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Depuis l'Antiquité, philosophes et scientifiques caressaient l'idée qu'en divisant la matière en parties assez petites, on finirait par rencontrer des entités minuscules et indivisibles : des atomes. Toutefois, certains pensaient que leur existence ne serait jamais prouvée. Aujourd'hui, nous visualisons des atomes isolés et nous étudions les particules qui les composent. Les caractéristiques granulaires de la matière nous sont devenues familières. Au cours des dernières décennies, des physiciens se sont demandé si l'espace n'était pas, lui aussi, constitué d'entités discrètes. Est-il continu, comme nous l'avons appris à l'école, ou ressemble-t-il davantage à un morceau d'étoffe, tissé de fibres distinctes ? Si nous sondions l'espace à des échelles suffisamment petites, découvririons-nous des « atomes » d'espace, de minuscules volumes irréductibles, impossibles à diviser en constituants plus petits ? Et qu'en est-il du temps ? Le monde physique change-t-il de façon continue, ou, au contraire, évolue-t-il par bonds minuscules, un peu comme un ordinateur ?

Au cours des 20 dernières années, pour tenter de répondre à ces questions, nous avons élaboré une théorie nommée gravitation quantique à boucles (loop quantum gravity). Cette dernière prédit que l'espace et le temps sont constitués d'entités fondamentales discrètes, et les calculs faits dans ce cadre révèlent un monde à la fois simple et élégant. La gravitation quantique à boucles éclaire d'une façon nouvelle certains phénomènes étranges, tels les trous noirs et le Big Bang. De surcroît, nous pourrons la mettre à l'épreuve de l'expérience : elle prédit les résultats d'expériences qui nous permettront de savoir si oui ou non les atomes d'espace-temps existent.

Nous avons élaboré cette théorie alors que nous nous heurtions à une difficulté tenace de la physique : la conception d'une théorie quantique de la...