Théories des cordes La petite histoire Comprendre simplement Domaines de présence Son interprétation dans l'avenir Les références Mais encore …

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La petite histoire  Up Page Origine, raisons, hasard La, ou plutôt les théories des cordes, car il y en eut plusieurs, remontent à plus de trente ans (1970). Leur histoire a été souvent décrite.   C’est dans l’espoir que les quatre forces de l’Univers (gravitationnelle, électromagnétique, forte et faible) tiennent dans une seule équation, que les chercheurs nomment la "Théorie du Tout", qu’est né la théorie des cordes. Selon cette dernière, la seule brique élémentaire de notre univers est un microscopique bout de ficelle cent milliards de milliards de fois plus petit qu’un neutron. Les caractéristiques des différentes forces que l’on observe ne seraient que le reflet des diverses façons dont vibre cette corde, de la même manière que les différentes notes et harmoniques qu’entend notre oreille peuvent être générés par une seule et même corde de violon.   Plus récente, de la gravité quantique en lacet.

Comprendre simplement  Up Page Chromodynamique quantique Il convient de partir du fait que les quarks, considérés jusqu'aux années 1970 comme les constituants ultimes des protons et neutrons, apparaissent toujours comme indissociables. Tout se passe comme si une corde les liait entre eux, susceptible de s'étendre mais non de se rompre. En quoi consiste cette corde ? Elle se comporte comme une ligne de flux magnétique dans un superconducteur. On peut en déduire que l'espace vide est un superconducteur pour les flux chromo-électriques de la chromodynamique quantique (ce nom car celle-ci analyse différents types de quarks baptisés de noms de couleurs). La corde serait donc, si l'on peut dire, la mère des particules. Ceci explique d'ailleurs pourquoi la théorie des cordes est préférée à la gravitation quantique en lacets par les physiciens venus du monde des particules, car ils peuvent y réintroduire tout ce qu'ils ont appris depuis 50 ans en travaillant dans les grands accélérateurs.   Histoire de paradigme Il existe un grand nombre de théories des cordes. Elles reposent toutes sur l'idée de ne pas considérer les entités élémentaires de la physique comme des particules ponctuelles (de dimension 0) mais des cordes qui formeraient des boucles d'une taille finie, de l'ordre de la longueur de Planck. Ces cordes vibreraient comme des cordes de violon, et des différents modes de vibration donneraient naissance aux spins 0, h/(2Pi), 2h/(2Pi),... et aussi dans les versions supersymétriques aux spins 0,  h/(4Pi), 3h/(4Pi),...La physique changerait de nouveau son paradigme (modèle théorique de pensée) , avec des entités élémentaires qui ne seraient plus des particules ponctuelles mais des cordes minuscules. La théorie mathématique utilisée est la théorie des surfaces de Riemann à deux dimensions, les quatre dimensions de l'espace et du temps n'émergeant que comme concepts secondaires. Deux types de cordes sont envisageables: ouvertes ou fermées. Le concept de corde fermée semble se démarquer, et conduire vers la théorie des supercordes.

Domaines de présence  Up Page Hypothèse dualiste Lee Smolin suggère que les deux interprétations (théorie des cordes et gravitation quantique en lacets) doivent être superposées. L'une et l'autre constituent des façons différentes de regarder la même chose. Ce point de vue, dit hypothèse dualiste, est celui qui intéresse le plus de physiciens aujourd'hui.   L'hypothèse dualiste ne doit pas être confondue avec la dualité onde-particule de la mécanique quantique, mais elle réconcilie cependant les deux approches antagonistes de la physique depuis 150 ans, opposant champs et particules, opposition indispensable puisqu'il est avéré que les particules n'interagissent pas directement mais à travers des champs. Dans cette hypothèse, il devient possible de considérer que l'espace est quantifié, c'est-à-dire qu'il n'a pas (non plus d'ailleurs que le temps) de structure continue, susceptible de division à l'infini.

Son interprétation dans l'avenir  Up Page Neuf théories des cordes Avant 1995, il y avait 9 théories des cordes, qui commencèrent à fusionner avec les travaux de Edward Witten, sous le nom de théorie M. De plus, encore aujourd'hui, elle n'est pas indépendante d'un espace en arrière-plan, contrairement à la relativité générale pour qui l'espace-temps n'est qu'un ensemble évolutif de relations. Enfin et surtout, elle n'a pas encore acquis la forme d'une théorie définitive, si bien qu'il est difficile de la qualifier de théorie. Ceci n'empêche pas de devoir prendre au sérieux la théorie des cordes.   Pour elle, les particules n'existent pas. Il n'y a que des cordes, minuscules objets unidimensionnels faits de rien d'autre. Les différentes sortes de particules correspondent à des modes différents de vibrations de ces cordes. Leurs formes, interactions et les phénomènes en découlant peuvent être ramenées à des modifications de forme et d'interactions entre ces cordes. Les liens entre la théorie des cordes et la physique des particules permettent aux promoteurs de la première d'espérer pouvoir tester celle-ci à l'occasion des prochains tests de la supersymétrie (recherche de bosons et fermions associés par pairs) dans le futur grand accélérateur du CERN. Pour Lee Smolin, la théorie M, qui devrait unifier les différentes théories des cordes, représente un grand espoir, auquel il travaille lui-même. Celle-ci devrait, selon lui, confirmer l'hypothèse du caractère discret de l'espace et du temps.   La théorie des cordes selon Edward Witten Physicien et mathématicien né en 1951 et enseignant à l'université de Princeton, Edward Witten est considéré comme un des plus éminents spécialistes de la physique théorique. En 1990, il a reçu la médaille Fields, l'équivalent du prix Nobel pour les mathématiques, pour ses modélisations de la théorie des cordes. Sa théorie représente les particules élémentaires de la physique par des cordes extrêmement petites (100 milliards de milliards de fois plus petites qu'un noyau d'hydrogène) évoluant dans un espace étrange à 10 ou 26 dimensions, pouvant vibrer à différentes fréquences ou "résonances". Pour décrire les mouvements vibratoires d'une corde, il faut représenter un espace avec un grand nombre de dimensions. La topologie (science de l'"étude des lieux" et qui est une sorte de "géométrie de situation") joue ici un rôle majeur car elle permet d'imaginer comment, à l'intérieur de ces cordes, on peut voyager dans des mondes aux dimensions différentes. L'intérêt de la théorie des cordes pour les théoriciens de la physique est qu'elle surmonte et par là même unifie les deux grandes théories de la physique moderne, celle de la relativité générale et celle de la mécanique quantique. Elle modifie notre compréhension de l'espace-temps et notamment envisage ses autres aménagements possibles.

Les références  Up Page Réseau Pepe Automates Intelligents Pour la Science octobre / décembre 2004 L'histoire de l'Univers n°45   Pourquoi ce site Je crois que, si les êtres humains que nous sommes ne parviennent pas toujours à évoluer comme ils le souhaiteraient _à s'épanouir professionnellement, sentimentalement et sexuellement (ce que j'appelle les trois pôles d'intérêts) c'est parce qu'il y a des barrages qui entravent leur désir d'accéder à un rêve inachevé. Je pars du principe que tout est possible, à condition de s'entourer de gens qui nous poussent à croire en nous.   Contribuer au Réseau Pepe Ce site est avant tout une encyclopédie ouverte à l'imagination et au savoir, où chacun(e) d'entre vous peut participer. Si vous avez envie de partager une passion, ou si vous sentez le besoin de vous exprimer sur un point précis, je vous invite à m'adresser un e-mail (adresse électronique accessible sur ma page d'accueil).

Mais encore …  Up Page Ce que vous avez toujours voulu savoir Une théorie des cordes devrait satisfaire un certain nombre de conditions physiques: _Tous les objets du modèle standard, aussi bien les particules sources (les quarks et les leptons) que les messagers [comme les gluons, les photons, les W+ , W- et Z0 (bosons)], ou que les Higgs devraient rentrer dans ce cadre. _Ce devrait être une théorie géométrique, puisqu'il lui faut englober la théorie d'Einstein de la gravitation. _Elle devrait décrire la gravité sans aucun infini. Remplir ces trois conditions tiendrait du miracle, mais ce miracle semble bien être en train de se produire, tout au moins dans un espace-temps à dix dimensions où une théorie unique des supercordes semble s'être fait jour, à la suite des travaux de Green et Scwartz, en automne 1984…   Grande unification La théorie des cordes postule que chaque particule élémentaire (quark, électron, neutrino, boson, graviton,...) consiste en une boucle unidimensionnelle minuscule qui se comporte comme un filament vibrant. Les différentes particules ne correspondent qu'à des modes vibratoires différents des cordes élémentaires. De ce fait la théorie des cordes inclut naturellement dans un même formalisme la théorie quantique et la gravitation: ce pouvant donc être la théorie de la "grande unification".   Cette théorie fait appel à des mathématiques extraordinairement compliquées et pour l'instant très mal maîtrisées: "c'est une théorie du XXIe siècle qui est apparue par hasard au XXe siècle". Elle permettrait d'expliquer élégamment toute la physique actuelle mais n'a pas permis de prédictions vérifiables. Parmi ses conséquences surprenantes, la théorie des cordes décrit un univers initial (lors du big-bang) à 10 dimensions, dont 3 seulement se seraient "étendues" pour donner les dimensions spatiales de notre univers tandis que les autres seraient restées "enroulées". Cette théorie à beaucoup été développée par le physicien Edward Written et par d'autres tel que Brian Greene (auteur du livre "L'univers élégant") et aidée par des mathématiciens comme le français Alain Connes.   Transformations de Lorenz