Une étude cofinancée par FQxI suggère des liens cachés entre la mécanique quantique, la gravité et le temps.
Les scientifiques ont jeté un nouveau regard sur l’un des problèmes les plus étranges de la physique quantique et ont découvert que la réponse pourrait s’étendre jusqu’au temps lui-même.
En mécanique quantique, les particules ne se comportent pas comme des objets du quotidien. Au lieu d’exister dans un état clairement défini, ils peuvent occuper plusieurs états possibles à la fois, phénomène connu sous le nom de superposition. Les physiciens décrivent ce comportement quantique flou avec un objet mathématique appelé « fonction d’onde ».
Mais dans le monde ordinaire, les choses ne semblent pas se passer ainsi. Une chaise est à un seul endroit, pas à deux. Une horloge indique une fois, pas plusieurs. Combler le fossé entre le monde quantique et l’expérience quotidienne constitue un défi pour les physiciens depuis des décennies.
Pour concilier cette différence, les physiciens soutiennent généralement que lorsqu’un système quantique interagit avec un appareil de mesure ou un observateur, sa fonction d’onde « s’effondre » en un résultat unique et défini.
Avec le soutien du Foundational Questions Institute, FQxI, un groupe international de physiciens a étudié un ensemble d’approches non conventionnelles de ce problème de mesure, connues sous le nom de « modèles d’effondrement quantique », révélant qu’elles pourraient avoir des conséquences significatives sur le comportement du temps et la précision avec laquelle il peut être mesuré. Leurs conclusions, publiées dansRecherche sur l'examen physique, proposent également une nouvelle stratégie pour distinguer expérimentalement ces modèles de la théorie quantique standard.
"Ce que nous avons fait, c'est prendre au sérieux l'idée selon laquelle les modèles d'effondrement pourraient être liés à la gravité", explique Nicola Bortolotti, doctorant au Musée et Centre de recherche Enrico Fermi (CREF) à Rome, en Italie, qui a dirigé l'étude. « Et puis nous avons posé une question très concrète : qu’est-ce que cela implique pour le temps lui-même ?
Effondrement spontané
Au cours des années 1980, les chercheurs ont commencé à développer des modèles quantiques dans lesquels l’effondrement de la fonction d’onde se produit spontanément, indépendamment de l’observation ou de la mesure. Contrairement aux « interprétations » standards de la mécanique quantique, qui tendent à être des cadres philosophiques impossibles à distinguer expérimentalement, ces modèles d’effondrement produisent des prédictions spécifiques qui peuvent, en principe, être testées en laboratoire.
"Ce que nous avons fait, c'est prendre au sérieux l'idée selon laquelle les modèles d'effondrement pourraient être liés à la gravité. Et puis nous avons posé une question très concrète : qu'est-ce que cela implique pour le temps lui-même ?" dit Nicola Bortolotti.
Pour explorer cette idée, Bortolotti et ses collègues Catalina Curceanu, membre du FQxI et directeur de recherche aux Laboratori Nazionali di Frascati de l'Institut national de physique nucléaire (INFN-LNF) à Frascati, en Italie, Kristian Piscicchia, au CREF et à l'INFN-LNF, Lajos Diósi, du Centre de recherche Wigner pour la physique et l'Université Eötvös Loránd, en Budapest, Hongrie, et Simone Manti de l'INFN-LNF ont examiné deux principaux modèles d'effondrement. L’un est le modèle Diósi-Penrose (du nom des membres du FQxI Lajos Diósi et Sir Roger Penrose), qui propose depuis longtemps un lien entre la gravité et l’effondrement de la fonction d’onde. L’équipe a également établi, pour la première fois, une relation quantitative entre un autre modèle, la localisation spontanée continue, et les fluctuations de l’espace-temps gravitationnel.
L’étude montre que si ces modèles d’effondrement décrivaient avec précision la nature, alors le temps lui-même comporterait une infime incertitude intrinsèque. Cela introduirait une limite fondamentale à la précision avec laquelle le temps peut être mesuré, même si l’effet est extraordinairement faible. "Une fois le calcul effectué, la réponse est claire et étonnamment rassurante", a déclaré Bortolotti.
Il est important de noter que cette incertitude prévue n’a aucun impact sur le chronométrage pratique. Même les horloges atomiques les plus avancées, aujourd’hui ou dans un avenir proche, ne seraient pas affectées. "L'incertitude est de plusieurs ordres de grandeur inférieure à tout ce que nous pouvons mesurer actuellement, elle n'a donc aucune conséquence pratique sur le chronométrage quotidien", explique Curceanu. "Nos résultats montrent explicitement que les technologies modernes de chronométrage ne sont absolument pas affectées", ajoute Piscicchia.
Relier la théorie quantique et la gravité
Depuis des décennies, les physiciens recherchent un cadre unifié capable de réconcilier la mécanique quantique et la gravité. Chaque théorie connaît un succès remarquable dans son propre domaine. La mécanique quantique régit le comportement des particules aux plus petites échelles, tandis que la théorie de la relativité générale d’Einstein décrit la gravité et la structure à grande échelle de l’univers. Cependant, les deux cadres traitent le temps de manières fondamentalement différentes. "En mécanique quantique standard, le temps est traité comme un paramètre externe classique qui n'est pas affecté par le système quantique étudié", explique Curceanu. En revanche, dans la relativité générale, le temps et l’espace sont dynamiques et peuvent se plier et changer en réponse à la masse et à l’énergie.
"L'incertitude est de plusieurs ordres de grandeur inférieure à tout ce que nous pouvons mesurer actuellement, elle n'a donc aucune conséquence pratique sur le chronométrage quotidien", explique Catalina Curceanu.
Les nouveaux résultats s’appuient sur l’idée selon laquelle la mécanique quantique pourrait faire partie d’une théorie plus profonde et plus complète. En révélant un lien possible entre les modèles d’effondrement, la gravité et le comportement du temps, les travaux mettent en lumière des liens auparavant cachés entre ces aspects fondamentaux de la physique.
Curceanu a également souligné le rôle du FQxI dans le soutien aux orientations de recherche non conventionnelles. « Il n’existe pas beaucoup de fondations dans le monde qui soutiennent la recherche sur ce type de questions fondamentales concernant l’univers, l’espace, le temps et la matière », explique Curceanu. "Nos travaux montrent que même les idées radicales sur la mécanique quantique peuvent être testées par rapport à des mesures physiques précises et que, chose rassurante, la mesure du temps reste l'un des piliers les plus stables de la physique moderne."
Référence : « Limites fondamentales de la précision de l'horloge à partir de l'incertitude de l'espace-temps dans les modèles d'effondrement quantique » par Nicola Bortolotti, Catalina Curceanu, Lajos Diósi, Simone Manti et Kristian Piscicchia, 13 novembre 2025,Recherche sur l'examen physique.
DOI : 10.1103/p6tj-lg8l
Ce travail a été partiellement soutenu parProgramme Conscience dans le monde physique de FQxI.
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Une étude cofinancée par FQxI suggère des liens cachés entre la mécanique quantique, la gravité et le temps.
Les scientifiques ont jeté un nouveau regard sur l’un des problèmes les plus étranges de la physique quantique et ont découvert que la réponse pourrait s’étendre jusqu’au temps lui-même.
En mécanique quantique, les particules ne se comportent pas comme des objets du quotidien. Au lieu d’exister dans un état clairement défini, ils peuvent occuper plusieurs états possibles à la fois, phénomène connu sous le nom de superposition. Les physiciens décrivent ce comportement quantique flou avec un objet mathématique appelé « fonction d’onde ».
Mais dans le monde ordinaire, les choses ne semblent pas se passer ainsi. Une chaise est à un seul endroit, pas à deux. Une horloge indique une fois, pas plusieurs. Combler le fossé entre le monde quantique et l’expérience quotidienne constitue un défi pour les physiciens depuis des décennies.
Pour concilier cette différence, les physiciens soutiennent généralement que lorsqu’un système quantique interagit avec un appareil de mesure ou un observateur, sa fonction d’onde « s’effondre » en un résultat unique et défini.
Avec le soutien du Foundational Questions Institute, FQxI, un groupe international de physiciens a étudié un ensemble d’approches non conventionnelles de ce problème de mesure, connues sous le nom de « modèles d’effondrement quantique », révélant qu’elles pourraient avoir des conséquences significatives sur le comportement du temps et la précision avec laquelle il peut être mesuré. Leurs conclusions, publiées dansRecherche sur l'examen physique, proposent également une nouvelle stratégie pour distinguer expérimentalement ces modèles de la théorie quantique standard.
"Ce que nous avons fait, c'est prendre au sérieux l'idée selon laquelle les modèles d'effondrement pourraient être liés à la gravité", explique Nicola Bortolotti, doctorant au Musée et Centre de recherche Enrico Fermi (CREF) à Rome, en Italie, qui a dirigé l'étude. « Et puis nous avons posé une question très concrète : qu’est-ce que cela implique pour le temps lui-même ?
Effondrement spontané
Au cours des années 1980, les chercheurs ont commencé à développer des modèles quantiques dans lesquels l’effondrement de la fonction d’onde se produit spontanément, indépendamment de l’observation ou de la mesure. Contrairement aux « interprétations » standards de la mécanique quantique, qui tendent à être des cadres philosophiques impossibles à distinguer expérimentalement, ces modèles d’effondrement produisent des prédictions spécifiques qui peuvent, en principe, être testées en laboratoire.
"Ce que nous avons fait, c'est prendre au sérieux l'idée selon laquelle les modèles d'effondrement pourraient être liés à la gravité. Et puis nous avons posé une question très concrète : qu'est-ce que cela implique pour le temps lui-même ?" dit Nicola Bortolotti.
Pour explorer cette idée, Bortolotti et ses collègues Catalina Curceanu, membre du FQxI et directeur de recherche aux Laboratori Nazionali di Frascati de l'Institut national de physique nucléaire (INFN-LNF) à Frascati, en Italie, Kristian Piscicchia, au CREF et à l'INFN-LNF, Lajos Diósi, du Centre de recherche Wigner pour la physique et l'Université Eötvös Loránd, en Budapest, Hongrie, et Simone Manti de l'INFN-LNF ont examiné deux principaux modèles d'effondrement. L’un est le modèle Diósi-Penrose (du nom des membres du FQxI Lajos Diósi et Sir Roger Penrose), qui propose depuis longtemps un lien entre la gravité et l’effondrement de la fonction d’onde. L’équipe a également établi, pour la première fois, une relation quantitative entre un autre modèle, la localisation spontanée continue, et les fluctuations de l’espace-temps gravitationnel.
L’étude montre que si ces modèles d’effondrement décrivaient avec précision la nature, alors le temps lui-même comporterait une infime incertitude intrinsèque. Cela introduirait une limite fondamentale à la précision avec laquelle le temps peut être mesuré, même si l’effet est extraordinairement faible. "Une fois le calcul effectué, la réponse est claire et étonnamment rassurante", a déclaré Bortolotti.
Il est important de noter que cette incertitude prévue n’a aucun impact sur le chronométrage pratique. Même les horloges atomiques les plus avancées, aujourd’hui ou dans un avenir proche, ne seraient pas affectées. "L'incertitude est de plusieurs ordres de grandeur inférieure à tout ce que nous pouvons mesurer actuellement, elle n'a donc aucune conséquence pratique sur le chronométrage quotidien", explique Curceanu. "Nos résultats montrent explicitement que les technologies modernes de chronométrage ne sont absolument pas affectées", ajoute Piscicchia.
Relier la théorie quantique et la gravité
Depuis des décennies, les physiciens recherchent un cadre unifié capable de réconcilier la mécanique quantique et la gravité. Chaque théorie connaît un succès remarquable dans son propre domaine. La mécanique quantique régit le comportement des particules aux plus petites échelles, tandis que la théorie de la relativité générale d’Einstein décrit la gravité et la structure à grande échelle de l’univers. Cependant, les deux cadres traitent le temps de manières fondamentalement différentes. "En mécanique quantique standard, le temps est traité comme un paramètre externe classique qui n'est pas affecté par le système quantique étudié", explique Curceanu. En revanche, dans la relativité générale, le temps et l’espace sont dynamiques et peuvent se plier et changer en réponse à la masse et à l’énergie.
"L'incertitude est de plusieurs ordres de grandeur inférieure à tout ce que nous pouvons mesurer actuellement, elle n'a donc aucune conséquence pratique sur le chronométrage quotidien", explique Catalina Curceanu.
Les nouveaux résultats s’appuient sur l’idée selon laquelle la mécanique quantique pourrait faire partie d’une théorie plus profonde et plus complète. En révélant un lien possible entre les modèles d’effondrement, la gravité et le comportement du temps, les travaux mettent en lumière des liens auparavant cachés entre ces aspects fondamentaux de la physique.
Curceanu a également souligné le rôle du FQxI dans le soutien aux orientations de recherche non conventionnelles. « Il n’existe pas beaucoup de fondations dans le monde qui soutiennent la recherche sur ce type de questions fondamentales concernant l’univers, l’espace, le temps et la matière », explique Curceanu. "Nos travaux montrent que même les idées radicales sur la mécanique quantique peuvent être testées par rapport à des mesures physiques précises et que, chose rassurante, la mesure du temps reste l'un des piliers les plus stables de la physique moderne."
Référence : « Limites fondamentales de la précision de l'horloge à partir de l'incertitude de l'espace-temps dans les modèles d'effondrement quantique » par Nicola Bortolotti, Catalina Curceanu, Lajos Diósi, Simone Manti et Kristian Piscicchia, 13 novembre 2025,Recherche sur l'examen physique.
DOI : 10.1103/p6tj-lg8l
Ce travail a été partiellement soutenu parProgramme Conscience dans le monde physique de FQxI.
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