La théorie des cordes : comment comprendre l'univers à partir des "mathématiques de la musique" de Pythagore

Depuis que l'homme existe, nous regardons les étoiles et nous nous demandons comment elles sont arrivées là et ce qui se trouve au-delà.

Les scientifiques sont depuis longtemps à la recherche d'une théorie simple qui explique le fonctionnement de l'Univers.

Une théorie du tout.

De nombreuses théories sont testées, et jusqu'à présent, aucune n'a réussi à expliquer complètement ce que nous voyons dans notre Univers.

Mais il existe une idée particulièrement séduisante qui, selon certains physiciens théoriques, pourrait être la bonne : la théorie des cordes.

"La théorie des cordes est finie. Il n'explose pas, il ne s'effondre pas sur lui-même. C'est pourquoi nous y croyons. D'autres théories s'effondrent, explosent, mais pas la théorie des cordes", affirme le célèbre physicien théoricien Michio Kaku à la BBC.

Kaku a passé des décennies à s'attaquer - et à essayer de répondre - à certaines des questions les plus importantes qui se posent.

"Que s'est-il passé avant le Big Bang ? Existe-t-il d'autres univers ? Qu'y a-t-il de l'autre côté de la création ? Ou de l'autre côté d'un trou noir ?

Les trous de ver (ou ponts d'Einstein-Rosen) ou les dimensions supérieures sont-ils possibles ? Vivons-nous dans un multivers ?"

"Il est impossible de répondre à toutes ces questions à l'aide de nos connaissances actuelles".

Lorsque le Dr Kaku parle de "notre compréhension actuelle", il fait référence à nos meilleures théories actuelles sur le fonctionnement de l'Univers.

Et si l'Univers n'avait pas de fin ?

En vérité, ils se contredisent et donnent même parfois des résultats contradictoires.

La théorie générale de la relativité d'Albert Einstein fonctionne parfaitement bien pour les prédictions relatives aux mouvements des étoiles et des galaxies, mais elle ne fonctionne pas lorsqu'elle est appliquée au comportement des particules subatomiques.

En revanche, la théorie quantique est excellente avec les atomes, mais prédit que l'Univers entier devrait s'effondrer dans un trou noir, ce qui n'est manifestement pas le cas puisque nous sommes toujours là.

Trouverons-nous un jour une théorie unique qui explique tout ?

"Le grand mathématicien grec pensait qu'il devait exister un principe unificateur, un paradigme permettant de résumer la vaste création que nous voyons autour de nous dans l'Univers que nous connaissons".

"Il a regardé autour de lui et a vu une lyre".

"Quand tu pinces une corde de lyre, tu obtiens une note. Si vous en pincez une autre, vous obtenez une autre note, et il a dit : "Aha !". Les mathématiques de la musique sont suffisamment riches pour expliquer la diversité de tout ce que nous voyons autour de nous".

"Et ce n'est que récemment que nous avons eu une nouvelle idée basée sur l'idée pythagoricienne de la musique".

En d'autres termes, la théorie des cordes. Alors comment passe-t-on des rêveries musicales pythagoriciennes à la physique ?

Le premier port d'escale serait un accélérateur de particules tel que le Grand collisionneur de hadrons du CERN, où de minuscules particules sont réduites en pièces lors de collisions à haute énergie, puis étudiées en détail.

La physique peut-elle prouver l'existence de Dieu ?

Ces expériences sont le meilleur moyen de tester les théories sur le fonctionnement de l'Univers.

Alors, qu'est-ce que la théorie des cordes prédit que nous allons voir ?

"Nous croyons maintenant que toutes ces centaines de particules subatomiques que nous obtenons en fracassant des protons au Grand collisionneur de hadrons ne sont rien d'autre que des notes de musique comme le croyait Pythagore".

"Si nous avions un super microscope et pouvions regarder dans un électron, que verrions-nous ? Un élastique. Un élastique vibrant".

Bien sûr, Kaku ne parle pas d'un véritable élastique, mais plutôt de quelque chose qui ressemble à un élastique. Ou, pour le dire autrement, les cordes de la théorie des cordes et, comme les cordes d'un instrument de musique, si vous y mettez de l'énergie, elles vibrent.

"S'il vibre dans un sens, on l'appelle un électron, s'il vibre dans un autre sens, on l'appelle un neutrino. S'il vibre d'une manière différente, on l'appelle un quark, mais c'est le même élastique".

La théorie des cordes offre donc une possibilité alléchante : une explication de la grande variété que nous observons dans l'Univers, des collisions d'étoiles aux collisions d'atomes.

Bien sûr, la théorie des cordes n'est que cela, une théorie - ou une hypothèse, pour être plus précis.

Ses détracteurs soulignent que nombre de ses prédictions ne sont pas prouvables, ce que le Dr Kaku reconnaît lui-même.

Ses défenseurs, cependant, y voient le meilleur espoir d'unifier la physique.

Kaku pense même que la théorie des cordes pourrait expliquer le mystère qu'est la matière noire.

"La matière noire constitue la majeure partie de la matière de l'Univers. Il est invisible et maintient les galaxies ensemble". Mais comment le prouver ?

"Si vous pouviez grossir toutes les particules que vous voyez autour de nous, vous verriez de nombreux élastiques vibrant à différentes fréquences".

"Mais l'élastique a des octaves plus élevées. C'est ce que nous pensons être la matière noire".

Si le Dr Kaku a raison, l'énorme complexité de l'Univers tout entier pourrait être réduite à la simple et élégante vibration des cordes.

"Je pense que les gens devraient comprendre que la physique au niveau fondamental devient de plus en plus simple mais aussi de plus en plus puissante à mesure que l'on s'enfonce".

"L'Univers est plus simple que nous le pensions".