Depuis plus d'un siècle, la physique s'accommode tant bien que mal de deux colocataires qui refusent de se parler : la relativité générale et la mécanique quantique. La théorie d'Einstein traite la gravité comme une courbure de l'espace-temps, tandis que la mécanique quantique mène la danse sur les particules minuscules. Les deux fonctionnent très bien dans leur couloir, mais essayez de les fusionner et vous obtenez l'équivalent intellectuel d'un écran bleu de la mort - surtout autour des trous noirs, de la matière noire, de l'énergie noire, et de tout le « pourquoi sommes-nous là ».

Une équipe dirigée par Florian Neukart de l'Université de Leyde a planché sur un moyen de combler ce fossé, et leur idée est rafraîchissante de simplicité : traiter l'information, et non la matière, l'énergie ou même l'espace-temps lui-même, comme l'ingrédient le plus fondamental de l'univers. Ils appellent cela la matrice de mémoire quantique (QMM), et elle prétend que l'espace-temps n'est pas un continuum lisse mais une grille de petites cellules, chacune capable de stocker une empreinte quantique de chaque interaction qui la traverse - une particule, une force, les mauvaises ondes de votre voisin. En d'autres termes, l'univers ne se contente pas d'arriver ; il prend des notes.

Tout cela est né du paradoxe de l'information des trous noirs, qui est la façon dont la physique dit « il faut que quelque chose cède ». La relativité dit que tout ce qui tombe dans un trou noir est perdu à jamais ; la mécanique quantique dit que l'information ne peut jamais être détruite. La solution de QMM : à mesure que la matière tombe, les cellules d'espace-temps environnantes enregistrent son empreinte. Lorsque le trou noir finit par s'évaporer, l'information était déjà sauvegardée - comme un stockage cloud cosmique qui précède le cloud.

L'équipe a formalisé cela avec ce qu'ils appellent l'opérateur d'empreinte, une règle réversible qui fait fonctionner la conservation de l'information. Ils ont commencé avec la gravité, puis ont réalisé que les forces nucléaires forte et faible laissent également des traces dans l'espace-temps. Ils l'ont même étendu à l'électromagnétisme (article actuellement en cours d'examen par les pairs - donc, officieusement officiel). Un simple champ électrique, il s'avère, change l'état de mémoire des cellules d'espace-temps. Cela les a conduits à un principe plus large qu'ils appellent la dualité géométrie-information : la forme de l'espace-temps est influencée non seulement par la masse et l'énergie, comme l'enseignait Einstein, mais aussi par la façon dont l'information quantique est distribuée, en particulier via l'intrication - cette connexion étrange où deux particules peuvent être liées à des années-lumière de distance.

Ce changement a des conséquences dramatiques. Dans une étude (également en cours d'examen par les pairs), des amas d'empreintes se comportent exactement comme la matière noire - se regroupant sous l'effet de la gravité et expliquant pourquoi les galaxies orbitent à des vitesses étonnamment élevées sans avoir besoin de nouvelles particules exotiques. Dans un autre article, ils ont montré comment l'énergie noire pourrait émerger : lorsque les cellules d'espace-temps sont saturées - pensez à des disques durs pleins - elles ne peuvent pas enregistrer de nouvelles informations, donc elles contribuent à une énergie résiduelle ayant la même forme mathématique que la constante cosmologique. La taille correspond à l'énergie noire observée, suggérant que la matière noire et l'énergie noire sont les deux faces d'une même pièce informationnelle. Sympa.

Mais que se passe-t-il lorsque la mémoire de l'espace-temps se remplit complètement ? Leur dernier article, accepté pour publication dans The Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, pointe vers un univers cyclique qui rebondit plutôt que de s'effondrer en une singularité. Chaque cycle d'expansion et de contraction dépose plus d'entropie dans le grand livre ; lorsque la limite est atteinte, l'entropie stockée entraîne un renversement - un rebond - menant à une nouvelle phase d'expansion. Le modèle suggère que l'univers a déjà traversé trois ou quatre cycles, avec moins de dix restants. Après cela, la capacité informationnelle de l'espace-temps est complètement saturée, et l'univers entre dans une phase finale d'expansion ralentie. Cela place le véritable « âge informationnel » du cosmos à environ 62 milliards d'années, et non les 13,8 milliards de notre expansion actuelle.

Cela semble être de la pure théorie ? Ils ont déjà testé des parties de QMM sur les ordinateurs quantiques d'aujourd'hui, traitant les qubits comme de minuscules cellules d'espace-temps. En utilisant des protocoles d'empreinte et de récupération basés sur les équations QMM, ils ont récupéré des états quantiques originaux avec une précision de plus de 90 %.