« Il y a certaines configurations du futur qui ne correspondent à rien du passé », a déclaré Cotler. “Il n’y a rien dans le passé qui pourrait évoluer en eux.”
Giddings a proposé un principe similaire pour exclure les états paradoxaux qu’il a rencontrés lors de l’étude des 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 vers l’arrière sans générer de contradictions. “Cela a été une sorte de casse-tête persistant”, a-t-il déclaré. Strominger et Cotler “prennent ce puzzle et l’utilisent pour essayer de motiver éventuellement une nouvelle façon de penser les choses”.
Giddings pense que l’approche mérite d’être développée davantage. Il en va de même pour Dittrich, qui est arrivé à des réalisations similaires sur l’isométrie il y a dix ans en essayant de formuler une jouet théorie quantique de l’espace-temps avec son collaborateur Philipp Höhn. On espère qu’un tel travail pourrait éventuellement 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 modèles spécifiques de 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 y 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 à l’avenir, à court terme, les preuves de l’isométrie proviendront plus probablement d’études théoriques et d’expériences de pensée montrant qu’elle aide à combiner la malléabilité de l’espace-temps avec les amplitudes de la théorie quantique.
Une expérience de pensée où l’unitarité semble grinçante implique des trous noirs, des concentrations intenses de matière qui déforment l’espace-temps dans une impasse. Stephen Hawking a calculé en 1974 que les trous noirs s’évaporaient avec le temps, effaçant l’état quantique de tout ce qui tombait dedans – une violation apparemment flagrante de l’unitarité connue sous le nom de Paradoxe de l’information sur le trou noir. Si les trous noirs ont des espaces de Hilbert qui mûrissent isométriquement, comme l’hypothèse de Cotler et Strominger, les physiciens pourraient être confrontés à un casse-tête quelque peu différent de ce qu’ils pensaient. “Je ne pense pas qu’il puisse y avoir une solution qui ne prenne pas cela en compte”, a déclaré Strominger.
Un autre prix serait une théorie quantique détaillée décrivant non seulement comment le cosmos se développe, mais 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. “Qu’est-ce que c’est que cette évolution unitaire?”
Pour sa part, cependant, Arkani-Hamed doute que le remplacement de l’isométrie par l’unitarité aille assez loin. Il est l’un des leaders d’un programme de recherche qui tente de se libérer de nombreuses hypothèses fondamentales de la théorie quantique et de la relativité générale, et pas seulement de l’unitarité.
Quelle que soit la théorie qui suivra, il soupçonne qu’elle prendra une forme complètement nouvelle, tout comme la mécanique quantique était une rupture nette avec les lois du mouvement d’Isaac Newton. Comme exemple illustratif de ce à quoi pourrait ressembler une nouvelle forme, il mentionne un programme de recherche issu de une découverte de 2014 qu’il a réalisé avec Jaroslav Trnka, son élève à 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. Le calcul du volume de l’objet est beaucoup plus facile que d’utiliser les méthodes standard pour calculer les amplitudes, qui reconstituent laborieusement toutes les façons dont une collision de particules pourrait se dérouler, moment par moment.
Curieusement, alors que 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 dans le temps. Le succès de cette formulation purement géométrique de la physique des particules ouvre la possibilité d’une nouvelle perspective sur la réalité, libre des principes chéris qui sont actuellement en conflit. Les chercheurs ont progressivement généralisé l’approche pour explorer des formes géométriques liées appartenant à différentes particules et théories quantiques.
“[It] peut être une manière différente d’organiser l’unitarité », a déclaré Cotler, « et peut-être qu’elle a les graines pour la transcender.
Histoire originale reproduit avec la permission de Quanta Magazine, une publication éditorialement indépendante de la Fondation Simons dont la mission est d’améliorer la compréhension publique de la science en couvrant les développements et les tendances de la recherche en mathématiques et en sciences physiques et de la vie.