The Spacetime Metric

De 8–12 ans · environ 6 minutes

L'espace est-il une sorte de mer ?

Et si tout n'était qu'une ondulation sur quelque chose d'invisible ?

La grande idée

Les particules ne sont peut-être pas des briques. Ce sont peut-être des ondulations sur une mer cachée.

superfluide
Un liquide si froid qu'il coule pour toujours sans jamais ralentir.
ondulation
Un motif que fabrique une matière. Ce n'est pas une chose séparée.
horizon
Un bord à sens unique. Une fois franchi, on ne peut plus revenir.

Et si tout n'était qu'une ondulation sur quelque chose d'invisible ?

Regarde une vague qui traverse un étang. La vague est réelle. Tu peux mesurer sa vitesse et ce qu'elle transporte. Mais la vague n'est pas une chose posée sur l'eau. C'est quelque chose que l'eau est en train de faire.

Pose maintenant la question étrange. Et si un électron était comme cela ? Pas une petite brique, mais un motif dans quelque chose de plus profond. Des physiciens prennent cela au sérieux. Ils y sont venus par les liquides très froids.

Un bac d'eau sombre et peu profond éclairé par en dessous, avec des ondulations rondes qui partent de deux fentes et se croisent en bandes claires et sombres.
Un bac d'eau avec des ondulations qui partent de deux petites fentes. Là où deux crêtes se rencontrent, l'eau se soulève. Là où une crête rencontre un creux, elle reste plate. Les scientifiques étudient l'espace en étudiant de tels bacs.

Ce que nous savons avec certitude

Refroidis l'hélium assez fort et il se transforme en liquide. Refroidis-le encore et il devient superfluide. Un superfluide coule sans le moindre frottement. Mets-le à tourner et il continue, tout simplement.

Un physicien russe et finlandais nommé Grigory Volovik a passé sa carrière sur ces liquides. Il a remarqué une chose surprenante. Les calculs des ondulations dans l'hélium superfluide lui semblaient bizarrement familiers. Ils ressemblaient presque exactement aux calculs des particules de notre univers.

Mieux encore, les fluides peuvent imiter la gravité. Fais couler un fluide plus vite que ses propres vagues ne voyagent. Tu viens de construire un horizon. Le son ne peut plus s'en échapper. C'est comme la lumière dans un trou noir. En 2016, Jeff Steinhauer a mesuré une faible lueur. Elle fuyait d'un tel horizon de laboratoire.

Ce que les scientifiques testent en ce moment

Voici donc la grande idée. Notre espace est peut-être un superfluide, lui aussi. Chaque particule serait alors une ondulation dedans. Les scientifiques testent cette idée, et c'est très loin d'être tranché.

Le test est astucieux. Un vrai liquide a un état de repos, une façon de rester tranquille. Si l'espace était un liquide, cela laisserait une empreinte. Les lumières de couleurs différentes voyageraient à des vitesses très légèrement différentes.

Les astronomes surveillent donc d'énormes éclairs appelés sursauts gamma. Ils sont à des milliards d'années-lumière. Après un si long voyage, même une toute petite différence donnerait un retard visible. Les scientifiques l'ont mesuré soigneusement. Les couleurs arrivent ensemble.

Ce résultat compte. Il élimine les versions simples de l'idée. Les versions plus soignées survivent, et c'est là que le travail s'est déplacé.

Pourquoi c'est important

Il y a un trésor caché ici. Additionne l'énergie que l'espace vide devrait contenir et tu obtiens un nombre colossal. Regarde ensuite ce que les astronomes voient vraiment et tu obtiens un nombre minuscule. Les deux sont en désaccord de façon stupéfiante.

C'est l'une des plus grandes questions ouvertes de toute la physique. Un espace de type superfluide y répondrait peut-être élégamment. Personne n'aurait besoin de tordre les nombres pour que cela marche.

À toi de jouer

Si tu étais une ondulation, pourrais-tu découvrir sur quoi tu ondules ? Quelle expérience une ondulation pourrait-elle bien faire ?

Personne n'a tranché cette question. Les mesures deviennent de plus en plus fines. Peut-être que tu feras la prochaine.

À essayer à la maison

Trouve un bord à sens unique dans ton évier

Il vous faut : Un évier de cuisine ou une grande assiette plate, un robinet qui coule, et une petite cuillère

  1. 1.Fais couler un mince filet d'eau sur le fond plat de l'évier.
  2. 2.Cherche le cercle lisse et brillant là où l'eau tombe, qui finit par un petit anneau net.
  3. 3.Trempe le bout de la cuillère dans l'eau à l'extérieur de l'anneau et fais de petites vagues vers le centre.

Observez : Tes vagues n'arrivent pas à entrer dans le cercle lisse. À l'intérieur, l'eau file vers l'extérieur plus vite que les vagues ne voyagent. Cet anneau est un bord à sens unique. Il est fait de rien d'autre qu'un robinet et un évier.

Pour les adultes et les lecteurs plus âgés

Cette leçon vient du Chapitre 5: La théorie du vide superfluide : le vide comme fluide quantique et de l'unité de la carte Le vide comme fluide quantique.