Et si l’univers avait plus de trois dimensions spatiales ?

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Dimanche, c’est jour du Penseur ! Après quelques philosophes et sociologues, je ne peux résister à l’envie de vous parler d’un mathématicien et physicien extraordinaire, Brian Greene,  avec qui j’ai pu discuter jeudi matin à l’ONU (photo ci-dessous) à l’occasion du lancement de MASSIVEGOOD et de la présentation du film de Spike Lee (vidéo en pied de page de ce post) dont Brian est un des “acteurs”, aux côtés de Paul Auster et Mary J Blige.

Petit détour par Wikipédia. Brian Greene, 47 ans, est un physicien américain connu pour être l’un des spécialistes mondiaux de la “théorie des cordes”. Professeur de physique et de mathématiques à l’université de Columbia à New York depuis 1996, Greene a notamment travaillé sur la symétrie miroir et la topologie. Il a donné en 2008 une intervention brillante  (en anglais) à la conférence TED (vidéo ci-dessus).

Brian Greene était un enfant prodige en mathématiques. Par exemple, à l’âge de cinq ans, il pouvait multiplier de tête des nombres à 30 chiffres. Ses habiletés en mathématiques étaient si élevées que dès l’âge de 12 ans il commença à recevoir des cours privés d’un professeur de l’université Columbia car il avait réussi tous les cours en mathématiques du cursus scolaire jusqu’au niveau du baccalauréat. Il complète ses études par Harvard et Oxford, où il rencontre en 1984 les premiers promoteurs de la Théorie des Cordes.

Son livre, “L’univers élégant” (1999), qui vient d’être republié dans la collection Folio Essais, est une tentative de vulgariser la théorie des cordes . Ce livre était en lice pour un prix Pulitzer. Il présente les espaces de Calabi-Yau selon certains points dimensionnels , lesquels pourraient contenir notre espace-temps. Ce livre a servi de base à une émission diffusée par la PBS et par Arte en 2006 présentée sous le titre ” Ce Qu’enstein ne savait pas encore”, dont il était le narrateur. Vous trouverez dans la vidéo dailymotion ci-dessous (que je vous recommande de regarder en format plus grand sur Dailymotion) la version française diffusée par Arte de cette émission absolument clarissime et passionnante. Son deuxième livre, “La magie du Cosmos” (2004), s’étend sur la nature de l’espace, du temps et de l’univers.

La théorie des cordes est l’une des voies envisagées pour régler une des questions majeures de la physique théorique: fournir une description de la gravité quantique, c’est-à-dire l’unification de la mécanique quantique (inévitable pour décrire la physique aux petites échelles) et de la théorie de la relativité générale (nécessaire pour décrire la gravitation de manière relativiste). La principale particularité de la théorie des cordes est que son ambition ne s’arrête pas à cette réconciliation, mais qu’elle prétend réussir à unifier les quatre interactions élémentaires connues (on parle de théorie du tout). La théorie des cordes a obtenu des premiers résultats partiels prometteurs. Dans le cadre de la thermodinamyque des trous noirs, elle permet de reproduire la formule de Bekenstein et Hawking pour l’entropie des trous noirs. Elle possède également une richesse mathématique notable : en particulier, elle a permis de découvrir la symétrie miroir en géométrie.

La théorie repose sur deux hypothèses . Première hypothèse: Les briques fondamentales de l’Univers ne seraient pas des particules ponctuelles mais des sortes de cordelettes vibrantes, possédant une tension à la manière d’un élastique.  Ce que nous percevons comme des particules de caractéristiques distinctes (masse, charge électrique,etc.) ne seraient que des cordes vibrant différemment. Les différents types de cordes, vibrant à des fréquences différentes, seraient ainsi à l’origine de toutes les particules élémentaires de notre Univers. Deuxième hypothèse : L’univers contiendrait plus de trois dimensions spatiales. Certaines d’entre-elles, repliées sur elles-mêmes, passant inaperçues à nos échelles .

Une des difficultés qu’affronte la théorie des cordes tient à la nature théorique et mathématique de la démarche, qui ne peut être vérifiée par l’expérimentation ou l’expérience directe. Même si beaucoup d’espoirs reposent sur les expérimentations à venir permises par la nouvelle génération d’accélérateurs de particules de type Synchrotron.

En conclusion de son livre si bien nommé “L’univers élégant”, Brian Greene nous livre son credo : ” Nous sommes tous, chacun à notre manière, des chercheurs de vérité, et nous espérons tous comprendre pourquoi nous sommes là. Tandis que s’échaffaude collectivement la montagne de ces explications, chaque génération se hisse sur les épaules de la précédente, et tente vaillamment d’atteindre le sommet. Nous ne pouvons prévoir si l’un de nos descendants se retournera un jour pour admirer, depuis la cime, avec une clarté parfaite, l’ampleur et l’élégance de l’Univers… Nous ajoutons notre barreau à l’échelle de l’humanité en quête des étoiles”.

Comme il le dit dans la vidéo ci-dessous, Brian Greene a accepté de soutenir MASSIVEGOOD, car, de manière analogue à la théorie des cordes, cette initiative fait, selon lui, le lien entre l’infiniment petit de la donation, et l’infiniment grand de son ambition : éradiquer la malaria et la tuberculose et lutter efficacement contre le Sida. Qu’il en soit vivement remercié !