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L’étude des fondements quantiques porte sur les bases conceptuelles et mathématiques de la
physique quantique. À l’Institut Périmètre, la recherche dans ce domaine vise à préciser et à
reformuler la physique quantique d’une manière qui en exprime la nature et la structure véritables.
Ces travaux sont étroitement liés à la recherche sur la gravitation quantique et l’information
quantique.
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recherche
INSTRUCTIONS D’ASSEMBLAGE
D’UN UNIVERS
Il est impossible de construire un véhicule sans savoir comment toutes
les pièces s’assemblent.
Il en va de même pour l’univers. Si l’on ne sait pas comment ses
nombreuses composantes s’assemblent pour former le tout, comment
peut-on comprendre son fonctionnement?
Cette idée simple et pratique sous-tend les récents travaux de
physique fondamentale de
Lucien Hardy, professeur à l’Institut
Périmètre
. Si nous comprenons comment les éléments constitutifs
de quelque chose sont assemblés – en l’occurrence, ce « quelque
chose » pourrait être l’espace-temps lui-même –, nous devrions alors
pouvoir mieux comprendre cette chose dans son ensemble.
Comme n’importe quel objet composite, une région de l’espace-
temps est formée de régions plus petites, assemblées de manière
appropriée. L’article de M. Hardy, intitulé
On the theory of composition
in physics
(De la théorie de la composition en physique), présente
une théorie générale de telles combinaisons, de même qu’un langage
commun dans lequel ces objets composites cosmiques peuvent être
décrits.
Cette base étant établie, Lucien Hardy propose un principe –
judicieusement appelé
principe de composition
– selon lequel tout
calcul des propriétés physiques d’un objet composite (comme un
véhicule ou une galaxie) devrait avoir la même forme que la description
de la composition de cet objet.
Ce que M. Hardy a présenté, c’est une sorte de livre de règlements –
ensemble de lignes directrices concernant la définition, la description
et les prédictions à propos d’objets composites, de l’infiniment petit à
l’infiniment grand.
Cette approche a déjà été utilisée en physique quantique. Des travaux
sont en cours pour appliquer le principe de composition à la relativité
générale, en vue d’une théorie unifiée de la mécanique quantique et
de la relativité générale, ce qui est l’objet de la recherche en gravitation
quantique.
Comme l’Institut Périmètre est un haut lieu d’expertise dans chacun de
ces domaines – relativité générale, mécanique quantique, gravitation
quantique et domaines connexes –, il est lui-même une sorte d’objet
composite. Il se peut donc que les plus grandes découvertes naissent
de l’examen des liens entre ses diverses parties.
UNE NOUVELLE PERSPECTIVE SUR
UNE LOI CLASSIQUE
Dans ses recherches,
Robert Spekkens, professeur à l’Institut
Périmètre
, vise notamment à établir des ponts entre des domaines
disparates, dont les théories de l’information, la théorie des ressources
et la thermodynamique.
Pour donner un exemple récent, M. Spekkens et ses collaborateurs
ont considéré un problème ancien – comment formuler de manière
appropriée la deuxième loi de la thermodynamique – et l’ont examiné
à travers une nouvelle lentille.
En termes simples, cette deuxième loi affirme qu’un système tend à
devenir de plus en plus uniforme – c’est-à-dire que sa température et
sa pression ont tendance à « s’égaliser » partout.
Mais de telles définitions soulèvent de nombreuses questions et
donnent souvent lieu à des débats. Il y a plus d’un demi-siècle,
Percy Bridgeman, lauréat d’un prix Nobel, a résumé ainsi le problème
: « Il y a presque autant de formulations de la deuxième loi de la
thermodynamique qu’il y a eu de discussions à son sujet. » [traduction]
Inspirés par des recherches fructueuses dans le domaine de
l’information quantique, Robert Spekkens et ses collaborateurs
ont décidé de revenir aux questions fondamentales de la
thermodynamique, en les reformulant dans le cadre d’une sorte de «
théorie des ressources ».
Fondements quantiques