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VIDÉO - La Théorie du Tout expliquée par le Seigneur des Anneaux

Aujourd’hui, deux grandes théories, chacune extrêmement complète, permettent d’expliquer TOUS les phénomènes physiques possibles. Problème:  elles sont incompatibles. Depuis plus d’un siècle, les scientifiques tentent de les unifier en une seule et même théorie élégante qui serait capable de décrire tout notre univers. C’est la Théorie du Tout, et nous tentons de vous l’expliquer avec le Seigneur des Anneaux dans cet épisode de PopScience (voir la vidéo ci-dessus).

Pourquoi la Lune tourne-t-elle autour de la Terre et la Terre autour du Soleil? Quelle est la nature de la lumière? De quoi toute la matière qui nous entoure est-elle constituée? Pour répondre à ces questions fondamentales et mille autres encore, bref pour décrire le fonctionnement de notre monde, les physiciens n’ont cessé de mettre au point au fil des siècles des théories toujours plus précises, comme les peuples du «Seigneur des anneaux» ont forgé les différents anneaux de pouvoir.

Quelles sont les deux théories irréconciliables?

La première, c’est la physique quantique dont on vous a déjà parlé ici (mettre le lien vers vidéo Pop Science). Cette théorie, aussi appelée modèle standard, explique tous les phénomènes qui se produisent à l’échelle microscopique, c’est à dire le fonctionnement de trois des quatre forces fondamentales de la nature:

  1. La force électromagnétique qui explique en gros le comportement de la lumière

  2. La force nucléaire forte, celle qui lie les particules élémentaires au sein des atomes et donc, permet à toute la matière d’exister.

  3. La force nucléaire faible, c'est-à-dire la radioactivité.

Notez au passage que c’est à la physique quantique et à tous ses brillants artisans que l’on doit entre autres: l’électricité, le laser, les ordinateurs, les centrales nucléaires…

A côté de la physique quantique, l’autre théorie majeure, c’est la relativité générale.

Mise au point par Albert Einstein au début du 20ème siècle, elle décrit le monde à grande échelle.

Avec cette théorie, Einstein explique la nature de la gravité, la quatrième force fondamentale de la nature. Il révèle qu’elle est la conséquence de la courbure de l'espace temps. C’est à cette théorie que l’on doit notamment… le GPS!

La physique quantique autant que la relativité générale ont été maintes fois validées par l'expérience avec succès et avec une extrême précision.

Oui mais voilà, ces deux magnifiques théories ne fonctionnent pas ensemble.

Lorsque les physiciens tentent d’ajouter la gravité dans les équations de la physique quantique, les mathématiques n’ont plus de sens. On dit que les équations s'effondrent.

Vous allez me dire: ET ALORS? On a une bonne théorie pour l’infiniment petit, une bonne théorie pour l'infiniment grand, c’est suffisant non? Et bien non, ça ne suffit pas!

Parce qu'on a absolument besoin de marier les deux pour décrire des phénomènes où l’infiniment grand et l’infiniment petit se rejoignent.

Par exemple le Big Bang, quand tout l’univers était contenu dans un point infinitésimal et les trous noirs, ces objets minuscules en taille et pourtant massifs comme des centaines, de milliers, des millions de soleils.

Si les physiciens parvenaient à unifier la physique quantique et la relativité générale en une théorie du tout, ils pourraient peut-être répondre à des questions carrément existentielles : qu’y avait-il avant le Big Bang? Les trous noirs sont-ils des portes vers d’autres régions de l’espace, ou vers d’autres univers?

La théorie du tout en physique, c’est le Graal, la quête ultime, la réponse aux secrets de l'univers , le bien qui triomphe contre le mal!

Alors où en est-on de cette quête qui dure depuis plus d'un siècle? Elle est pour quand cette théorie unifiée de l'univers? Pas pour tout de suite. C'est que, unifier ces deux théories, c'est diaboliquement complexe.

Dans les années 80, on a tout de même cru pouvoir unifier les 4 forces avec la théorie des cordes.

Cette théorie stipule que chaque particule élémentaire est le résultat d'un mode de vibration spécifique d'une sorte d'objet à 1 dimension en forme de corde. Un peu comme une corde de guitare dont le mode de vibration détermine la note.

Dans ce modèle, quatre modes de vibrations différents engendrent les 4 forces fondamentales. Et le tour est joué.

Seul problème: la théorie des cordes implique un univers bizarre à 11 dimensions, mais surtout, elle comporte une multitude de variantes sur lesquelles les physiciens ne sont pas d’accord. Or, une théorie du tout élégante devrait mettre tout le monde d'accord.

Mais la quête se poursuit. Elle mobilise aujourd’hui des centaines de chercheurs dans le monde entier, plus motivés que jamais à mettre la main sur le précieux Graal de la physique et à déchiffrer les secrets de l’univers.

Pour aller plus loin :

La théorie des cordes, par la très bonne chaîne Science Etonnante :

Introduction à la physique quantique par l’astrophysicien du CEA Roland Lehoucq:

La théorie du tout expliquée (en anglais) par le célèbre physicien théoricien Michio Kaku:

Un très bon documentaire sur la gravité et les “problèmes” qu’elle pose, expliqué (en anglais aussi!) par Brian Greene, l’un des architectes de la théorie des cordes  :