Quelle est l’heure de Planck ? › Nouvelles Geek

Le temps de Planck est un intervalle de temps incroyablement petit qui découle naturellement de quelques quantités de base en physique théorique. Lorsqu’il a été découvert par Max Planck à la fin du XIXe siècle, il semblait n’être rien de plus qu’une curiosité scientifique. Mais aujourd’hui, il joue un rôle alléchant dans notre compréhension du Big Bang et dans la recherche d’une théorie de la gravité quantique.

Voici un aperçu de tout ce que nous savons sur l’époque de Planck – d’où elle vient, ce que c’est et ce qu’elle pourrait révéler sur le fonctionnement de l’univers.

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Définition du temps de Planck

L’ère Planck a été décrite pour la première fois dans un article scientifique écrit par Planck en 1899, dans une section intitulée « Unités de mesure naturelle » (l’article, en allemand, se trouve dans la Biodiversity Heritage Library). Au quotidien, les unités de mesure ne sont pas très importantes. Nous utilisons ce qui nous convient : onces ou tonnes pour la masse, miles ou pouces pour la distance, minutes ou jours pour le temps. Les scientifiques ont tendance à utiliser les unités SI de kilogrammes, mètres et secondes, car elles simplifient les calculs complexes, mais seulement jusqu’à un certain point. Les mathématiques peuvent encore devenir sournoisement compliquées.

Dans l’équation de Newton pour la force de gravité, par exemple, la constante gravitationnelle G a des unités de «mètres cubes par kilogramme par seconde au carré», selon l’Université de Swinburne. Dans ces unités, G, qui est l’un des nombres les plus fondamentaux de l’univers, a la valeur d’apparence arbitraire de 0,0000000000667. Planck voulait trouver un ensemble d’unités plus «naturel» dans lequel G, et des constantes fondamentales similaires, étaient exactement égaux à 1.

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Le deuxième paramètre choisi par Planck était la vitesse de la lumière c, en mètres par seconde. Cela était connu pour être une constante importante même en 1899, malgré le fait que la théorie de la relativité d’Einstein, à laquelle elle est étroitement associée, se situe encore dans plusieurs années. Le troisième paramètre était une constante complètement nouvelle que Planck lui-même venait de découvrir, maintenant connue simplement sous le nom de constante de Planck. Généralement représenté par la lettre h, c’est le rapport entre l’énergie d’un photon et sa fréquence, avec des unités de kilogrammes multipliées par des mètres carrés par seconde.

En prenant ces trois constantes comme point de départ, Planck a pu trouver un nouvel ensemble d’unités de mesure dans lesquelles toutes sont exactement égales à un. Ces unités de base sont appelées masse de Planck, longueur de Planck et temps de Planck. Notre intérêt particulier ici se porte sur le dernier d’entre eux, mais il existe une relation étroite entre les deux derniers : la longueur de Planck est égale au temps de Planck multiplié par la vitesse de la lumière.

L’équation du temps de Planck

Temps de Planck en secondes

L’Institut national américain des normes et de la technologie donne la valeur du temps de Planck à 5,391247 × 10 ^ -44 secondes. Dans d’autres sources, y compris le papier Planck original, vous pouvez trouver une valeur légèrement plus élevée autour de 1,35 × 10 ^ -43 secondes. Comme expliqué sur le site World of Physics d’Eric Weisstein, cela est dû à l’utilisation de deux versions différentes de la constante de Planck. La plus grande valeur utilise la quantité de Planck d’origine, h, tandis que la valeur la plus petite et la plus courante utilise un paramètre appelé h-bar, qui est h divisé par 2 pi.

Quelle que soit la valeur utilisée, le résultat est un laps de temps incroyablement minuscule dans le contexte de l’expérience quotidienne. Une nanoseconde, souvent utilisée familièrement pour signifier « un temps très court », correspond à 0,000000001 seconde, avec 8 zéros entre la virgule et le premier chiffre significatif. Le temps de Planck ne compte pas moins de 43 zéros. C’est le temps que met la lumière pour parcourir une longueur de Planck, qui est d’environ un centième de millionième de milliardième du diamètre d’un proton, selon le magazine Symmetry.

Le temps de Planck est-il réel ?

Parce que l’époque de Planck est si peu pratique, elle a été largement ignorée par les scientifiques avant les années 1950, selon KA Tomilin de l’Institut d’histoire des sciences et de la technologie de Moscou. Au mieux, c’était considéré comme une curiosité intéressante sans réelle signification physique. Puis, lorsque les physiciens ont commencé à rechercher une « théorie de tout » englobant à la fois la gravité et la mécanique quantique, ils ont réalisé que le temps de Planck pouvait être d’une importance énorme après tout.

La clé réside dans le fait que le temps de Planck, avec les autres unités de Planck, incorpore à la fois la constante gravitationnelle G et la constante de Planck h, qui est fondamentale pour la théorie quantique. Par inadvertance, en 1899, Planck avait conçu une formule qui englobait les deux moitiés de la physique moderne, bien avant que quiconque ne commence à chercher une telle connexion.

Pour une masse donnée, la théorie de la gravité d’Einstein, la relativité générale, donne une échelle de longueur caractéristique appelée rayon de Schwarzschild. Mais la théorie quantique a sa propre échelle de longueur pour cette masse, qui s’appelle la longueur d’onde de Compton, selon la Georgia State University. Existe-t-il donc une masse pour laquelle le rayon de Schwarzschild est exactement égal à la longueur d’onde de Compton ? Il s’avère que oui, et c’est la masse de Planck, pour laquelle ces deux paramètres, l’un de la théorie quantique et l’autre de la relativité générale, sont tous deux égaux à la longueur de Planck.

Est-ce juste une coïncidence, ou cela signifie-t-il que les effets gravitationnels et quantiques commencent vraiment à se chevaucher sur l’échelle de Planck ?

Certains scientifiques, comme Diego Meschini de l’Université de Jyvaskyla en Finlande, restent sceptiques, mais le consensus général est que les unités Planck jouent en fait un rôle clé dans la connexion de ces deux domaines de la physique. Une possibilité est que l’espace-temps lui-même soit quantifié au niveau d’une longueur de Planck et d’un temps de Planck. Si cela est vrai, alors le tissu de l’espace-temps, vu à cette échelle, apparaîtrait « épais » plutôt que lisse et continu.

Que s’est-il passé au temps de Planck ?

Le temps de Planck est l’intervalle de temps mesurable le plus court et pourrait être appliqué au moment où l’univers a commencé à évoluer après le Big Bang. (Crédit image : Getty Images)

Dans l’univers que nous voyons aujourd’hui, il existe quatre forces fondamentales : la gravité, l’électromagnétisme et les forces nucléaires fortes et faibles. Mais lorsque nous regardons en arrière à travers les premiers instants après le Big Bang, l’univers devient si chaud et dense que ces forces fusionnent progressivement les unes avec les autres. Tout s’est passé très vite; à partir de dix microsecondes, les quatre forces ressemblaient exactement à ce qu’elles sont aujourd’hui. Cependant, avant cela, il n’y avait pas de distinction entre les forces électromagnétiques et faibles, et avant 10 ^ -36 secondes, celles-ci étaient également rejointes par la force forte.

À ce stade, la gravité était encore une force distincte et, sur la base des théories actuelles, nous ne pouvons pas regarder en arrière au-delà de cela. Mais il est largement admis que, compte tenu d’une meilleure compréhension de la gravité quantique, nous découvririons qu’avant l’époque de Planck, la gravité a également fusionné avec les autres forces. Ce n’est qu’à l’époque de Planck, environ 5 × 10 ^ -44 secondes après le Big Bang, que la gravité est devenue la force distincte que nous voyons aujourd’hui.

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