PRÉAMBULE
A certains endroits, quelques précisions sont données sous formes d'animations vidéos. Il faut donc avoir le son de ton ordinateur allumé afin de les entendre. Ces petites explications sont très courtes mais expliquent bien les choses.
PRÉSENTATION
Notre univers contient de la matière formée de particules. Nous ne pouvons pas les voir. Il en existe beaucoup : les électrons, les quarks, les neutrinos, les muons, les taus, les photons, les Bosons W.Z, les gluons, les higgs…au total 61 particules. Elles constituent le modèle standard.
Ces particules sont classées en deux grandes catégories :
- les Fermions qui constituent la matière
- les Bosons pour les inter-actions
La relativité générale décrit une force : la force de gravité. Et cette force de gravité n'est pas une force comme les autres, ami passionné ! La mécanique quantique concerne essentiellement le comportement des forces au-niveau microscopique. Les lois des forces macroscopiques (dont la relativité générale) ne s'appliquent plus aux lois des forces microscopiques.
Mais la mécanique quantique donne les indications nécessaires pour rendre "compatibles" les forces macroscopiques dans le milieu microscopique. Ceci s'appelle la quantification d'une théorie.
Comment donc quantifier la force de gravité de la relativité générale au-niveau macroscopique, au-niveau microscopique qui serait appelée "gravité quantique" ? C'est là qu'intervient la Théorie Des Cordes…
Alors, ami passionné d'Astronomie et des Sciences, c'est que toutes ces belles intentions ci-dessus énoncées sont bien plus difficiles à réaliser qu'à dire. Il faut pour cela utiliser des objets mathématiques qui sont beaucoup plus complexes que ceux du départ.
En TDC on suppose que les particules standards ne sont que des approximations. En réalité, si on zoome sur les particules, elles sont toutes formées d'un seul objet, une petite corde parfois ouverte, parfois fermée. Elles possèdent une tension et elles peuvent vibrer.
Ceci permet de prédire naturellement l'existence du graviton décrivant la gravité à l'échelle quantique.
N'arrivant pas à quantifier nombre d'éléments les choses étant trop complexe, les scientifiques procèdent à une quantification dite "perturbative". Celle-ci considère que toutes les situations auxquelles on a à faire ne sont que des petites perturbations autour d'une situation bien connue.
La quantification perturbative fonctionne bien puisqu'elle a permis de quantifier 3 des 4 forces fondamentales. Voici les 4 forces fondamentales :
- La force gravitationnelle (Relativité générale) > échelle macroscopique
- La force électromagnétique > échelle microscopique
- La force nucléaire forte (celle qui maintient l’atome) > échelle microscopique
- La force nucléaire faible (les radiations) > échelle microscopique
La TDC stipule que toutes ces forces venaient à l’origine d’un seul élément : les cordes.
A partir de ces résultats, on a élaboré le "modèle standard de la physique des particules".
Le modèle standard de la physique des particules est le meilleur modèle d'aujourd'hui de toute la physique des particules. Elle est parfaitement bien confirmée expérimentalement dans les accélérateurs de particules.
Mais alors, pourquoi ne pas appliquer la quantification perturbative à la relativité générale ? Eh bien dans ce cas-là, ça ne marche pas ! Et oui, la nature nous réserve toujours drôle de surprise, n'est-ce pas ami passionné ?
C'était pourtant le rêve d'Einstein que d'unifier le tout, après que Newton ait unifié les forces gravitationnelles et que Maxwell ait unifié électricité et magnétisme en une force unique, l'électromagnétisme. Einstein est convaincu que s'il parvient à unifier sa nouvelle théorie de la gravité avec l'électromagnétisme de Maxwell, il sera en mesure de formuler la fameuse équation maîtresse, celle qui peut décrire l'univers tout entier. Mais il n'en a pas eu le temps ! Et puis, dans les années 1920, apparaît la mécanique quantique. Et Einstein ne pouvait plus suivre…
Mais il n'en a pas eu le temps ! Et puis, dans les années 1920, apparaît la mécanique quantique. Et Einstein ne pouvait plus suivre…
À partir de là, les scientifiques ont recherché d'autres approches pour fabriquer une théorie de la gravité quantique. Ils ont donc élaboré une hypothèse que l'univers n'est pas fait de particules ponctuelles, mais de petites cordes.
