nucléaire dans une théorie des champs combinés. La dernière étape pour découvrir une théorie de tout serait une théorie quantique de la gravité. Et tandis que la théorie elle-même reste insaisissable, un grand saut vers sa découverte s'est produit en 2015, revigorant un nouvel espoir pour les physiciens.

Les ondes gravitationnelles ont longtemps été supposées exister, mais ce n'est que le 14 septembre 2015, alors qu'ils ont finalement été prouvés. La mesure s'est produite à l'observatoire à ondes gravitationnelles interféromètres laser, assistée par le détecteur européen de la Vierge et des dizaines de télescopes au sol et à l'espace. Cette entreprise massive a réussi à détecter une ondulation incroyablement petite dans l'espace-temps, une ondulation émanant d'une collision vieille de 1,3 milliard de dollars entre les trous noirs.

La mesure précise a été l'une des nombreuses confirmations des percées d'Einstein en physique, mais elle a également ajouté de nouvelles perspectives sur la nature de la gravité et comment elle pourrait être incorporée dans une théorie de tout. Pour les physiciens, les vagues et les particules sont fondamentalement les mêmes, donc décrire la gravité avec le langage des vagues est une foulée majeure vers une théorie quantique de la gravité. Et si vous pouvez quantifier la gravité, vous pourriez être en mesure de remettre le plus grand défi d'Einstein à se reposer.