[Physics FAQ] - [Copyright] http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Quantum/virtual_particles.html : original By Matt McIrvin 1994 : Traduction libre du 02/03 par Jacques Fric qui en endosse la responsabilité. Commentaires personnels entre [..]
Sommaire:
Qu'est ce qu'une particule virtuelle?
Comment peuvent elles engendrer des forces attractives?
Violent elles le principe de conservation de l'énergie?
Peuvent elles se déplacer plus vite que la lumière, en contradiction avec la Relativité et la causalité ?
J'ai entendu les physiciens dire que le quantum de la force de gravitation est quelque chose appelé le "graviton". La Relativité Générale, ne dit elle pas que la gravitation n'est pas du tout une force ?.
Dans le développement de la mécanique quantique, une des idées clés de Max Planck était qu'un oscillateur harmonique ( quelque chose qui se trémousse comme une masse suspendue à un ressort) ne peut pas avoir n'importe quelle valeur d'énergie. Ces énergies ne peuvent prendre que des valeurs distinctes régulièrement espacées.
On peut en dire autant d' un champ électromagnétique décrit par des ondes. Si on applique la mécanique quantique à cet oscillateur, on va également trouver qu'il a des niveaux d'énergie distincts régulièrement espacés. On fait habituellement correspondre un nombre de photons à ces différents niveaux. Plus le niveau d'énergie est élevé , plus il y a de photons. Ainsi, une onde électromagnétique se comporte comme si elle était constituée de particules. Le champ électromagnétique est un champ quantique.
Un champ électromagnétique ne fait pas que vibrer. Par exemple un champ électrique exerce une force attractive ou répulsive entre les objets chargés, en raison de l'inverse du carré de la distance. Cette force modifie le moment cinétique ( que nous appellerons l'impulsion) des objets qui y sont soumis.
Peut on exprimer cela également en termes de photons ?. Il semble que ce soit possible. On peut dire que l'impulsion transmise le soit, par l'échange de photons virtuels, comme le montre le diagramme de Feynman ci dessous.
\ / \ <- p / >~~~ / ^ temps / ~~~~ / | / ~~~< | / \ ---> espace fig 1 / \
Les lignes à gauche et à droite représentent deux particules chargées, et la ligne ondulée ( et décalée du fait des limitations du code ASCII) est un photon virtuel, qui transfère une impulsion de l'une à l'autre des particules chargées. La particule qui émet le photon virtuel perd ( par effet de recul) une impulsion qui est transféré à l'autre.
Ceci semble être une explication bien simple. Les forces ne découlent pas d'une sorte d'action à distance, elles résultent de l'éjection par les objets de particules virtuelles qui percutent d'autres objets, les projetant à l'alentour. Ceci est trompeur. Les particules virtuelles ne sont pas assimilables à de simples projectiles.
[ A noter que ces particules telles que décrites sur le diagramme ont un intervalle d'espace temps associé à la "trajectoire" de type espace, donc que l'ordre des évènements qui le délimite n'est pas déterminé et dépend du référentiel de l'observateur . Pour ces particules virtuelles, p² carré de Lorentz de sa quadri impulsion est négatif et n'est pas égal au carré de sa masse invariante p²< 0 £ m². On dit que le boson virtuel est hors de sa couche de masse pendant la transition. cf " la matière Espace Temps : Cohen- Tannoudji- Spiro"]
Au vu de l'explication " simpliste" ci dessus ,on se demande comment ce mécanisme peut générer des forces attractives. En effet, si je vous envoie une balle, la réaction me fait reculer, et quand vous l'attrapez vous êtes projeté en arrière.. La réponse se trouve dans le principe d'incertitude d'Heisenberg.
Supposons que nous calculions la probabilité ( plus précisément, l'amplitude de probabilité) qu'une partie de l'impulsion "p" soit transférée entre une paire de particules dont la position est connue avec précision. Alors le principe d'incertitude dit que leur impulsion sera connue avec une grande imprécision. Une particule virtuelle d'impulsion "p" correspond à une onde plane, remplissant tout l'espace, sans position précise définie. Ce qu'il faut retenir de la direction de l'impulsion, c'est qu'elle indique la direction des fronts d'ondes. Comme l'onde est partout, le photon peut être créé par une particule et absorbé par l'autre, où qu'elles soient. Si l'impulsion transféré par l'onde est orienté dans le sens particule réceptrice vers particule émettrice, l'effet est une force attractive.
La morale de cette histoire, c'est que les lignes d'un diagramme de Feynman ne doivent pas être interprétés comme des chemins de particules classiques. D'ordinaire, cette interprétation s'applique plus restrictivement que dans mon exemple, du fait que dans les diagrammes de Feynman les particules entrantes et sortantes ne sont pas très bien localisées, elles sont supposées êtres des ondes planes également.
Le principe d'incertitude permet à un photon virtuel de générer aussi bien une force attractive qu'une force répulsive. Mais vous pouvez vous demander à juste titre ce qui fait que la force est répulsive entre charges de même signe et attractive autrement! Le photon virtuel connaîtrait il le type de particule qu'il va frapper ?
Même pour des physiciens des particules, cela ne saute pas au yeux sur les diagrammes de Feynman traduisant les règles de l'électrodynamique quantique ( QED), du fait que leur finalité est de répondre à une question différente: Quelle est la probabilité de diffusion, sous des angles variés, de particules dont l'état est caractérisée par une onde plane. Ici, nous voulons comprendre ce qui actionne une paire de particules distantes, conformément à l'expérience classique qui montre que deux boules chargées de papier d'aluminium, suspendues à des fils se repoussent, et ce en utilisant le concept des particules virtuelles. On peut le faire!
En QED, tout comme en mécanique quantique, les fonctions d'ondes sont complexes et on doit les élever au carré pour obtenir des probabilités. Nous voulons voir comment la fonction d'onde change de sorte que des charges identiques en moyenne se repoussent et des charges opposées en moyenne s'attirent.
Supposons pour simplifier que les fonctions d'onde des particules chargées soient initialement des gaussiennes au repos ( courbe en cloche), fonctions de valeurs réelles et qu'elles soient alignées sur l'axe des "x". On peut les représenter comme suit avec toutes les limitations de l'ASCII, on supposera que les pyramides à degrés sont des bosses bien lissées:
____ ____ / \ / \ x --> fig 2 _/ \_ _/ \_ 0 _______/ \_________________/ \__________
De plus on supposera que la distance entre deux bosses est bien supérieure à la largeur d'une bosse. Si vous avez quelques notions de mécanique quantique, vous savez qu'en l'absence de forces, ces bosses s'étalent symétriquement ( Certes, si les particules sont identiques, on doit s'intéresser à quelques autres détails quand elles commencent à se recouvrir substantiellement, mais si elles sont éloignées, ceci n'arrivera pas de sitôt )
S'il y a une énergie potentielle globale, cela va faire tourner la phase des photons, mais nous n'en avons cure, du fait que cela n'affecte pas les paramètres physiques. [ invariance vis à vis d'un changement de phase global]
Concentrons nous sur une des particules, disons celle de gauche. Comme j'ai défini une fonction d'onde ordinaire fonction de la position, je peux aussi définir une fonction d'onde dans l'espace des impulsions : Il y a une amplitude de probabilité pour chaque valeur de l'impulsion, qui me donnera la densité de probabilité par élévation au carré. Si la fonction d'onde est gaussienne dans l'espace, alors la fonction d'onde dans l'espace des impulsions sera aussi gaussienne, ainsi que la fonction de la composante p_x selon l'axe des "x" de l'impulsion. Plus la gaussienne de la position est étroite, plus la gaussienne de l'impulsion est large en application du principe d'incertitude.
_____________ __/ ^ \__ __/ | \__ p --> fig 3 ____/ | \____ 0 ________/ Impulsion zéro \____________
Pour traiter raisonnablement le problème, supposons que la fonction d'onde de l'impulsion n'est pas trop large, autrement dit la fonction d'onde de position n'est pas trop étroite, pour que les effets relativistes ne deviennent pas importants. ( Pour les électrons, ceci n'arrive pas avant que la fonction d'onde de position soit comprimée dans un espace bien plus petit qu'un atome, et plus la particule est massive plus l'espace est réduit). Nous allons également négliger les moments magnétiques, s'ils en ont, ne nous intéressant qu'à la force électrostatique.
Maintenant considérons un photon virtuel qui vient de la particule sur la droite et qui est absorbé par la particule de gauche. Il faut dire que le calcul de la fonction d'onde du photon est plutôt coton, je dois envisager toutes les possibilités d'émission du photon par l'autre particule à tous les instants antérieurs à son absorption. [intégrale de chemin ?]. ( Cependant, je peux m'économiser quelque effort plus tard en incluant automatiquement la possibilité qu'en fait le photon vient de la particule de gauche et est absorbé par la particule de droite, avec le recul repoussant la particule de gauche: tout ce que j'ai à faire est d'inclure les situations où la particule est "émise sur la droite" dans le futur et remonte le temps et prend comme impulsion l'inverse de ce qu'elle est réellement ! Pour autant que je m'en souvienne, le truc marche parfaitement et simplifie la vie, il a été introduit par Richard Feynman).[ symétrie du phénomène?]
Ayant pris en compte ces possibilités , je peux approximer de façon satisfaisante la fonction d'onde de l'impulsion du photon comme suit: La fonction d'onde est une fonction proportionnelle à la charge électrique de la particule émettrice ( en ce sens, cela définit ce qu'est une charge électrique), qui possède quelques pics importants. Un des pics est proportionnel à - i fois la charge, et est à gauche de l'origine, l'autre vaut l'opposé et est à droite de l'origine. Il y a aussi un troisième pic, d'amplitude réelle, correspondant à la valeur nulle l'impulsion, mais qui n'a pas d'influence sur le phénomène ( il ajoute un potentiel constant d'énergie ) que nous pouvons ignorer. Les composantes imaginaires de la fonction d'onde du photon ressemblent à ceci, si la particule émettrice est un électron négativement chargé.
| +i | impulsion zéro p --> fig 4 | | | v 0 ____________|________________________________________ | | | -i | |
Si la particule était positivement chargée il faudrait retourner la figure.
( Note pour les experts : Les puristes de la QED peuvent être troublés par le fait que ceci ne ressemble à aucun propagateur de photon bien connu. La raison en est que je ne m'intéresse pas à l'espace des impulsions dans toutes les directions, mais seulement à p_x dans la direction "x" . Les plus purs des puristes de la QED remarqueront que je pratique là une monstrueuse sur simplification. En fait ce n'est pas si catastrophique, ce que je fais est équivalent à approximer localement le potentiel par une sinusoïde. Si le paquet d'onde est assez étroit dans l'espace des positions, un potentiel de Coulomb et un potentiel sinusoïdal sont tous les deux, en fait, un potentiel de force constante, donc je peux le faire.
Négligeant les effets magnétiques et prenant la limite non relativiste, l'amplitude pour le transfert d'une impulsion donnée par un simple photon virtuel -- ce que je nomme explicitement--et sans aucune équivoque--, " la fonction d'onde de l'espace des impulsions" doit avoir une partie imaginaire impaire en p_x du fait que le potentiel est réel, donc dans tous les cas l'effet qualitatif sera le même que celui que je décris ci après, et essentiellement pour les mêmes raisons. C'est juste plus simple de faire la convolutions avec des pics. Comme pour les fonctions d'onde associées aux particules uniques chargées, je peux en parler correctement du fait qu'elles sont éloignées et qu'elles se déplacent lentement.
L'effet de l'impact d'un photon virtuel sur la fonction d'onde de l'espace des impulsions d'une particule chargée est alors très simple. Le photon a une certaine amplitude de probabilité de pousser la particule chargée vers la gauche et une certaine amplitude de la pousser vers la droite. L'amplitude de probabilité pour chaque possibilité est juste proportionnelle à i fois la charge de la particule, multiplié par la fonction d'onde du photon, multiplié par le temps! ( les autres constantes de proportionnalité dépendent du système d'unités, nous ne serons pas trop "quantitatif" , donc ne vous en souciez pas). Nous multiplions la fonction d'onde de la particule chargée originale -- décalée vers la droite ou vers la gauche dans l'espace des impulsions, selon la façon dont le photon l'a poussé --par l'amplitude associée à chacune des possibilités ( décalage à droite ou à gauche) , pour chacune des deux possibilités, et ensuite additionnons les fonctions d'onde modifiées pour les deux possibilités ensemble.
Si les deux particules sont négativement chargées, ou toutes les deux positivement chargées, alors nous additionnons une fonction pic droit haut, décalée vers la gauche, à la fonction renversée décalée vers la droite. Le résultat est une valeur réelle et ressemble à ceci:
_____ + _/ \_ Impulsion zéro __/ \ | p --> fig 5 __/ \ | 0 ___/ \ v \ ________ \ __/ \ __/ - \_ _/ \_____/
et sa taille s'accroît avec le temps , à partir de zéro au départ du phénomène. Si les particules ont des charges opposées, alors il faut renverser la figure. Le résultat est proportionnel au produit des deux charges, car nous avons multiplié par la charge de l'autre particule quand nous avons trouvé la fonction d'onde du photon, et par la charge de la particule quand l'interaction s'est produite
Maintenant , vous pouvez être un peu perturbé. Nous obtenons les fonctions d'onde en élevant au carré les amplitudes. Vu la symétrie de la courbe, on va obtenir alors manifestement la même valeur pour les deux cas! Alors la probabilité que le photon transfère une impulsion dans la direction de l'autre particule ou dans la direction opposée sont elles égales? Non car il y a aussi une amplitude de probabilité qu'aucun photon n'interagisse, et comme nous n'avons aucun moyen de distinguer une possibilité de l'autre, nous devons additionner les deux fonctions d'onde avant de les élever au carré ( Il y a aussi des amplitudes pour un nombre d'interactions multiples, mais pour des intervalles de temps courts, nous pouvons les négliger. La fonction sans interaction, également, n'est pas exactement la fonction non modifiée du fait de son évolution temporelle, mais pour des intervalles de temps courts cela ne contribue qu'à donner une petite partie imaginaire à la fonction d'onde de l'espace des impulsions, et nous pouvons ne pas en tenir compte).
J'ai dit que la fonction d'onde non modifiée était positive ( fig 3) , donc dans le cas de charges de même signe ( fig 5) , la fonction d'onde qui a interagi va interférer constructivement sur la partie à gauche de l'origine et destructivement sur la partie à droite de l'origine ( et vice versa pour des charges opposées). Donc au bout de quelque temps, la fonction d'onde ressemble à cela dans l'espace des impulsions:
________ Impulsion zéro(Impulsion avant interaction) _/ \___ | / \__ v p --> fig 6 _/ \__ _/ \______ 0 / \________________
Elever au carré la fonction d'onde vous donne une distribution de probabilité dont la bosse est décalée vers la gauche. L'impulsion de la particule s'est décalée vers la gauche: repoussée de l'autre particule !( par rapport au marqueur d'impulsion zéro, que la particule avait avant interaction, ceci indique la probabilité pour que l'impulsion ait une valeur donnée on voit que sa moyenne devient négative dans ce cas, alors qu'elle était nulle avant ). Si les charges ont un signe différent l'interférence se produit de manière opposée et l'impulsion de la particule est décalée vers la droite, pour une attraction . La fonction d'onde de l'espace des positions elle même va tendre à se déplacer vers la gauche ou vers la droite quand elle s'étale , selon le cas.
Vous devez vous demander: Qu'arrive t'il quand, au bout d'un temps suffisamment long, la bosse négative de la fonction d'onde interactive fait plus qu'annuler la fonction d'onde originale. Bien, à ce moment , mon analyse ne suffit plus , car il y a une amplitude significative que deux photons aient interagi avec la particule ( et les choses se gâtent car elles peuvent l'avoir fait dans n'importe quel ordre) pour des temps plus longs il est nécessaire d'en considérer trois et ainsi de suite.
Le point important est que le photon ne sait pas s'il va interagir avec une particule de même charge que celle qui l'a émis ou avec une charge opposée.
La distinction entre attraction et répulsion survient en fait quand l'effet du photon virtuel interfère avec la fonction d'onde non perturbée! En général la distinction vient des interférences entre les contributions des nombres impairs et pairs des photons virtuels voyageant d'une particule à l'autre. Chacun de tels photons multiplie un facteur du produit des deux charges dans sa contribution à la fonction d'onde , de sorte que le phénomène impair va produire un facteur -1 (multiplié par les autres paramètres bien sûr) si les charges sont différentes et +1 si elles sont identiques, tandis que le phénomène pair va produire un facteur de +1 dans tous les cas. L'interférence entre les termes pairs et impairs de la fonction d'onde produit un effet qui va survivre à l'élévation au carré de la fonction d'onde pour obtenir une probabilité.
Dans la discussion ci dessus, en limitant notre analyse à des temps courts, cela nous a permis d'ignorer toutes ces choses sauf le phénomène un photon ou pas de photon. Cette interférence, avec l'amplitude de collision de photon croissant doucement avec le temps, est aussi en partie une raison de considérer l'état d'une chose continue comme l'évolution d'un paquet d'onde comme le résultat d' événements de collision violentes. Aussi discordants que ces phénomènes peuvent paraître , ils sont en fait les deux faces d'une même pièce. Dans le royaume de la physique classique nous ne voyons pas l'étalement des fonctions d'onde, mais nous voyons le changement graduel de l'impulsion et c'est ce que nous appelons une force.
3- Violent elles le principe de conservation de l'énergie?
En fait, nous avons utilisé une méthode d'approximation de la mécanique quantique appelée théorie perturbative. Dans la théorie perturbative, les systèmes peuvent avoir des états intermédiaires " états virtuels" qui ont des énergies différentes de leurs états initiaux et finaux. Ceci en vertu d'un autre principe d'incertitude liant le temps et l'énergie.
Dans l'exemple cité, nous avons considéré un état intermédiaire incluant un photon virtuel. Il n'est pas possible, dans le monde classique, qu'une particule chargée émette un photon et reste elle même inchangée ( exception faite du recul). L'état incluant le photon a un excès d'énergie, compte tenu de la conservation de l'impulsion. Cependant, comme l'état intermédiaire est fugace, l'état d'énergie est très incertain, et peut être compatible dans le cadre de cette incertitude avec l'état initial et final. Ceci permet au système d'avoir une probabilité de passer par cet état sans violer le principe de conservation de l'énergie.
Alternativement, d'autres descriptions du phénomène, disent que l'énergie du système devient incertaine pendant un court instant , et qu'une énergie [ respectant les mêmes règles liée au principe d'incertitude ] est " empruntée" pendant ce court instant . C'est une autre manière de dire les choses, équivalente du point de vue mathématique. Mais cela masque le fait que tout ce que nous avons dit au sujet des particules virtuelles est juste une approximation de la mécanique quantique, dans laquelle la conservation de l'énergie est un principe valable en permanence. Dans ma description , je me suis attaché à respecter l'interprétation habituelle des diagrammes de Feynman, dans lesquels l'énergie est conservée , mais où les particules virtuelles peuvent avoir des énergies qui ne sont pas normalement permises par les lois du mouvement. [ cf remarques § 1]
4- Peuvent elles se déplacer plus vite que la lumière, contredisant la Relativité et la causalité ?
Dans le chapitre 2, l'onde plane associée au photon virtuel semble avoir été créée d'un coup subitement dans tout l'espace et détruite tout aussi soudainement. Ainsi l'interaction peut se produire quelle que soit la distance entre les particules concernées.
La Relativité Restreinte est censée s'appliquer en mécanique quantique dans le cadre de la théorie quantique des champs.
Ici nous avons quelque chose, qui a première vue n'est pas possible en Relativité Restreinte: le photon virtuel peut aller plus vite que la lumière d'une des particules du système en interaction vers l'autre.
On s'aperçoit que si nous sommons tous les valeurs possibles de l'impulsion, l'amplitude de probabilité de transmission baisse de plus en plus quand la position finale est telle que le chemin associé sort de plus en plus du cône de lumière, mais c'est une maigre consolation.
Cette propagation superluminique ne doit pas permettre de transmettre d'information si nous ne voulons pas violer le principe de causalité.
Je vais donner un argument plausible montrant que ce n'est pas possible dans l'expérience de pensée suivante: Essayons d'envoyer de l'information plus vite que la lumière en utilisant une particule virtuelle.
Supposons que vous et moi faisions des mesures répétées d'un champ quantique en des endroits différents. Le champ électromagnétique est quelque chose de compliqué, aussi j'utiliserai pour l'exemple un champ qui n'a qu'une seule composante, que j'appellerai F. Pour encore simplifier, nous supposerons qu'il n'y a pas de sources "chargées" du champ F ou de particules réelles associées au champ F initialement. Ceci signifie que nos mesures de F vont fluctuer dans le cadre de la Mécanique Quantique autour de zéro. Vous mesurez F ( en fait une moyenne de la valeur de F, dans un domaine petit) à un endroit, et je le mesure un peu postérieurement à un autre endroit distant. Nous répétons l'opération suffisamment longtemps en espaçant les mesures pour obtenir quelque chose de fiable.
. . . ------X ------ X------ ^ temps fig 7 ------X moi | ------ | vous X------ ---> espace
Après un grand nombre de mesures nous comparons nos résultats. Nous trouvons que nos résultats ne sont pas indépendants, les valeurs de F sont corrélées entre elles, et même si chaque ensemble de mesures ne fait que fluctuer autour de zéro, ces fluctuations ne sont pas complètement indépendantes. Ceci est dû à la propagation des quanta virtuels du champ F, représenté par les lignes intermédiaires. Ceci se produit même si la particule virtuelle va plus vite que la lumière.
Cependant cette corrélation ne transporte pas d'information. Aucun de nous, dans cette expérience ne maîtrise les résultats que nous obtenons, et l'ensemble de nos résultats paraît complètement aléatoire, jusqu'à ce que nous les comparions ( c'est comme la résolution du fameux paradoxe EPR)
Nous pouvons faire autre chose que de mesurer le champ. Sommes nous pour autant capable d'envoyer de l'information ?
Supposons que nous essayons par une série d'actions, d'envoyer de l'information au moyen d'une particule virtuelle. Si nous considérons cela du point de vue de quelqu'un qui se déplace vers la droite à une vitesse suffisamment élevée, la Relativité Restreinte dit que dans ce référentiel , l'effet se propage dans l'autre sens
. . . X------ ------ ------X vous X------ ^ temps fig 8 ------ | ------X moi | ---> espace
Maintenant, il semble que j'interviens plus sur ce qui vous arrive que l'inverse.( Si les quanta du champ F ne sont pas identiques à leurs antiparticules, alors la transmission d'une particule virtuelle associée au champ F de vous à moi, ressemble à la transmission de son antiparticule de moi à vous). Si tout cela est conforme à la Relativité Restreinte, peu importe lequel de ces processus se produit réellement , les deux descriptions étant également valides.
Nous savons que tout cela a été déduit de la mécanique quantique, en utilisant la théorie des perturbations. En mécanique quantique, l'état quantique futur d'un système peut être calculé en appliquant les règles d'évolution de l'état d'un système à partir de son état présent. Aucune des mesures que je fais quand je reçois la particule ne peut me dire si vous l'avez envoyée ou pas, car c'est dans un référentiel où cet évènement d'émission de la particule n'est pas encore arrivé [ cf fig 8]. Comme mon état présent doit se déduire des évènements passés, si j'ai votre message, je dois l'avoir eu par d'autres moyens. La particule virtuelle n'a pas transmis une quelconque information que je n'ai pas déjà. C'est donc un moyen de communication superluminique dépourvu de toute utilité.
[ On suppose que la "causalité" inhérente à la mécanique quantique n'est pas violée.
L’auteur rappelle que la QFT étant
causale, on peut calculer l'état présent ( en
un
point de l’espace temps d'un référentiel) à
partir d'un état antérieur ( de ce point) par
une
fonction d'évolution dépendant des évènements
qui se sont produit entre
temps. Mais pour les informations
« supra-luminiques » ( qui
interviendraient
dans l'état présent si elles
transportaient de l'information) elle sont
associées à
un évènement ( leur envoi par l'autre compère)
qui ne s'est pas
encore produit ( dans le référentiel
de l'observateur " récepteur"), par
conséquent
elles ne peuvent pas ( selon la QFT) intervenir dans l'état
présent
( n'ont aucune influence, donc ne transportent aucune information).]
L'ordre des évènements ne change pas dans les différents référentiels que la transmission se fasse à la vitesse de la lumière ou plus lentement. Donc, l'utilisation de particules virtuelles est cohérent avec la mécanique quantique et la Relativité. C'est heureux: Car, comme toutes les interactions interviennent en un temps fini, d'une certaine manière on peut dire que toutes les particules sont virtuelles.
5- J'ai entendu les physiciens dire que le quantum de la force de gravitation est quelque chose appelé le "graviton". La Relativité Générale, ne dit elle pas que la gravitation n'est pas du tout une force ?.
Il n'est pas nécessaire de considérer la gravitation comme une force pour penser que les gravitons puissent exister. Selon la MQ , ce qui se comporte comme un oscillateur harmonique a des niveaux d'énergie distincts, comme indiqué au chapitre 1.
La Relativité Générale décrit des ondes gravitationnelles, vaguelettes de la géométrie de l'espace temps qui se propagent à la vitesse de la lumière. En donnant une certaine définition de l'énergie gravitationnelle ( sujet ardu), ces ondes sont supposées transporter de l'énergie. Si on arrive à appliquer correctement la MQ, il paraît raisonnable de supposer que ces ondes vont aussi avoir des niveaux d'énergie gravitationnelle distincts correspondant aux nombre de gravitons impliqués.
La gravitation quantique est une théorie non achevée et non établie, donc les gravitons restent spéculatifs. Il paraît d'ailleurs peu probable qu'on en détecte dans un futur rapproché.
De plus il n'est pas certain qu'ils soient d'une grande utilité pour expliquer la force gravitationnelle ( il en seraient les médiateurs) , comme celle qui nous retient à la surface de la Terre. La notion de particules virtuelles médiatisant les forces statiques vient de la théorie des perturbations que nous savons inapplicable pour la gravitation quantique.
La théorie des champs quantique est truffée d'infinis, qui apparaissent dans les diagrammes où les particules virtuelles apparaissent en boucles fermées. Ceci peut être éliminé par une manœuvre douteuse appelée normalisation où les infinis sont compensés par d'autres contre- infinis introduits permettant d'obtenir des résultats finis que l'on peut confronter aux observations. Cela marche pour la QED et les autres théories des champs, pour décrire les interactions entre particules, mais est inapplicable pour la gravitation. Les boucles associées au graviton génèrent une infinité de familles de contre-infinis. La théorie aboutit à un nombre infini de paramètres libres, ce qui en fait théorie inutilisable. D'autres approches de la gravitation quantiques sont nécessaires qui ne décriront pas nécessairement les champs statiques avec des gravitons virtuels.