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Le
problème de l'univers primitif.
...Considérons
une particule à l'instant t = 0 , ou à un instant "proche de t
= 0". Supposons qu'elle émette un signal quelconque, par exemple un rayonnement
électromagnétique. Celui-ci va se propager à la vitesse
c. Au bout du temps t l'onde sphérique aura un rayon ct, qu'on appelle
horizon . Mais la loi d'expansion, d'éloignement entre deux particules
supposées liées au "support cosmique" (on dit comobiles
) a une allure parabolique (cette distance croît comme t2/3) . En remontant
dans le temps on trouvera toujours une époque t < th où les
particules étaient dans l'impossibilité matérielle de communiquer
entre elles, puisqu'elles s'éloignaient "plus vite que ne cheminait l'onde
électromagnétique émise à un instant t proche de
zero".
...L'image
ci-après évoque cet état autistique de l'univers, les
sphères blanches, liées à chaque des particule, représentant
les volumes dans lesquelles une voisine devrait se situer pour que la communication
soit possible. Las, elle se s'interpénètrent pas, et ne le feront
que beaucoup plus tard.
...Il
devient donc difficile de justifier la remarquable homogénéité
de l'univers primitif, dont la trace fossile est le fond de de rayonnement
cosmologique à 2,7° K.
...La
théorie en vogue est celle de Linde : l'inflation, et c'est sa seule
justification. Sans entrer dans le détail, cette théorie consister
à doter l'univers primitif d'une super-constante cosmologique (dépendant
du temps !), traduisant un "pouvoir répulsif du vide" défiant
toute imagination. Celui-ci entraîne alors une expansion d'un facteur
dix puissance je ne sais combien....
Le problème de l'origine.
Qu'est-ce, au fait, que
ce temps t = 0 ? Cela a-t-il un sens ?
...Lorsqu'on
remonte dans le temps, la température du "fluide cosmique" croît.
La vitesse d'agitation thermique des particules dotées d'une masse
non nulle croît aussi. Il arrive un moment où cette vitesse devient
relativiste. En fait, quand t tend vers zéro et que la température
Ttend vers l'infini, l'énergie individuelle des particules tend vers
l'infini et leur vitesse tend vers c. Le temps propre suit la loi :
...Quand
v tend vers c le temps propre "gèle dans les chronomètres".
Définir une horloge devient problématique, même conceptuellement.
...On
voit donc que le modèle standard est loin d'être parfait. La
liste des problèmes évoqués n'est d'ailleurs pas exhaustive.
La physique fondamentale connaît des problèmes semblables. La
théorie des supercordes passe par une extension du contexte dimensionnel
(dix dimensions, pour beaucoup). Mais la géométrie décadimensionnelle
reste une jungle obscure. Si les surfaces 2d ont perdu leur mystère,
la classification des hypersurfaces 3 et 4d reste encore à faire.
....Par
ailleurs, quand on ajoute des dimensions au cosmos, apparaissent des longueurs
caractéristiques, associées à chacune d'entre elles.
Et celles-ci sont invariablement... la longueur de Planck. Or qui dit longueur
dit longueur d'onde, laquelle est liée à l'énergie, selon
la relation :
...L'énergie
de Planck est considérable. Pour la mettre en �uvre, selon les techniques
classiques, il faudrait pouvoir disposer d'un accélérateur ayant
le diamètre d'une galaxie. Les physiciens expérimentateurs lèvent
les bras au ciel.
...Le
physicien théoricien d'origine japonaise, Michio Kaku ("Hyperspace,
a scientific odyssey through the 10th dimension", Oxford University Press,
1995), avance une interprétation personnelle savoureuse : selon lui,
la théorie des supercordes serait simplement en avance sur son temps
de quelques siècles. Au stade actuel de la technique cela ne serait
donc qu'une façon de se distraire entre amis.
Le colloque d'Aspen.
...En
1996 la célèbre revue Scientific American publiait un compte
rendu d'un colloque sur les supercordes qui venait de se tenir à Aspen,
Colorado, sous plume de Madhusree Mukerjee, staff writer. Un texte digne des
Marx Brothers :
...Comme
rappelé par l'auteur de l'article, on avait demandé en 1986
à Jeffrey A.Harvey, de l'Université de Chicago, de définir
la théorie des supercordes en sept mots. Sa réponse avait alors
été :
- Oh, Lord, why have
you forsaken me ? (Dieu, pourquoi m'as-tu abandonné ?)
Mais le papier indique
que Dieu semble avoir répondu, à travers la découverte
d'une nouvelle symétrie : la dualité.
...Witten,
le plus optimiste des superstring men, pense que cette dualité va non
seulement conduire à la TOE (The theory of everything : la Théorie
du Tout) mais aussi expliquer "pourquoi l'univers est fait ainsi". Il pense
qu'on converge vers une explication de la nature profonde de la mécanique
quantique.
...Peu
de gens s'attaquent en fait à cette théorie des supercordes,
qui est en effet si compliquée sur tous les plans, y compris mathématiquemennt,
que les physiciens et les mathématiciens répugnent à
s'y plonger.
...L'article
indique que cette "dualité" rendrait les particules élémentaires
et les objets composites interchangeables. Les spécialistes évoquent
alors des clumps (massifs, bouquets, touffes) qu'ils tentent de visualiser
comme des "hedgehogs" (des hérissons). To curl like a hedge-hog : se
peletonner en round. Autre images : celles de "sphères cloutées
par des vecteurs", baptisées "solitons".
...Mais
cette dualité, si elle existait, resterait, précisent les auteurs
de ce concept, impossible à mettre en évidence (par dualité
il faut entendre "double nature" : dictionnaire anglais). Dans l'article on
précise donc que des des structures composites pourraient être
équivalentes en étant "tangled up" (embrouilllées, entremêmées)
et devenir alors des "objets élémentaires".
Le concept de "mirror
symmetry" est ensuite agité, sans grand succès.
...En
1986 Duff, de l'Imperial College de Londres, avait envisagé les vibrations
d'une nouvelle entité, "a bubble" (une bulle). Alors que les cordes
se tortillaient (wiggle) dans dix dimensions, les bubbles flotteraient dans
un espace à onze dimensions. Puis Duff envisagea des membranes à
"cinq dimensions", descriptions alternative, vis-à-vis des cordes.
Il envisagea ensuite que ces membranes puissent à leur tour s'enrouler
comme "la peau d'une saucisse". Et d'évoquer une "string-string duality".
...En
1995 Witten fit une conférence à Berkeley en conjecturant que
les bubbles de Duff pourraient être les solitons d'une corde particulière
correspondant aux dix dimensions.
Et Schwarz, du Caltech,
(un des pionniers de la théorie) d'ajouter :
- J'aurais du être
conducteur de camion !
Quoiqu'il en soit, actuellement,
dix nouveaux papiers sur les supercordes paraissent chaque jour.
Un soliton "ressemble
à une chenille poilue", hérissée de vecteurs, c'est donc
"l'objet dual de la corde".
Duff a ensuite proposé
une dualité de la dualité, entre des espaces. Et Susskind de
commenter :
La taille et la dimension
interne d'un objet changerait "de place en place".
Townsend :
- Les membranes, se transformant
en solitons de cordes, pourraient avoir le même statut que les cordes.
Malheureusement les calculs faits avec les membranes n'ont pas sens.
...On
évoque alors un mariage entre les cordes et les trous noirs. Hawking
avait indiqué que les trous noirs, étant capables d'émettre
des particules, perdraient ainsi de la masse et se rétréciraient.
S'ils étaient initialement faits de cordes ("stringy black holes")
leur évolution les transformerait en objets de taille nulle : "an extremal
black hole looking in fact rather like a particle". Polémique entre
Susskind et Strominger, sur ce point :
- Le travail de Strominger
est "great", mais appeler ces choses des trous noirs, c'est quand même
pousser un peu.
A titre indicatif, le
titre du dernier papier de Strominger s'intitule :"Le monde conçu comme
un hologramme".
Celui-ci évoque
alors le concept de "trou noir de masse nulle".
Jeffrey A.Harvey, de
l'université de Chicago, proteste aussitôt :
- What does it mean that
your black holes with zero mass ? Do they move at the speed of the light ?
(qu'est-ce que ça veut dire, tes trous noirs à masse nulle ?
Est-ce que ça veut dire qu'ils vont à la vitesse de la lumière
?)
Gary T.Horowitz, de l'Université
de Californie :
- Oh, baloney! (quelle
foutaise !)
Un peu plus loin on lit
que les cordes "pouraient se configurer en fonction de leur environnement",
adoptant une solution dynamiquement correcte (...). Et Strominger d'ajouter
:
- Quelque part dans l'univers
pourraient exister des portions d'espace en forme de goutelettes, dans lesquelles
les trous noirs, en y pénétrant, se transformeraient en cordes,
et vice-versa. Dans notre environnement ces goutellettes pourraient sembler
naviguer dans des univers virtuels, lequels existeraient pendant un laps de
temps infinitésmal, vu qu'ils disparaîtraient aussitôt,
avant qu'on puisse les observer.
...Mais
plus personne ne semble croire que "la solution soit au coin de la rue", en
dépit de l'affirmation de Witten, qui avait parié un cornet
de glace que la théorie serait mûre d'ici la fin du siècle.
Et t'Hoff de répliquer
avec acidité :
- Quand les gens des
cordes font le point, ils ont toujours tendance à gonfler leurs résultats.
Ils croient simplement aveuglément à leur théorie.
Dans cette arène
des supercordes, se cotoient les jeunes et les moins jeunes.
Sidney R.Coleman, de
Harvard :
- At my age you tend
to emit a lot of gas. I'd rather not (a mon âge, on a tendance à
émettre beaucoup de vent. Je préfère me taire.).
Sheldon L.Glashow convient
que "rien n'a bougé dans cette théorie" :
Fin du colloque. La nuit
tombe, dit l'auteur de l'article, et Susskind de lâcher :
- Ipersonnaly think
it's a lot of crap ! (je pense personnellement que c'est un tas de merde !)
En dépit de cette
crise certains pensent que tout finira par s'arranger. La matière sombre
sera détectée. La théorie du Tout (the theory of everything)
finira par émerger, sur fond de supercordes décadimensionelles.
...En
attendant cette époque bénie, cet âge d'or de la connaissance,
les développements théoriques qui vont suivre ne sont, somme
toute, ni meilleurs ni pires que tout ce qui a trait à la matière
sombre et aux supercordes.
Avant d'attaquer
la présentation de nos travaux, un compte-rendu d'une discussion avec
J.M.Souriau (4/1/98).
(peut-être un début
d'explication de la situation actuelle).
-
Tu penses qu'on vit
une période de stagnation, en physique fondamentale ? -
Depuis les années
cinquante, Feynmann et l'électrodynamique quantique, c'est l'étale.
L'électrodynamique quantique, ça marche, mais à dire
vrai on ne sait pas très bien pourquoi. Cela reste à trouver.
A part ça on n'a rien trouvé de vraiment marquant. -
Mais est-ce que le
monde des sciences a connu des périodes de stagnation du fondamental,
du même genre. Au siècle dernier ? -
Il semble y avoir une
sorte d'alternance de bonds en avant, dans le domaine fondamental et dans
l'exploitation technologique, comme si les gens ne pouvaient pas faire les
deux à la fois. L'invention du métier Jacquard (1752-1834),
par exemple, traduit un relais mécanisé entre le travail manuel
et la production des objets (c'est aussi le début.... de l'informatique).
En Physique, en 1788, tu as la Mécanique Analytique de Lagrange. Au
tournant du siècle Navier invente la mécanique des fluides,
Fourier, la théorie de la chaleur, l'analyse harmonique, Fresnel fait
progresser l'optique fondamentale.
Entre 1815 et, disons,
1870, c'est une période techno. Machine à vapeur, donc mise
en mouvement des machines par une énergie chimique et non plus humaine
ou animale. Il y a aussi l'électricité. Gramme invente la dynamo
en 1845. Jules Vernes, vers 1870, se fait le chantre de ces applications technologiques.
Il y a aussi le développement de la chimie, du chemin de fer, du téléphone,
la production électrique de lumière. Mais entre 1815 et 1870
c'est plutôt une époque d'applications technologiques.
-
Et quand est-ce que
ça repart ? -
Vers 1870 c'est la
naissance de la cristallographie et le début de la théorie atomique,
qui fait figure, à cette époque, d'hypothèse spéculative.
Il y a aussi Maxwell. -
Et les groupes ?
-
Les groupes naissent
avec la cristallographie. Sophus Lie, Klein, c'est vers 1870. Le point de
départ de la théorie des groupes, c'est la cristallographie.
Au tournant du siècle c'est l'atome. -
Et à ton avis
ça continue jusqu'en 1950 ? -
Après, c'est
surtout de la techno, de la recherche appliquée. En physique, le gros
bond en avant c'est l'informatique, dont personne n'avait d'ailleurs été
fichu de prévoir l'explosion. -
Et depuis 1950, tout
s'est de nouveau recentré sur la technologie. Et le fondamental en
fait les frais.
Fin de cette digression. .
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