Le nombre qu'Albert Einstein appelait sa plus grande erreur pourrait enfin avoir un sens. Les physiciens sont depuis longtemps perplexes face à la constante cosmologique, une valeur qui décrit l'énergie qui accélère l'expansion de l'univers. La théorie quantique prédit que ce nombre devrait être astronomiquement grand, presque infini. Mais les observations réelles montrent qu'il est remarquablement petit. Aujourd'hui, des chercheurs de l'université Brown aux États-Unis ont trouvé une raison possible à cela.
Un lien caché entre la gravité et un matériau exotique
L'équipe a découvert que les mathématiques derrière une version simple de la gravité quantique correspondent étroitement aux mathématiques de l'effet Hall quantique. Il s'agit d'un étrange état de la matière où la conductance électrique se verrouille sur des valeurs extrêmement précises et y reste même lorsque le matériau présente des défauts. La stabilité vient de la topologie, une branche des mathématiques qui étudie la forme sous-jacente d'un système. Les chercheurs soutiennent qu'une caractéristique topologique similaire apparaît dans l'état de Chern-Simons-Kodama, un état fondamental proposé de la gravité quantique.
Comment la topologie dompte un problème d'énergie infini
Selon la théorie quantique des champs, l'espace vide devrait être rempli de minuscules fluctuations qui contribuent à une énergie énorme à la constante cosmologique. Mais l'équipe de Brown a montré que si l'espace-temps lui-même possède une certaine topologie non triviale, ces perturbations quantiques deviennent inertes. Elles ne font plus exploser la valeur de la constante. La topologie protège essentiellement la constante cosmologique des effets perturbateurs des fluctuations quantiques, la maintenant stable et petite.
La correction originale d'Einstein et la nouvelle tournure
Einstein a d'abord ajouté la constante cosmologique à ses équations de la relativité générale parce qu'il pensait que l'univers était statique. Il avait besoin d'une force répulsive dans l'espace vide pour empêcher ses équations de prédire un cosmos en effondrement. Plus tard, lorsque les preuves ont montré que l'univers était en expansion, il aurait qualifié la constante de sa plus grande erreur. Mais les observations modernes l'ont relancée. L'univers non seulement s'étend, mais il accélère. La constante cosmologique est la manière la plus simple de décrire cette accélération, mais sa minuscule valeur observée reste une énigme profonde.
L'étude, publiée dans Physical Review Letters, a été co-écrite par le professeur de physique de Brown Stephon Alexander, ainsi que par Aaron Hui et Heliudson Bernardo du Brown Theoretical Physics Center. Leur travail ne prétend pas avoir résolu complètement le problème. Il offre une connexion mathématique qui pourrait pointer vers une explication complète. L'idée que la forme de l'espace-temps elle-même pourrait maintenir la constante cosmologique petite est une nouvelle piste pour les physiciens à explorer.
