Théorie des cordes
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La théorie des (super)cordes est l'une des voies envisagées pour régler un problème théorique majeur de la physique moderne : la réconciliation entre la mécanique quantique (inévitable pour décrire la physique aux petites échelles) et la théorie de la relativité générale (nécessaire pour décrire la gravitation de manière relativiste). Les principales particularités de la théorie des cordes est que son ambition ne s'arrête pas à cette réconciliation, mais qu'elle prétend réussir à unifier les quatre interactions élémentaires connues tout en reposant sur deux hypothèses assez révolutionnaires :
- les briques fondamentales de l'Univers ne seraient pas des particules ponctuelles mais des sortes de cordelettes. Ce que nous percevons comme des particules de caractéristiques (masse, etc) distinctes ne seraient que des cordes vibrant différemment.
- l'espace-temps n'aurait pas trois dimensions d'espace et une de temps, mais dix (ou plutôt onze, voir plus loin) dimensions spatiales, certaines d'entre elles, repliées sur elles-mêmes, passant inaperçues à nos échelles (voir théorie de Kaluza-Klein).
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Explication de la théorie
Malgré de premiers résultats partiels très prometteurs, la théorie des supercordes reste toutefois incomplète, aucun modèle n'ayant été découvert qui permette de rendre compte du modèle standard de la physique des particules et de la relativité générale.
De manière un peu plus générale, une théorie des cordes est un modèle physique dont les composants de base sont des objets étendus (cordes) et n'ont pas des points. Avec cette hypothèse, les théories des cordes admettent une échelle minimale et permettent d'éviter facilement l'apparition de certaines quantités infinies (on parle de "divergences") qui sont inévitables dans les théories quantiques de champs habituelles. Il n'y a donc plus besoin de procéder à la renormalisation de la théorie.
Par le terme « théorie des cordes » on se réfère en même temps à la théorie bosonique des cordes à 26 dimensions (espace-temps à 26 dimensions) et aux cinq théories des supercordes à 10 dimensions. Ces dernières se distinguent de la première par l'existence d'une symétrie supplémentaire, la supersymétrie, laquelle s'est avérée nécessaire lorsque l'on a souhaité incorporer les fermions (la matière) dans la théorie bosonique des cordes. À présent, par « théorie des (super)cordes » on se réfère usuellement aux variantes supersymétriques alors que l'on donne à la précédente son nom complet : théorie bosonique des cordes. Par ailleurs, on parle de "théorie des supercordes" (théorie au singulier) car on a de très fortes raisons de croire que les cinq théories connues ne sont que cinq visages d'une même théorie (on parle de dualité entre les théories). Il semblerait plus précisément que ces cinq théories soient différentes limites d'une théorie encore inconnue, reposant sur un espace à 11 dimensions spatiales, appelée « théorie M », laquelle serait peut-être la supergravité maximale développée dans les années 1970. Cette hypothèse a été proposée par Horava et Witten dans les années 1990 et a amené l'introduction d'autres objets étendus en plus des cordes. On parle de p-branes, p étant un entier qui indique le nombre de dimensions spatiales de l'objet en question (les cordes peuvent être vues comme des 1-branes)
Une conséquence essentielle de la dualité des théories des cordes est que la physique observable de l'univers connu devrait pouvoir être obtenue à partir de deux géométries apparemment incompatibles : celle « telle que nous la voyons » et une autre, beaucoup plus petite que la longueur de Planck. Puisque les deux géométries amènent à la même physique observable, mais que les phénomènes dans l'échelle la plus petite sont au-delà de nos possibilités d'investigation, il y eut d'importantes discussions sur l'impact de la théorie des cordes concernant la philosophie des sciences (est-ce une « science » si l'on ne peut faire d'expérimentations pour la réfuter ?) et la philosophie des mathématiques (si deux géométries amènent à la même physique, la géométrie elle-même ne devrait-elle pas refléter le même univers que celui dans lequel vivent ses inventeurs et codificateurs, et prouver qu'il n'y a qu'un seul phénomène commun que les deux géométries reflètent ?)
Plus pratiquement, la théorie des cordes apporta des avancées dans les mathématiques du pliage, des nœuds et des espaces de Calabi-Yau. À cause de la nouveauté de la plupart de ces modèles mathématiques, les doutes ont augmenté quelque peu, car très peu de personnes peuvent comprendre soit la physique soit les mathématiques dont elle dépend.
Problèmes avec la théorie des cordes
La théorie des cordes souffre de deux problèmes majeurs. Le premier est que, selon les mots de Wolfgang Pauli, elle ne peut même pas être fausse. En d'autres mots, elle ne fait aucune prédiction qui pourrait être sujette à vérification expérimentale ; ainsi, elle ne peut être ni prouvée ni réfutée, ce qui est un sérieux problème pour toute théorie physique.
Le second problème est qu'elle présuppose, de même que la mécanique newtonienne et la relativité restreinte, un espace-temps absolu (donné a priori) comme cadre.
Pour être en accord avec les principes fondamentaux de la relativité générale, une théorie quantique de la gravitation ne doit pas reposer sur un espace-temps donné a priori. La théorie M a été proposée pour surmonter ce dernier problème, une autre approche étant la théorie de la gravitation quantique à boucles (Loop quantum gravity).
Voir aussi - Articles connexes
Lien externe
À consulter
- L'Univers Élégant -- par Brian Greene Robert Lafond; ISBN 2221090659
- Superstring Theory: Volume 1, Introduction -- par Michael B. Green, John H. Schwarz, Edward Witten Cambridge University Press; (July 29, 1988) ISBN 0521357527
- Superstring Theory: Volume 2, Loop Amplitudes, Anomalies and Phenomenology -- par Michael B. Green, John H. Schwarz, Edward Witten Cambridge University Press; Reedition (July 29, 1988) ISBN 0521357535
- String Theory, Vol. 1 : An Introduction to the Bosonic String -- par Joseph Polchinski Cambridge University Press; (October 13, 1998) ISBN 0521633036
- String Theory, Vol. 2 : Superstring Theory and Beyond -- par Joseph Polchinski Cambridge University Press; (October 13, 1998) ISBN 0521633044
- La Resource Lettersur la Théorie des Cordes disponible sur arXiv.org
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