La solution de Verlinde pour la gravité

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La solution de Verlinde pour la gravité

Il est difficile d’imaginer un aspect plus fondamental et omniprésent de la vie sur Terre que la gravité, à partir du moment où vous avez fait un pas pour la première fois et êtes tombé sur le fond de votre couche au lent affaissement terminal de la chair et des rêves.

Mais que se passe-t-il si tout cela n’est qu’une illusion, une sorte de fioriture cosmique ou un effet secondaire de quelque chose d’autre qui se passe à des niveaux plus profonds de la réalité ? C’est ce que dit Erik Verlinde, 48 ans, théoricien des cordes respecté et professeur de physique à l’Université d’Amsterdam, dont l’affirmation selon laquelle la gravité est en effet une illusion a provoqué un chahut continu parmi les physiciens, ou du moins parmi ceux qui prétendent la comprendre. Inversant la logique de 300 ans de science, il a fait valoir dans un article récent, intitulé « Sur l’origine de la gravité et les lois de Newton », que la gravité est une conséquence des vénérables lois de la thermodynamique, qui décrivent le comportement de la chaleur et des gaz. . « Pour moi, la gravité n’existe pas », a déclaré le Dr Verlinde, qui était récemment aux États-Unis pour s’expliquer. Non pas qu’il ne puisse pas tomber, mais le Dr.Verlinde fait partie d’un certain nombre de physiciens qui disent que la science a considéré la gravité dans le mauvais sens et qu’il y a quelque chose de plus fondamental, dont la gravité « émerge », la façon dont les marchés boursiers émergent du comportement collectif des investisseurs individuels ou que l’élasticité émerge. de la mécanique des atomes. En regardant la gravité sous cet angle, disent-ils, pourrait éclairer certains des problèmes cosmiques épineux de la journée, comme l’énergie sombre, une sorte d’anti-gravité qui semble accélérer l’expansion de l’univers, ou l’obscurité. matière qui est censée être nécessaire pour maintenir les galaxies ensemble. L’argument du Dr Verlinde repose sur quelque chose que vous pourriez appeler la théorie de la gravité du « mauvais jour des cheveux ». C’est quelque chose comme ça : vos cheveux frisottent dans la chaleur et l’humidité, car il y a plus de façons pour vos cheveux d’être bouclés que d’être raides,et la nature aime les options. Il faut donc une force pour tirer les cheveux raides et éliminer les options de la nature. Oubliez l’espace courbe ou l’attraction effrayante à une distance suffisamment bien décrite par les équations d’Isaac Newton pour nous permettre de naviguer dans les anneaux de Saturne, la force que nous appelons la gravité est simplement un sous-produit de la propension de la nature à maximiser le désordre. Certains des meilleurs physiciens du monde disent ne pas comprendre l’article du Dr Verlinde, et beaucoup sont carrément sceptiques. Mais certains de ces mêmes physiciens disent qu’il a fourni une nouvelle perspective sur certaines des questions les plus profondes de la science, à savoir pourquoi l’espace, le temps et la gravité existent-ils du tout - même s’il n’y a pas encore répondu. "Certaines personnes ont dit que cela ne pouvait pas être juste, d’autres que c’était juste et que nous le savions déjà - que c’est juste et profond, juste et insignifiant", Andrew Strominger,a déclaré un théoricien des cordes à Harvard. « Ce que vous avez à dire, a-t-il poursuivi, c’est que cela a inspiré beaucoup de discussions intéressantes. C’est juste une collection très intéressante d’idées qui touchent à des choses que nous ne comprenons pas profondément à propos de notre univers. C’est pourquoi je l’ai aimé. Le Dr Verlinde n’est pas un candidat évident pour aller au plus profond. Lui et son frère Herman, professeur à Princeton, sont des jumeaux célèbres plus connus pour leur maîtrise des mathématiques de la théorie des cordes dure que pour leurs envolées philosophiques. Né à Woudenberg, aux Pays-Bas, en 1962, les frères se sont très tôt inspirés d’une paire d’émissions télévisées des années 1970 sur la physique des particules et les trous noirs. « J’ai été complètement capturé », se souvient le Dr Verlinde. Lui et son frère ont obtenu ensemble un doctorat de l’Université d’Utrecht en 1988, puis sont allés à Princeton,Erik à l’Institut d’études avancées et Herman à l’université. Après avoir rebondi à travers l’océan, ils ont obtenu un poste à Princeton. Et, ils se sont mariés et divorcés. Erik a quitté Princeton pour Amsterdam pour être près de ses enfants. Il a fait son premier grand succès en tant qu’étudiant diplômé en inventant l’algèbre de Verlinde et la formule de Verlinde, qui sont importantes dans la théorie des cordes, la soi-disant théorie de tout, qui postule que le monde est fait de minuscules cordes frétillantes. Vous pourriez vous demander pourquoi un théoricien des cordes s’intéresse aux équations de Newton. Après tout, Newton a été renversé il y a un siècle par Einstein, qui a expliqué la gravité comme des déformations dans la géométrie de l’espace-temps, et qui, selon certains théoriciens, pourrait être renversée à son tour par les théoriciens des cordes. Au cours des 30 dernières années, la gravité a été « déshabillée », selon les mots du Dr Verlinde,comme une force fondamentale. Ce déshabillage a commencé dans les années 1970 avec la découverte par Jacob Bekenstein de l’Université hébraïque de Jérusalem et Stephen Hawking de l’Université de Cambridge, entre autres, d’un lien mystérieux entre les trous noirs et la thermodynamique, aboutissant à la découverte du Dr Hawking en 1974 que lorsque les effets quantiques sont pris en compte les trous noirs brilleraient et finiraient par exploser. Dans un calcul provocateur en 1995, Ted Jacobson, un théoricien de l’Université du Maryland, a montré que compte tenu de quelques-unes de ces idées holographiques, les équations de relativité générale d’Einstein ne sont qu’une autre façon d’énoncer les lois de la thermodynamique. Ces trous noirs explosifs (du moins en théorie - aucun n’a jamais été observé) ont éclairé une nouvelle étrangeté de la nature. Les trous noirs, en effet, sont des hologrammes - comme les images 3D que vous voyez sur les cartes bancaires.Toutes les informations sur ce qui a été perdu à l’intérieur sont encodées sur leurs surfaces. Depuis, les physiciens se demandent comment ce « principe holographique » - que nous ne sommes peut-être que des ombres sur un mur lointain - s’applique à l’univers et d’où il vient. Nous connaissons tous la gravité. La gravité est ce qui nous rend liés à la terre. Il provoque une accélération vers le bas de nous-mêmes et de tout objet dans notre voisinage à 9,8 m / s2. Newton a montré que cela est vrai dans un sens beaucoup plus général : la gravité est le champ d’accélération associé à tout corps massif. Cette accélération gravitationnelle est attractive, proportionnelle à la masse du corps, et inversement proportionnelle au carré de la distance au corps. Par cette accélération universelle, la gravité détermine la dynamique céleste,il façonne les galaxies et détermine le destin ultime de l’univers. Mais qu’est-ce qui cause la gravité ? Pourrait-il y avoir une couche sous-jacente de réalité d’où émerge la gravité ? Plus de trois siècles après que Newton a formulé ses lois, nous ne savons toujours pas. Entrez Erik Verlinde, physicien théoricien et théoricien des cordes néerlandais. Mercredi dernier, Verlinde aurait présenté ses derniers travaux à l’Institut Spinoza d’Utrecht. Devant un public qui comprenait le lauréat du prix Nobel Gerard ’t Hooft, Verlinde a apparemment prétendu rien de moins que de pouvoir dériver la gravité de la base. Est-ce que je vous entends marmonner les mots « science du culte du fret » ? Peut-être. Cependant, vous pouvez rechercher « Formule Verlinde » sur Google et rechercher l’auteur « Erik Verlinde » sur arXiv. Est-ce que cela vous convainc que nous avons affaire ici à un scientifique très respecté ? Bon, lisez la suite.Suite à sa présentation à Utrecht, Verlinde a accordé une interview au journal néerlandais « Volkskrant ». Cet entretien est apparu dans la section scientifique de l’édition du week-end. Un résumé (en néerlandais) est disponible ici. Aujourd’hui, un ami m’a envoyé l’article complet par e-mail. Malheureusement, le texte est en néerlandais et, à part quelques commentaires liés au principe holographique, contient peu ou pas de détails sur la dérivation de Verlinde de la gravité newtonienne. Pour aggraver les choses, dans l’article Verlinde est cité pour finaliser une publication sur sa théorie. Une rapide inspection d’arXiv confirme que Verlinde n’a en effet pas encore publié d’article sur ce sujet. Donc, pour en savoir plus sur le travail de Verlinde, il semble que nous devions faire preuve de patience. Eh bien, cela pourrait être trop pessimiste. Il y a une lueur d’espoir. Une photo accompagne l’article de journal.On voit Verlinde dans son bureau, debout devant un tableau noir. Un tableau noir sur lequel des gribouillis et des équations sont vaguement visibles. J’ai copié la photo ci-dessous.

Maintenant, je vais vous donner mon interprétation des gribouillis du tableau noir, mais je ne vais certainement pas prétendre que mon interprétation est complète et exacte. Cela pourrait, en fait, être complètement hors de propos. Quiconque souhaite avoir une meilleure interprétation est invité à les mettre en commentaire sur ce blog. C’est votre chance de discuter d’un travail potentiellement important avant même qu’il ne soit publié ! OK allons y. Comme déjà mentionné, Verlinde part du principe holographique. Imaginez un écran sphérique de rayon R entourant un système physique de masse M. Selon le principe holographique, toute la physique qui se déroule à l’intérieur de l’écran peut être décrite par des bits d’information que l’on peut penser localisés sur l’écran. Si chaque bit occupe une zone Abit,un total de N = 4πR2 / Abit bits est disponible pour décrire le système entouré par l’écran sphérique.

Chaque bit est associé à un degré de liberté du système décrit. Selon le théorème d’équipartition, chaque degré de liberté carie en moyenne une énergie ½kT, avec k représentant la constante de Boltzmann et T la température absolue. Comme l’écran est supposé au repos par rapport au système de masse M, du point de vue de l’écran, l’énergie totale du système est donnée par la formule d’Einstein E = M c2. Il s’ensuit que ½kTN = Mc2. En substituant l’expression du nombre de bits (N) dans cette équation d’énergie, il s’ensuit qu’une température T peut être associée à l’écran selon : ½kT = Abit Mc2 / 4πR2. L’écran holographique n’est pas un écran physique mais plutôt une construction de pensée créée pour représenter les informations contenues dans un système physique.Comment une telle non-entité peut-elle avoir une température ? L’effet Unruh nous donne ici un coup de main. Selon ce principe, un observateur accéléré dans un espace vide enregistrera une température non nulle de cet espace vide. Cette température est proportionnelle à l’accélération : ½kT = ћ a / 4πc (ici ћ désigne la constante de Planck réduite [http: //en.wikipedia.org/wiki/Planck ... ] et c représente la vitesse de la lumière). En inversant cet argument, une entité non physique qui a une température peut être considérée comme étant accélérée. Assimiler l’expression de la température de l’écran holographique à l’expression de la température Unruh donne : Abit Mc2 / 4πR2 = ћ a / 4πc, ou : a = GM / R2 avec G = Abit c3 / ћ. Et voilà : la loi de Newton de la gravitation universelle ... Vous obtenez la valeur correcte de la constante gravitationnelle G si vous définissez Abit égal à une aire de Planck (2,6 10-70 m2). Encore une fois : j’interprète juste quelques gribouillis ici. Voyez cela comme quelques premières impressions sans trop réfléchir à l’idée dans son ensemble. Il n’y a absolument aucune garantie que mes interprétations se rapprochent des pensées de Verlinde. Nous en saurons bientôt plus. Surveillez cet endroit.