Les chercheurs ont théorisé l’existence de « quasi-cristaux de l’espace-temps » – des structures mêlant l’espace et le temps selon un motif non répétitif mais ordonné – suggérant que ces formations pourraient être à la base du tissu même de l’univers. Bien qu’observé précédemment dans des matériaux tels que les météorites et les débris de tests atomiques, ce concept s’étend au-delà des trois dimensions dans le domaine quadridimensionnel de l’espace-temps tel que décrit par la théorie de la relativité d’Einstein.
La nature des quasi-cristaux
Les cristaux traditionnels présentent une répétition parfaite : un motif qui, lorsqu’il est déplacé, s’aligne parfaitement. Les quasi-cristaux possèdent cependant un ordre sans cette récurrence régulière, une caractéristique découverte pour la première fois dans les matériaux naturels puis synthétisée en laboratoire. L’élément nouveau ici est d’étendre ce concept à l’espace-temps lui-même.
Pourquoi est-ce important : Les modèles standards de physique supposent que l’espace-temps suit certaines symétries, comme la symétrie de Lorentz, ce qui signifie que les lois de la physique ne devraient pas changer pour les observateurs à des vitesses différentes. Les cristaux et quasi-cristaux réguliers brisent cette symétrie lorsqu’ils sont observés sous différents cadres de référence, mais les quasi-cristaux de l’espace-temps pourraient offrir une structure qui reste cohérente quel que soit le mouvement.
Fondement théorique et symétrie de Lorentz
Les modèles des chercheurs satisfont à la symétrie de Lorentz en construisant ces structures à partir de grilles de dimensions supérieures. Ces grilles sont découpées selon une pente irrationnelle (une constante mathématique comme pi qui ne peut pas être exprimée sous forme de simple fraction) garantissant que la tranche ne coupe jamais directement les points de la grille. Cette non-intersection crée le non-motif répétitif qui définit un quasi-cristal.
Essentiellement : La géométrie de ces quasi-cristaux de l’espace-temps semblerait identique aux observateurs au repos ou voyageant à une vitesse proche de la lumière. Ceci est essentiel car de nombreuses lois fondamentales de la physique reposent sur la cohérence des observations dans différents référentiels.
Implications pour la gravité quantique et la théorie des cordes
Les implications de ces structures théoriques s’étendent à d’autres domaines de la physique théorique. Les chercheurs suggèrent que les quasi-cristaux de l’espace-temps pourraient fournir un cadre aux théories de la gravité quantique, qui tentent de réconcilier la mécanique quantique avec la relativité générale. Aux plus petites échelles, l’espace-temps n’est peut-être pas lisse mais plutôt divisé en points discrets. Les quasi-cristaux pourraient expliquer comment cette fragmentation respecte la symétrie de Lorentz.
De plus, les modèles recoupent la théorie des cordes, qui postule que l’univers a dix dimensions, mais que quatre seulement sont directement observables. On pense que les six autres dimensions sont regroupées à des échelles trop petites pour être détectées. Ces quasi-cristaux d’espace-temps suggèrent une alternative : les dimensions observées de l’univers sont construites à partir d’une structure de dimension supérieure découpée selon un angle irrationnel, créant l’illusion d’un espace et d’un temps infinis.
Statut et recherches futures
Les chercheurs eux-mêmes reconnaissent que le travail est « à moitié cuit », indiquant qu’il s’agit d’une exploration préliminaire. Cependant, l’élégance mathématique du concept a suscité l’intérêt de la communauté des physiciens.
« Ce sont de belles mathématiques », déclare Gregory Moore de l’Université Rutgers. “La physique est très hautement spéculative.”
Des recherches plus approfondies seront nécessaires pour déterminer si ces structures théoriques ont des équivalents dans le monde réel ou des effets mesurables. Néanmoins, la proposition de quasi-cristaux d’espace-temps offre une nouvelle façon de considérer la nature fondamentale de la réalité.
