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Mécanique Quantique vs Relativité Générale ! ? je suis confus ... comment ils ne fonctionnent pas plus ensemble ... Expliquez comme si j'avais cinq ans.
gpt
Ça va être long, alors supportez-moi. Notre compréhension actuelle de la physique quantique s'appelle la « théorie quantique des champs ». L'idée est qu'il existe des « champs » qui imprègnent tout l'espace et que les particules sont des « excitations » dans ces champs. Pour une analogie, imaginez un étang très immobile. Si vous mettez de l'énergie dans l'étang, peut-être en frappant la surface, vous créerez une ondulation dans l'étang. Si vous remplacez le mot « étang » par « champ d'électrons » et « ondulation » par « électron », vous avez une compréhension très basique de la théorie quantique des champs. C'est l'étude de la façon dont ces "ondulations" interagissent les unes avec les autres. Ainsi, par exemple, si vous avez deux électrons, ils se repousseront à cause de leur charge. La façon dont cela est compris est que le champ d'électrons est "couplé" à un deuxième champ, le champ "électromagnétique" ou "photonique" (je déteste les deux noms, personnellement). Prenez votre bassin et imaginez qu'il repose sur une couche d'un autre fluide, comme de l'huile. Les fluides ne se mélangent pas, mais une ondulation dans l'un peut provoquer une ondulation dans l'autre. Ainsi , l' idée est que s'il ya deux électrons sur l' étang , l' ondulation de l' électron A fera une ondulation dans l' huile , qui passera à l' électron B et le fera dévier . Les " ondulations d' électrons " n'ont pas interagi * directement * , elles ont interagi via l' huile à laquelle elles sont couplées . Une ondulation de l'huile « a facilité l'interaction », c'est ainsi que les électrons ont réussi à exercer des forces les uns sur les autres. Tout cela semble bien beau , mais il ya un problème . Même dans notre analogie avec l' étang , il semble idiot de supposer qu'une ondulation dans le pétrole n'affecterait pas l' eau sous laquelle il se déplace lorsqu'il passe à l' autre " électron " . Après tout , si les électrons peuvent provoquer des ondulations dans le pétrole , les ondulations du pétrole ne devraient-elles pas pouvoir produire des électrons ? Eh bien , oui , ils peuvent et ils le font . Pour utiliser les termes de la physique, une « ondulation dans le pétrole » est en fait un soi-disant « photon virtuel ». Ce n'est pas vraiment un photon, mais il agit un peu comme un photon. Et , comme un vrai photon , il peut se transformer spontanément en électron , exactement comme une ondulation du pétrole pourrait provoquer une ondulation de l' eau . Il forme en fait une paire électron/positon (le positon est l'antiparticule de l'électron), qui sera importante plus tard. Ainsi , lorsque nous faisons des calculs , nous devons tenir compte du fait que cela peut arriver . Plus précisément, cela s'appelle une "correction de boucle", même si vous n'avez pas vraiment besoin de savoir pourquoi. Ce qui se passe lorsque nous prenons en compte nos corrections de boucle, cependant, c'est que nous nous retrouvons avec des divergences, qui sont des nombres qui explosent à l'infini. Cela ne peut pas être correct , alors la théorie des champs est - elle fausse ? Et bien non . Ce que certaines personnes intelligentes ont réalisé, c'est que les paramètres que nous introduisions dans nos équations - la masse/charge de l'électron, par exemple - étaient déterminés par l'expérience. Si QFT est vrai , alors les valeurs que nous avons obtenues expérimentalement devraient avoir les corrections de boucle * déjà prises en compte . * Donc , il y a des quantités " nues " qui sont des paramètres physiques qui sont vrais * avant * que vous appliquiez des corrections de boucle , et puis il y a des quantités * de renormalisation * qui doivent être prises en compte lorsque vous appliquez des corrections de boucle . La soustraction des quantités nues (infinies) des quantités renormalisantes (également infinies) vous donne les valeurs réelles vérifiées expérimentalement, qui sont finies. Beaucoup de gens ont des objections à cette technique, et leurs objections peuvent très bien être valables, mais n'entrons pas dans les détails. Qu'il suffise de dire que dire « l'infini moins l'infini = quelque chose de fini » est vraiment insensé et devrait donner des maux de tête à la plupart des mathématiciens. Maintenant , la gravité . Supposons que cela fonctionne comme l'électromagnétisme. Les particules avec une masse (nous pourrions aussi bien coller avec des électrons) sont des ondulations dans un étang, et elles reposent sur un autre type de « bassin de pétrole » appelé « bassin de gravité », tout comme il se trouvait sur le « bassin de photons ». Le problème est que les corrections de boucle pour la gravité ne seront pas renormalisables. Supposons que mon « ondulation de gravité », qui s'appelle un « graviton », soit exactement comme le photon, et qu'elle puisse également produire des électrons. Il devrait, après tout, pour les mêmes raisons que le photon pourrait. Le problème est que ce qui se passe lorsque le graviton se déplace de l'électron A à l'électron B, c'est qu'il fabrique simplement plus d'électrons. Ces électrons devraient être attirés les uns vers les autres, ce qui renforce encore plus la gravité. Ensuite , ces électrons font * plus * d' électrons grâce à leur interaction avec la paire d' origine , et l' attraction devient encore plus forte , puis ces électrons font * plus * ... et ainsi de suite . Avec l'électromagnétisme, ce n'était pas vraiment un problème. Rappelez-vous comment j'ai dit ce qui se passe réellement, c'est qu'une * paire * électron / positon est produite ? Eh bien, les positrons sont chargés positivement, donc le fait d'avoir le positron là-bas annule la répulsion supplémentaire que l'électron supplémentaire aurait faite. La renormalisation était toujours un problème , mais pour des raisons différentes . Ici, cependant, nous ne pouvons pas annuler cette force d'interaction supplémentaire à cause des nouvelles masses. Il n'y a pas de "masse négative" pour contrecarrer cette attraction supplémentaire, il y a juste de plus en plus de masse. Ainsi , les corrections de boucle à la gravité quantique sont divergentes ( explosent à l' infini ) , mais pas d' une manière que nous puissions renormaliser . Ce qui se passe, c'est qu'à mesure que nous essayons d'ajouter des paramètres de renormalisation, nous commençons à devoir en ajouter de plus en plus : un nombre infini, en fait. Par conséquent , la gravité n'est pas renormalisable , parce que nous ne pouvons pas nous contenter de rajouter des paramètres de manière significative juste pour forcer la théorie à fonctionner comme nous le voulons . edit : Soit dit en passant, je dois mentionner que la gravité quantique fonctionne à des échelles suffisamment grandes. C'est un peu contre-intuitif, mais plus la distance d'interaction est grande, moins les corrections de boucles sont importantes. Ils peuvent être effectivement ignorés à certaines échelles, tout comme les corrections de boucle pour l'électromagnétisme.