Une pierre tombe dans un étang, et des cercles se propagent à la surface de l'eau. De la même manière, les corps massifs engendrent des ondes gravitationnelles, mais c'est l'espace lui-même qui oscille. Jusqu'à présent, ces ondes étaient captées par d'immenses détecteurs : ils frémissent légèrement lorsqu'une onde les traverse. Et que se passe-t-il à l'échelle microscopique, à l'intérieur d'un minuscule morceau de matière ? Les auteurs de cette nouvelle étude ont plongé dans ce monde et y ont découvert un jeu étonnamment silencieux.
Il n'y a pas ici l'impulsion habituelle que reçoit un flotteur sur l'eau. L'onde gravitationnelle agit autrement — comme des mains invisibles qui compriment et étirent simultanément un objet de différents côtés. C'est un effet de marée, et il est quadratique : l'effet dépend du carré du déplacement des particules. Prenons une corde bien tendue. Si on la pince une fois, elle émet sa note fondamentale. Mais l'onde gravitationnelle ne pince pas — elle modifie légèrement la tension de la corde elle-même, et celle-ci se met à vibrer à une fréquence double. C'est pourquoi, dans le monde quantique, ce ne sont pas des excitations uniques qui naissent, mais des paires — deux phonons (quanta de son) à la fois.
Cette nature par paire protège efficacement certains états quantiques de la matière de la destruction. Dans l'espace vide, où les ondes gravitationnelles sont presque absentes, les deux niveaux d'énergie les plus bas d'une particule oscillante restent cohérents — leur phase n'est pas perturbée. Les ondes thermiques ou chaotiques lèvent cette protection et renforcent la décohérence, mais l'effet reste infiniment faible dans des conditions réelles. Le plus intéressant se produit lorsque l'onde gravitationnelle arrive dans un état comprimé particulier. Alors, non seulement elle ne détruit pas, mais elle crée tout un ensemble d'états « sombres » — des combinaisons qui n'interagissent pas du tout avec l'onde et restent parfaitement stables.
L'utilité pratique de ces calculs est encore lointaine : les effets sont trop faibles. Mais ils jettent un pont entre la physique de la gravitation et la théorie de l'information quantique. Peut-être qu'un jour le fond gravitationnel de l'Univers deviendra non pas un obstacle, mais une ressource pour le calcul quantique — si l'on apprend à le préparer dans l'état approprié.
Une onde gravitationnelle issue de la fusion de deux trous noirs, en traversant la Terre, comprime et étire toute la planète de l'épaisseur d'un cheveu humain.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, des extraterrestres transmettent un signal complexe en modulant des ondes gravitationnelles — presque comme dans cette étude, où des états quantiques sont contrôlés par le rayonnement gravitationnel.