La théorie des cordes est une tentative d'unir les deux piliers de la physique du 20e siècle - la mécanique quantique et la théorie de la relativité d'Albert Einstein - avec un cadre global qui peut expliquer toute la réalité physique. Il essaie de le faire en postulant que les particules sont en fait des entités unidimensionnelles en forme de chaîne dont les vibrations déterminent les propriétés des particules, telles que leur masse et leur charge.
Cette idée contre-intuitive a été développée pour la première fois dans les années 1960 et 1970, lorsque des cordes ont été utilisées pour modéliser des données provenant de collisionneurs subatomiques en Europe, selon un site Web sur la théorie des cordes créé par l'Université d'Oxford et la British Royal Society. Les cordes ont fourni une manière mathématique élégante de décrire la force forte, l'une des quatre forces fondamentales de l'univers, qui maintient ensemble les noyaux atomiques.
Le sujet est resté marginal pendant de nombreuses années, jusqu'à la "révolution de la théorie des cordes" en 1984, lorsque les théoriciens Michael Green et John Schwarz ont produit des équations qui montraient comment les cordes évitaient certaines incohérences affectant les modèles décrivant les particules comme des objets ponctuels, selon l'Université de Cambridge.
Mais cette première floraison a laissé aux chercheurs cinq théories différentes expliquant comment les cordes unidimensionnelles oscillaient dans une réalité à 10 dimensions. Une deuxième révolution est survenue en 1995, lorsque les physiciens ont montré que ces idées divergentes étaient toutes liées et pouvaient être combinées avec une autre théorie appelée supergravité, qui fonctionnait en 11 dimensions. Cette approche a généré l'incarnation actuelle de la théorie des cordes.
Éclaircir les mystères
La théorie des cordes est l'une des méthodes proposées pour produire une théorie de tout, un modèle qui décrit toutes les particules et forces connues et qui remplacerait le modèle standard de la physique, qui peut tout expliquer sauf la gravité. De nombreux scientifiques croient en la théorie des cordes en raison de sa beauté mathématique. Les équations de la théorie des cordes sont décrites comme élégantes et ses descriptions du monde physique sont considérées comme extrêmement satisfaisantes.
La théorie explique la gravité via une corde vibrante particulière dont les propriétés correspondent à celles du graviton hypothétique, une particule mécanique quantique qui porterait la force gravitationnelle. Le fait que la théorie nécessite bizarrement 11 dimensions pour fonctionner - plutôt que les trois de l'espace et celle du temps que nous connaissons normalement - n'a pas dissuadé les physiciens qui la préconisent. Ils ont simplement décrit comment les dimensions supplémentaires sont toutes recroquevillées dans un espace extrêmement petit, de l'ordre de 10 ^ -33 centimètres, ce qui est assez petit pour que nous ne puissions normalement pas les détecter, selon la NASA.
Les chercheurs ont utilisé la théorie des cordes pour tenter de répondre à des questions fondamentales sur l'univers, telles que ce qui se passe à l'intérieur d'un trou noir, ou pour simuler des processus cosmiques comme le Big Bang. Certains scientifiques ont même tenté d'utiliser la théorie des cordes pour maîtriser l'énergie sombre, la force mystérieuse accélérant l'expansion de l'espace et du temps.
Une poursuite sans fin
Mais la théorie des cordes a récemment fait l'objet d'un examen plus approfondi. La plupart de ses prévisions ne sont pas vérifiables avec la technologie actuelle, et de nombreux chercheurs se sont demandés s'ils descendaient un trou de lapin sans fin. En 2011, les physiciens se sont réunis au Musée américain d'histoire naturelle pour le 11e débat commémoratif annuel Isaac Asimov, afin de discuter de l'opportunité de se tourner vers la théorie des cordes comme description viable de la réalité.
"Êtes-vous en train de courir après un fantôme, ou est-ce que votre collection est trop stupide pour comprendre cela?" a taquiné Neil deGrasse Tyson, directeur du Hayden Planetarium du musée, qui a souligné que les progrès de la théorie des cordes avaient été inégaux au cours des années précédentes.
Les défis les plus récents à la théorie des cordes proviennent du cadre lui-même, qui prédit l'existence d'un nombre potentiellement énorme d'univers uniques, jusqu'à 10 ^ 500 (c'est le numéro 1 suivi de 500 zéros). Ce paysage multivers semblait offrir suffisamment de possibilités pour que, si les chercheurs les exploraient, ils en rencontreraient une qui correspondrait à notre propre version de la réalité. Mais en 2018, un article influent a suggéré que pas un seul de ces innombrables univers hypothétiques ne ressemblait à notre cosmos; spécifiquement, il manquait à chacun une description de l'énergie sombre telle que nous la comprenons actuellement.
"Les théoriciens des cordes proposent une quantité apparemment infinie de constructions mathématiques qui n'ont aucune relation connue avec l'observation", a déclaré auparavant à Live Science Sabine Hossenfelder, physicienne à l'Institut des hautes études de Francfort en Allemagne, qui a critiqué la théorie des cordes.
D'autres chercheurs soutiennent que la théorie des cordes donnera un jour des résultats. Dans le magazine Physics Today, le physicien Gordon Kane de l'Université du Michigan a suggéré qu'avec les mises à niveau en cours, le Grand collisionneur de hadrons pourrait fournir des preuves de la théorie des cordes dans un avenir proche. Mais le sort ultime de la théorie n'est pas encore connu.
