10 dimensions ? Selon la théorie des cordes, l'univers pourrait avoir bien plus de 4 dimensions !

Lorsque le célèbre physicien Albert Einstein a publié ses travaux au début du siècle dernier, il a popularisé l'idée que nous vivons dans un univers à 4 dimensions : 3 spatiales et 1 temporelle. Après 100 ans, le travail d'Einstein reste la base de l'univers à quatre dimensions dans lequel nous vivons.

Au XXe siècle, malgré le triomphe de la théorie d'Einstein, un nouveau champ de la science, la mécanique quantique, a vu le jour, mettant en évidence les limites de la théorie d'Einstein. Conçue pour déchiffrer les mystères du monde subatomique, la mécanique quantique est reconnue pour son incompatibilité fondamentale avec la relativité générale d'Einstein. Lorsque l'on tente de les unifier, ces deux théories entrent en conflit direct.

Cela a préoccupé Einstein jusqu'à la fin de sa vie et la quête de la gravité quantique - la discipline qui les unirait - est devenue à la mode en physique. Dans les années 1970, une hypothèse appelée théorie des cordes a commencé à prendre forme, proposant une forme de gravité quantique. Cependant, des obstacles ont empêché cette hypothèse de progresser jusqu'à nos jours.

La carte de la physique

Pendant des siècles, des noms tels que Galilée, Isaac Newton et Johannes Kepler ont érigé les fondations de ce qui allait devenir la mécanique classique ou la physique classique. La physique classique est née comme une manière d'expliquer le monde que nous observons quotidiennement à travers les lois de Newton et les lois de conservation.

Plus tard, des scientifiques tels que James Maxwell et Michael Faraday ont introduit le domaine suivant, qui était l'électromagnétisme. L'électromagnétisme osait expliquer les champs magnétiques et les champs électriques, voire à décrire la lumière elle-même.

Au XXe siècle, deux domaines sont nés en parallèle : la relativité générale et la mécanique quantique. Le premier visait à décrire la gravité, tandis que le second s'occupait du monde subatomique. Tous deux ont ensuite été intégrés dans les principaux domaines de la physique.

Le problème de la relativité générale et de la mécanique quantique

Les deux domaines ont rencontré un grand succès dans leurs domaines respectifs. La relativité générale peut expliquer la gravité depuis le système solaire jusqu'aux objets extrêmes comme les trous noirs. Les trous noirs sont des objets qui sont expliqués uniquement par la relativité générale, car ce sont de véritables régions de champ gravitationnel.

La mécanique quantique, de son côté, abrite le modèle le plus réussi de la physique, le Modèle Standard. À ce jour, la mécanique quantique est capable de décrire le monde subatomique, et chaque expérience menée, de plus en plus précise, ne fait que confirmer le succès de ce domaine.

Cependant, lorsque les deux sont combinées, un problème surgit. La mécanique quantique semble ne pas accepter la gravité, telle qu'expliquée par la relativité générale, dans son domaine. Cependant, les trous noirs eux-mêmes présentent une singularité qui devrait être expliquée en combinant les deux.

La gravité quantique

Avec cette limitation, une nouvelle discipline appelée gravité quantique devient nécessaire. Le but de la gravité quantique serait d'expliquer le domaine où la mécanique quantique et la relativité échouent. En d'autres termes, il s'agirait d'une unification de ces deux domaines.

Malgré l'intérêt de physiciens tels qu'Albert Einstein lui-même, Stephen Hawking et Robert Oppenheimer, la gravité quantique n'a jamais eu de bases solides. Dans les années 1970, un groupe de physiciens a commencé à explorer une nouvelle hypothèse qui pourrait être la gravité quantique : la théorie des cordes.

Qu'est-ce que la théorie des cordes ?

L'idée la plus courante des particules est qu'elles sont des points unidimensionnels. Dans notre imagination, nous créons l'idée de petites sphères. En physique, les particules fondamentales seraient de vrais points sans volume. Mais pour la théorie des cordes, chaque particule est en réalité une corde.

Chaque particule serait une vibration différente de cette corde. Les forces fondamentales elles-mêmes seraient également une sorte de vibration. Ainsi, la théorie des cordes pourrait ajouter la force gravitationnelle sans trop de difficultés.

Plus de quatre dimensions

Afin de concilier le nombre de particules et de forces nécessaires, il s'est avéré que notre univers en quatre dimensions ne serait pas adéquat. Par conséquent, à chaque révision de la théorie des cordes, il a été envisagé d'introduire une nouvelle dimension. Selon des recherches récentes, il est actuellement estimé que l'univers devrait comporter entre 10 et 11 dimensions si la théorie des cordes s'avère exacte.

La meilleure explication de pourquoi nous ne pouvons pas observer au-delà des 4 dimensions traditionnelles serait que certaines de ces dimensions sont "enroulées" les unes sur les autres. Cependant, il est probable que 6 dimensions supplémentaires soient encore nécessaires, soit 2 de plus que les 4 que nous connaissons.

Autres problèmes de la théorie des cordes

Outre la question des dimensions, la théorie des cordes est confrontée à d'autres problèmes. L'un d'entre eux est sa complexité mathématique extrême, avec certaines équations qui restent non résolues. La théorie des cordes est appelée théorie précisément en raison du besoin de nouveaux théorèmes et axiomes mathématiques au cours des dernières décennies.

Un autre grand problème auquel les physiciens partisans de la théorie des cordes sont confrontés est le manque de preuves d'observation et de vérification. C'est un gros problème, car la théorie des cordes se situe à la limite physique de ce qui est observable.