La gravité ne connaît pas d'écran. Contrairement aux champs électriques, que l'on peut dissimuler derrière une grille métallique, la gravitation pénètre partout. Et partout elle transporte avec elle un bruit quantique : les moindres oscillations du champ, les gravitons, qui secouent sans cesse n'importe quelle particule, comme les vagues de l'océan font tanguer un bateau. Pendant longtemps, les physiciens ont cru que pour une fragile superposition quantique, ce tangage n'était dangereux que dans un seul cas : si le bateau est énorme. Plus précisément, si sa masse est comparable à la masse de Planck, c'est-à-dire à 22 microgrammes. C'est le poids d'un grain de poussière, mais pour le monde quantique une telle masse est d'une grandeur inimaginable. Il semblait que les molécules et les atomes n'avaient rien à craindre du bruit gravitationnel.
Pourtant, un bateau n'a pas seulement une quille : il a aussi une cale remplie de cargaison. Une particule, même la plus petite, n'est pas un point : elle possède une structure interne. Les électrons d'une molécule peuvent sauter d'une orbite à l'autre, les atomes en son sein vibrent. Ces mouvements internes, comme une cargaison mal arrimée dans la cale, réagissent à chaque oscillation du champ gravitationnel. Et voici ce que l'on a découvert : lors d'une longue traversée, quand le tangage dure des heures, le balancement de la cargaison finit par l'emporter sur le roulis de la coque entière. Pour une superposition quantique, cela signifie la mort. Les degrés de liberté internes transforment le bruit gravitationnel en un processus inexorable qui détruit l'état quantique même pour une minuscule molécule.
Auparavant, le tableau était différent. Pour une particule ponctuelle, dépourvue de vie interne, la décohérence sature rapidement : le bruit ébranle la superposition jusqu'à une certaine limite, puis s'arrête. Un bateau sans cargaison, quelle que soit la houle, ne chavirera pas. Mais la cargaison dans la cale change tout. Elle se déplace à chaque secousse, et son mouvement se transmet à la coque. Au final, le tangage ne s'atténue pas : il croît avec le temps, comme le cube du temps. La superposition quantique est condamnée.
Le champ gravitationnel classique, créé par un corps massif comme la Terre, freine un peu ce processus. Le potentiel newtonien agit comme une ancre : il stabilise légèrement le bateau, ralentissant la décohérence. Mais l'ancre ne sauve pas. Dans la limite des temps longs, le bruit l'emporte malgré tout. Pour les systèmes sans dynamique interne, où la cale est vide, l'ancre peut même formellement inverser le processus, provoquer une recoherence. Mais le temps nécessaire pour cela est comparable à l'âge de l'Univers. En pratique, cela signifie que la fragilité quantique ne survit pas dans l'océan gravitationnel.
Pour l'instant, cette connaissance n'a pas d'applications immédiates. L'effet est trop faible pour les expériences actuelles : même les interféromètres les plus précis ne remarqueront pas une décohérence en une journée. Mais le calcul précise les frontières de la mécanique quantique en présence de gravité. Il montre que la structure interne d'un système change fondamentalement son destin. Un bateau avec une cargaison dans sa cale finira tôt ou tard par chavirer, aussi petit soit-il. Le bruit gravitationnel est inexorable, et la structure interne ne fait que l'amplifier jusqu'à détruire la fragilité quantique.
Pour les gravitons primordiaux, que l'on suppose dans un état fortement comprimé avec un paramètre de compression de l'ordre de 100, le temps de décohérence pourrait diminuer d'un facteur $10^{29}$ par rapport à l'état du vide.
Dans le roman « Quarantine » de Greg Egan, les superpositions quantiques et leur effondrement sous l'action d'un observateur jouent un rôle central. L'idée que l'environnement gravitationnel puisse détruire irrémédiablement la cohérence quantique fait écho à cette intrigue.